[发明专利]一种化学外加剂溶液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种化学外加剂溶液，制备方法是在硫粉在高温下溶于碱溶液制得多硫化金属盐的水溶液。将多硫化金属盐水溶液作为化学外加剂掺入混凝土中，在掺量相对于混凝土中粉煤灰材料的质量0.001‑0.1％的情况下，可有效减少大掺量粉煤灰混凝土的汞释放速率，达到减少汞二次污染的目的。本发明涉及的化学外加剂，可应用于大掺量粉煤灰混凝土结构中汞的固化，抑制混凝土中汞的二次挥发释放。

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，尤其涉及一种化学外加剂溶液及其制备方法、应用和包含该化学外加剂溶液的大掺量粉煤灰混凝土。

本发明所述化学外加剂在极低掺量下，可实现大掺量粉煤灰混凝土结构中汞的固化，抑制混凝土中汞的二次挥发释放，可用于混凝土建材的环境保护领域。

背景技术

水泥混凝土来源广泛，易于施工，具有良好的耐久性，广泛运用于房屋、道路、桥梁、铁路等工程中，是土木工程中最基础最重要的建筑材料。现代混凝土为了增强其各项使用性能，广泛使用化学外加剂和工业矿物掺合料。粉煤灰作为燃煤副产物，是一种常用的混凝土矿物掺合料。粉煤灰可以降低混凝土的早期水化热，减少凝结时期因为温度变化导致的裂纹，提高混凝土的耐久性，是制备高性能混凝土的重要原材料。粉煤灰在混凝土中的应用可以降低水泥用量，减少生产成本，还能保护生态环境，妥善处置燃煤的副产物，带来显著的经济效益。水泥混凝土可以固化粉煤灰中的多种重金属，减少重金属向环境的排放。我国燃煤发电等工业生产每年会产生大量的粉煤灰，其中60％以上用于水泥混合建材和混凝土掺合料。

我国的能源结构以煤为主，煤炭的产量和消费量均为世界第一。然而，煤炭燃烧会将煤中的有害元素排放到大气中。除大气排放外，还有数量巨大的有害元素残留在粉煤灰等燃煤副产物中，如汞、砷、硒、镉等十几种有害重金属。这些重金属如果排放到大气、土壤等生态环境中，有可能进入人体内，对人体健康造成很大对危害。因此，必须采用特殊的物理化学方法固化粉煤灰中的各类重金属。

水泥混凝土具有高强度、低渗透性、耐久性等优点，是目前最常用的、最合适的固化/稳定化重金属方法。水泥的水化过程包括了溶解过程、界面反应和固相反应。大多数重金属通常会在水泥水化过程中参与到水泥的物理化学反应中，如吸附、化学结合和封装等。通过一系列的物理化学反应，重金属会生成稳定的化学物质从而被固化在水泥结构中。用水泥混凝土固化粉煤灰中的重金属具有很大的经济效益。然而，汞作为一种高挥发性重金属，无法被水泥混凝土结构固化。

汞(Hg)是一种痕量元素，在土壤和矿物质中含量很低。汞具有很强的神经毒性，被美国毒物质与疾病登记处(ATSDR)列为首要有害物质之一。汞一旦被释放到大气中，可以在大气中停留6-24个月，并且能远距离传输，造成全球性大气污染，对生态环境造成很大的危害。汞在自然界中主要有三种存在形式，包括有机汞、金属汞和无机汞。有机汞包括具有神经毒性的甲基汞，二甲基汞和苯基汞等；无机汞有一价和二价两种价态。有机汞，如甲基汞，不易降解，易通过食物链富集在生物体内，具有很强的神经毒性，其中甲基汞是引发日本水俣病的主要化合物。无机汞主要表现为肾脏毒性和神经毒性。汞及其化合物释放到大气中会引起严重的生态环境污染，它们不易被自然界微生物降解，如果沉淀在人体内，极微量的汞也会对人类的健康产生极大的危害。

我国的粉煤灰大部分来源于燃煤电厂。燃煤电厂排放的烟气汞有3种形态：气态元素汞(Hg⁰)极易挥发，难溶于水，在大气中平均停留时间可达半年以上，可在大气中长距离传输在全球范围内形成大气污染；氧化汞(Hg²⁺)易溶于水，可以被电厂湿法脱硫系统脱除；颗粒汞(Hg^P)，富集在燃煤电厂粉煤灰颗粒上。燃煤电厂现有的脱汞方法主要是吸附剂喷射技术和利用现有污染物脱除设备脱汞，经脱汞后烟气中的汞大部分转移到了粉煤灰和脱硫石膏浆液中。随着粉煤灰作为混凝土掺合料的大量使用，大量煤中的汞被引入了混凝土等建筑材料。不同于其他有害重金属，粉煤灰中的零价汞具有极高的挥发性，同时引入到混凝土的汞不能被水泥水化产物永久固化，会缓慢释放到大气中，产生二次汞污染。尤其是大掺量粉煤灰混凝土，在长期服役过程中会产生较大的汞释放量。

发明内容