（材料加工工程专业论文）建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究.pdf

r e s e a r c ho nr e u s i n gc o n s t r u c t i o nw a s t ei nc e m e n t p r o d u c t i o n b y w a n g x i a o b o u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f t a oz h e n d o n g at h e s i ss u b m i t l t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 8 ，2 0 1 1 l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：三亟幺垒 e l期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文和汇编本学位论文。 d 公开口保密(年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趣导师签名：避日期：础生! 芝 济南大学硕七学位论文 目录 摘要i i i a b s t r a c t v 第一章绪论。l 1 1 本课题研究的目的和意义1 1 1 1 建筑垃圾与资源环境的问题l 1 1 2 建筑垃圾回收利用的方法3 1 1 3 建筑垃圾回收利用的意义6 1 2 建筑垃圾及废弃混凝土回收利用的研究现状7 1 2 1 国外研究概况7 1 2 2 国内研究概况l2 1 3 废弃混凝土中基质胶凝组分的再利用研究状况1 6 1 3 1h c p 和细骨料的组成1 6 1 3 2h c p 和细骨料的性质1 7 1 3 3h c p 和细骨料作为生产水泥的原料1 8 1 4 水泥混合材料l8 第二章实验原料、设备及内容2 0 2 1 实验原料2 0 2 2 实验设备2 0 2 3 实验内容2 1 2 4 实验方法2 2 第三章废弃混凝土中骨料和胶凝组分分离后作水泥混合材的研究2 3 3 1 胶凝组分作水泥混合材的可行性分析2 3 3 2 实验步骤2 4 3 3 实验编号2 4 3 4 废弃混凝土的分离效果2 5 3 5 废弃混凝土做水泥混合材2 5 3 6 机理分析3 0 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究 3 7 本章小结3l 第四章建筑垃圾作原料组分煅烧水泥熟料3 2 4 1 实验原料、方案及步骤3 2 4 1 1 实验原料3 2 4 1 2 实验方案3 2 4 1 3 实验步骤3 3 4 2 实验结果及分析3 4 4 2 1 熟料的f - c a o 含量。3 4 4 2 2 水泥熟料的x r d 测定结果与分析3 5 4 2 3 水泥熟料的s e m 测定结果与分析3 6 4 2 4 水泥水化试样的x r d 测定结果与分析3 8 4 2 5 水泥水化试样的s e m 及e d s 测定结果与分析。3 8 4 2 6 抗压强度的试验及结果分析4 6 第五章碱在煅烧水泥熟料过程中对建筑垃圾的活性激发作用4 8 5 1 实验原料及步骤4 8 5 1 1 实验原料4 8 5 1 2 实验步骤4 8 5 2 试验编号4 9 5 3 结果与分析4 9 5 3 1 熟料的f - c a o 含量的测定及易烧性的分析4 9 5 3 2 熟料的结构5 0 5 3 3 熟料的力学性能5 2 5 4 结论5 3 第六章结论5 4 参考文献5 5 致谢5 9 附录6 0 一、在校期间发表的学术论文6 0 n 济南大学硕十学位论文 曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼! ! 曼曼! 曼曼曼曼曼量曼! 曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼i i；| 摘要 建筑垃圾是在建筑物的建设、维修、拆除过程中产生的固体废弃物。主要包括： 废弃混凝土、废弃砖瓦、废弃沥青混凝土以及施工中散落的砂浆和混凝土等。随着建 筑业的快速发展，建筑垃圾的总量迅速增加，由于建筑垃圾中的物质再利用耗能大等 方面的原因，使得建筑垃圾的应用受到了局限。目前，大部分建筑垃圾的再利用途径 为一般性回填和作为建筑物或道路的基础，一方面造成了资源浪费，另一方面还可能 造成二次污染。为保护环境、节约资源、发展低碳经济，本文进行了建筑垃圾在水泥 生产中的再利用研究。 利用热处理与机械粉碎相结合的方法，将废弃混凝土中的骨料与基质胶凝组分分 离，将不同温度热处理下所得的基质胶凝组分按照不同的比例分别作为混合材，应用 于水泥中，并进行了对比。结果表明，热处理与机械粉碎相结合，可以实现废弃混凝 土中骨料和基质胶凝组分的有效分离，在加热5 0 0 c 的范围内，随着加热温度的提高， 分离效率提高。通过低温煅烧处理，可用由废弃混凝土中分离出来的基质胶凝组分制 备具有水化活性的再生胶凝材料，其水化活性与煅烧温度有关。经5 0 0 c 热处理的基 质胶凝组分掺入量为2 0 时水泥的3 d 、2 8 d 强度与对比试样的强度相差不大，将经适 当处理的建筑垃圾分别以1 0 、1 5 、2 0 、2 5 的比例与常规原料配制成生料，在 1 4 5 0 下煅烧0 5 h 烧成熟料，并与用常规生料烧成的熟料进行了性能对比。x r d 和 s e m 观测结果表明，在普通硅酸盐水泥熟料的常规煅烧温度下，以建筑垃圾作原料 组分煅烧的水泥熟料，水泥熟料与对比试样的矿物组成相同，熟料中的主要矿物形貌 清晰、晶体发育完善；试样3 d 、2 8 d 水化产物的微观结构也与对比试样基本相同。各 组配料方案所得熟料的f - c a o 含量均在1 5 左右，说明以建筑垃圾为原料组分配制 的生料具有较好的易烧性，且水泥熟料的标准稠度需水量与凝结时间正常，安定性良 好。当建筑垃圾掺入量为2 0 时，熟料的2 8 d 抗压强度达6 8 4 m p a 。 