垃圾焚化飞灰之熔碴粉对混凝土抗压强度之影响

摘要：垃圾经焚化后产出大量灰烬(含底灰及飞灰约4000公吨/每日)，灰烬中之焚化飞灰，其重金属的溶出高于规定限值，属有害废弃物，应单独收集处理，必须经固化或中间处理才能做最终处置，或资源再生利用以达永续发展趋势；采高温熔融技术处理，对于环境保全、零污染物质排出，废弃物再生利用是最有效的方法之一；垃圾焚化飞灰之熔渣粉其物理的、化学的性质皆优良，为无毒、安定之可利用的混凝土材料；本研究系将垃圾焚化飞灰经高温( 1100℃)熔融处理后之熔渣，经研磨成细粉取代混凝土之水泥，探讨混凝土早、晚期强度之变化、及其耐久性、工作性和重金属之溶出量，并以微观性质左证之，判定其是否具有卜作岚反应。本研究结果为：(一)将有害废弃物，予以资源再生利用，用于混凝土是可行的。(二)兼具环保及生态性。(三)熔渣粉取代水泥，可疏解水泥开发及供给压力。(四)焚化飞灰之熔渣粉取代水泥，可改善混凝土早期强度，以高水胶比W/B=0.70混凝土早期强度可达110-129%。(五)焚化飞灰熔渣粉取代水泥，具卜作岚反应（96-118%），可提高工作性（坍/流度≒0.4），耐久性于W/B≦0.58时达90%；熔渣粉取代率建议以≦10%为佳。
关键词：焚化飞灰、卜作岚反应、熔渣粉、再生利用、抗压强度、工作性、耐久性
1.绪论
1.1前言
台湾地区目前的垃圾产生现况，为平均每人每天产生1.14公斤的垃圾，每日总垃圾量约达20,000公吨以上，全年总产出量高达8,500,000公吨，垃圾数量逐年成长加上台湾地区每年事业废弃物产生量约1,800万吨，其中有害废弃物约147万吨，目前大部份仍以抛弃、掩埋及厂内堆置为主要的处置方式，回收再利用的比例仍非常低；在台湾可使用土地资源有限的情形下，若不能大幅提高回收的比例，将会导致引发台湾地区垃圾大战。处理垃圾、垃圾及废弃物之固化，或中间处理、最终处置或废弃物资源再利用等问题，造成政府施政相当棘手、相当迫切的课题，诸如土地的取得、排解居民抗争、兴建垃圾掩埋场、焚化场厂、废弃物、废气污染防治、建设焚化灰烬〈含底灰及飞灰〉固化掩埋场，资源再利用等等问题，政府必须投入庞大经费处理垃圾问题，解决垃圾问题，已达提供人民一个干净健康、环保保全及永续生存的空间。现今国内垃圾处理方式，以焚化厂焚化垃圾及掩埋〈以上两者合计可处理率达85%〉，环境保护署80年制定国内垃圾处理以焚化为主要政策措施，所以近年积力兴建各地各型的焚化厂，以台湾2003年预计兴建完成36座公、民营焚化厂，每日垃圾处理量可达30,150公吨。届时焚化炉所需焚烧垃圾量必占目前垃圾量之90%以上。但垃圾焚化处理必会产生有毒废气及大量灰烬；国内焚化厂戴奥辛(PCDD)排放量皆能控制在国际最严格排放标准0.1ng-TEQ/m3以下。大量焚化灰烬(4000公吨/每日)需加以分类处理与处置[1,2,3,4,5,6,7,8,9]，现阶段国内对焚化底灰，被归类为一般废弃物处理方式，以筛选资源化处理，及掩埋方式处理，或水泥固化掩埋；灰烬中之焚化飞灰〈600公吨/日〉，其中由于挥发性金属，如砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、铅〈Pb〉、铬〈Cr〉等[10]，大多于焚化过程挥发至气相，在经冷却吸附于飞灰上，是为含重金属之有害废弃物，且飞灰所含之有机碳，易与毒性物质戴奥辛/夫喃产生键结，故宜单独收集处理掩埋，但单纯的掩埋处置，对于土地取得，及未能减容更有二次污染公害之困扰，造成土地及资源双重浪费，有违资源再生利用之趋势；为减降戴奥辛有毒废气之产生，及焚化飞灰资源再生利用，采高温熔融让温度急速下降，可使戴奥辛没时间形成〈避免温度于250-400℃再合成重组〉[1]，可达零污染物质排出，环境保全；垃圾焚化飞灰熔融化除了达减容、减量效果，减少焚化飞灰掩埋问题，并可将废弃物中的有害金属匣封在熔融炉碴(简称熔碴)晶格中，降低二次污染问题，或是转换成安定性高之物质，使其无毒无害化以符合环保署之规定，并可当做营建资材有效利用，如此多项之优势，是废弃物处置最佳、最有效的方法之一[11]；因此焚化飞灰之高温熔融处理成为我们重要选择。
1.2研究动机
由相关文献中知道利用高温熔融处理焚化飞灰为国内近年来所要进行的方式，焚化飞灰熔碴粉取代水泥具有卜作岚反应，于水泥浆体及水泥砂浆体之抗压强度表现，有超越纯水泥浆体及水泥砂浆体强度之势，又熔碴粉特性能增加坍流度，进而提升工作性，且其有害物质的溶出值亦低于规定[1,12]，有鉴于此，环保署亦于八十九年六月廿二日召开『都市垃圾焚化炉飞灰电浆熔融处理评估』，鼓励国内引进飞灰再利用技术；目前国内将垃圾焚化飞灰经高温熔融之熔碴取代混凝土骨材应用于营建工程中，尚无实际案例；本研究系探究垃圾焚化飞灰之熔碴粉（简称熔碴粉）基本性质，及重金属之溶出量，再以熔碴粉取代水泥，是否具有卜作岚反应，并以熔渣粉不同取代水泥应用于混凝土试体，探讨混凝土早、中及晚期强度之变化，工作性、耐久性及其它相关性质试验。并以微观性质左证之研究，提出应用于混凝土工程的建议。