由于建筑垃圾中的s i 0 2 存有一定的惰性，选择几种碱性激发剂，通过每种激发 剂的用量及激发剂效果的不同，找出能提高s i 0 2 的活性的最优方案。结果表明，各 种试样熟料中的f - c a o 的含量较低，易烧性较好；熟料的f - c a o 的含量随着加入的激 发剂量的增多呈减少趋势；随着激发剂的碱性的降低呈增多的趋势。烧成的水泥熟料 中矿物清晰，矿物形成质量及力学性能与的激发剂的掺入量及激发剂的碱性强度呈正 比。掺入2 n a o h 时，试样的矿物形成情况最佳，力学强度最高。 1 i i 建筑垃圾存水泥生产中的雨利用研究 关键词：建筑垃圾；废弃混凝土；水泥熟料；性能 i v 济南大学硕卜学位论文 a b s t r a c t c o n s t r u c t i o nw a s t ew a sg e n e r a t e di nt h ep r o c e s so fb u i l d i n gc o n s t r u c t i o n 、 m a i n t e n a n c e 、d e m o l i t i o n , m o s to ft h a tw a st h es o l i dw a s t e i ti n c l u d e dc o n c r e t e 、 a b a n d o n e db r i c k 、 a s p h a l tc o n c r e t ea n dc o n s t r u c t i o nw a s t es c a t t e r e dm o r t a ra n dc o n c r e t e a n ds oo n w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o n s t r u c t i o ni n d u s t r y , t h et o t a la m o u n to f c o n s t r u c t i o nw a s t ei n c r e a s e dr a p i d l y , a si nr e c y c l i n gc o n s t r u c t i o nc o n s u m i n gl a r g ee n e r g y , i th a sb e e nl i m i t e dt i nh e a p p l i c a t i o no fc o n s t r u c t i o nw a s t e m o s to ft h e r e - u s e d c o n s t r u c t i o nw a s t ef o rg e n e r a lb a c k f i l l ，a st h eb a s i sf o rb u i l d i n go rr o a d i to c c u p i e sl a n d a n dm a yc a u s es e c o n d a r yp o l l u t i o n i nt h i sp a p e r , u s i n gc o n c r e t e ，c o n s t r u c t i o nw a s t e b u r n i n gc e m e n tc l i n k e ra u sr a w m a t e r i a l sf o rt h ea p p l i c a t i o n sr e u s ec o n s t r u c t i o nw a s t e s e p a r a t i n gt h ew a s t ec o n c r e t ea g g r e g a t ef r o mm a t r i xb o n d i n gu s e dt h em e t h o d so f h e a tt r e a t m e n ta n dm e c h a n i c a l o b t a i n e ds u b s t r a t eh e a t e dt r e a t m e n tu n d e rd i f f e r e n t t e m p e r a t u r ea sm i x e dm a t e r i a l sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tr a t i oo fb o n d i n gc o m p o n e n t , a n d u s e di nc e m e n t t h er e s u l t ss h o wt h a t ，t h ec o m b i n a t i o no fh e a ta n dm e c h a n i c a lf o r c ec a n b es e p a r a t e dt h ew a s t ec o n c r e t ea g g r e g a t ea n dm a t r i xb o n d i n gc o m p o n e n te f f e c t i v e l y i n t h ec o n t e x to f5 0 0 ，t h eh i g h e rt h eh c a t i n gt e m p e r a t u r e ，t h es e p a r a t i o ne f f i c i e n c y w a s t e c o n c r e t ew a ss e p a r a t e df r o mt h em a t r i xc o m p o s i t i o nc a np r e p a r et h eb i n d i n gm a t e r i a l s 谢t l l h y d r a t i o na c t i v i t y t h eh y d r a t i o na c t i v i t yr e l a t e dt h eb u m i n gt e m p e r a t u r e v c h e nh e a t e dt o 5 0 0 ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ，s u b s t r a t eb o n d i n gc o m p o n e n tw a s2 0p e r c e n t s ，t h ei n t e n s i t y o ft h es a m p l e s 3 d 、2 8 dn e a rt h ec o m p a r i s o ns a m p l e h y d r a t e dm i n e r a l sf o r m e dw e l l o b s e r v e db yx r da n ds e m b u r n i n gc e m e n tc l i n k e ru s e dc o n s t r u c t i o nw a s t e 鹊r a wm a t e r i a l s ，p r e p a r e dr a w m a t e r i a l sw i t hc o n s t r u c t i o nw a s t et h a tw i l lb ep r o p e r l yh a n d l e di nt h ep r o p o r t i o no f10 ， 1 5 ，2 0 ，2 5 ，f i r e dc l i n k e r a t1 4 5 0 c i nt h ec o n v e n t i o n a lb u r n i n gt e m p e r a t u r e ， c e m e n tc l i n k e rw a sb u r n e dw i n lt h ec o m p o n e n t so fc o n s t r u c t i o nw a s t ea sr a wm a t e r i a l s t h em i n e r a lc o m p o s i t i o no fc e m e n tc l i n k e rt h es r n l ea so r d i n a r yp o r t l a n dc e r n e n to b s e r v e d u n d e rx r da n ds e m t h ea p p e a r a n c eo fm a j o rm i n e r a l si nt h ec l i n k e ri sc l e a ra n dd e v e l o p w e l l t h ep r o d u c tw a so b s e r v e dh y d r a t i o n3a n d2 8d a y su n d e rx r da n ds e m m i n e r a l s f o r m a t i o na n dm o r p h o l o g yw a sb a s i c a l l yt h es a m ew i t ho r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n t t h e c o n t e n to ff - c a oe a c hg r o u pc l i n k e rw a sl e s st h a n1 5 t h er a wm a t e r i a lp r e p a r e d c o n s t r u c t i o nw a s t ea u sr a wm a t e r i a lc o m p o n e n t sh a sg o o db u m a b i l i t y t h eg r a d eo fs t r e n g t h c a nr e a c ht h es t a n d a r d so fo r d i n a r yp o r t l a n dc e m e n t w h e nt h e i n c o r p o r a t i o n o f v 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究 c o n s t r u c t i o nw a s t ew a s2 0 ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho f h y d r a t i o n2 8d a y sw a s6 8 4 m p a t h ea p p l i c a t i o no fa c t i v a t o ri nt h ep r o c e s so fb u r n i n gc e m e n tc l i n k e ru s e d c o n s t r u c t i o nw a s t e 鹊r a wm a t e r i a l b e c a u s et h e r ew a ss o m ei n e r to fs i 0 2i nc o n s t r u c t i o n w a s t e c h o o s es o m eo ft h ea c t i v a t i n ga g e n t ，f i n dt h eo p t i m a ls o l u t i o nt h a tc a ni n c r e a s et h e a c t i v i t yo fs i 0 2 ，b yt h ea m o u n to f e a c ha c t i v a t o ra n dt h ee f f e c to fd i f f e r e n ta c t i v a t o r s t h e r e s u l t ss h o wt h a t ，t h el e v e l so ff - c a ow a sl o w e ri nc l i n k e r , t h eb u m a b i l i t y w a sw e l l t h e c o n t e n to ff - c a os h o w e da d e c r e a s i n gt r e n da st h ed o s eo fa c t i v a t o ri n c r e a s e d ，a n ds h o w e d ag r o w i n gt r e n dw i lt h ea l k a l i n eo fa c t i v a t o rw a sl o w e r t h em i n e r a l sw e r ec l e a ri nc e m e n t c l i n k e r t h eq u a l i t yo fm i n e r a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw a sp r o p o r t i o n a lt ot h ea m o u n t o fa c t i v a t o ra n dt h ea l k a l i n ei n t e n s i t yo fa c t i v a t o r t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi sh i g h e s t w h e nt h ea c t i v a t o rw a sn a o ha n dt h ea d d i n gr a t i oi s2 a n dt h ef o r m a t i o no fm i n e r a l w a sb e s tw h e no b s e r v e db ys e m 、x r d 、e d s k e yw o r d ：c o n s t r u c t i o nw a s t e ；w a s t ec o n c r e t e ；c e m e n tc l i n k e r ；p e r f o r m a n c e v i 济南大学硕j j 学位论文 第一章绪论 近几年来，建筑行业已进入高速发展阶段，对自然资源占用以及对环境造成 负面影响引发了可持续发展问题的讨论。一方面，每年，世界各地都有巨量的建 筑垃圾产生，其中大部分为废弃混凝土和粘土砖，大量的建筑垃圾处理引发了相 当严重的环境问题；一方面，水泥的生产需要大量矿物原料，随着不断开采天然 矿物，天然原料资源日趋短缺，且开采的运输能耗与费用巨大，破坏生态环境也 十分严重【1 1 。因此，积极进行建筑垃圾资源化再利用研究具有非常重要的现实意 义和长远的社会意义。本文进行的建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究，满足世 界环境组织提出“绿色的三大含义【2 】： ( 1 ) 节约资源、能源。 ( 2 ) 有利于环境。 ( 3 ) 可持续发展。既满足当代人的需要，又不危害后代人，满足其需要的 能力。 因此，建筑垃圾的资源化利用符合我国目前所倡导的可持续发展要求，应大 力提倡。 1 1 本课题研究的目的和意义 1 1 1 建筑垃圾与资源环境的问题 建筑垃圾是建筑物的拆除、建设、维修过程中产生的，大多为固体废弃物。 其中包括：废弃混凝土、砖瓦、废弃沥青混凝土以及施工中散落砂浆、混凝土等 3 1 。近些年来，随着城市公用、民用建筑及市政设施的更新、改造和建设，大量 旧建筑物的拆除，导致大量的建筑垃圾产生。据介绍，经对各种类型建筑的施工 过程进行测算，每施工1 0 0 0 0 m 2 建筑，产生建筑垃圾5 0 0 6 0 0 t 4 1 。据统计，我国 每年新建住房面积约6 5 亿m 2 。按上述比例计算，每年仅建设施工产生、排出的 建筑垃圾达近4 0 0 0 万t 。另外，i e t 建筑的拆除也会产生大量的建筑垃圾，拆除每 m 2 旧建筑产生废料0 5 0 7 t ，按旧房拆除面积占新建建筑面积的1 0 计算，拆除 房屋产生垃圾为4 0 0 0 万t 左右。合计以上两项，每年，我国建筑垃圾产生量约 8 0 0 0 万t 【5 】。其中，除- d , 部分用于道路、建筑物的基础垫层以外，大部分未经 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究 处理，便被施工单位运往乡村、郊外，采取填埋、露天堆放的方式处理，不但大 量耕地被长期占用，还耗费了大量的土地征用费、清运垃圾费等经费，并对河道、 水源、土壤和植被等造成严重危害，与此同时，清运、堆放过程中的遗撒、灰尘 飞扬等问题，造成严重的环境污染【6 。 世界上使用量巨大的人造建筑材料一水泥，消耗大量的自然资源。据相关 统计，2 0 年来，我国水泥产量居世界第一位，2 0 0 1 年，我国水泥产量达6 5 亿t ， 世界第一，占水泥总产量的三分之一；2 0 0 3 年，我国水泥总产量已达到8 亿t f 引。 2 0 0 8 年已经达到1 3 8 8 亿t 【9 】，呈现出逐年增长的形势。每年全世界混凝土产量 可达9 0 亿t ，我国每年产量为1 5 2 0 亿m 3 1 0 】，其中，砂石集料占混凝土体积的 7 0 8 0 ，而水泥占混凝土重量1 5 。粘土质原料和石灰石质原料是生产水泥的 主要原料，所以说天然的矿物质资源是生产混凝土的主要原材料。据相关统计， 我国每年开采5 0 亿t 以上的石灰石、粘土及砂石等矿物质用于生产水泥、混凝 土【8 】o 随着水泥、混凝土产量增加，天然原材料出现严重危机，许多国家地区已 无可取的天然矿物资源，必须从别处运行。所以开发建筑垃圾资源化技术、实现 资源循环利用是势在必行之势。 混凝土材料给我们带来安居的生活，同时，也引发许多环境污染、破坏问题， 受到许多有识之士极大重视和关注。研究表明，每生产1 t 的水泥，就释放0 5 5 t c 0 2 ，煅烧熟料过程中燃料释放约o 4 tc 0 2 ，二者相加为0 9 5 t 。生产1 5 亿t 水泥 熟料将排出c 0 2 近1 3 亿t ，约为全球c 0 2 年排量的1 3 。此外，生产l t 水泥熟 料产生2 k g n o x 和3 k g s 0 2 算，则生产1 5 亿t 水泥熟料将排出s 0 2 4 5 0 万t 、n o x 3 0 0 万t 、粉尘3 5 0 0 万t 1 l 】。排放出大量的c 0 2 ，不仅造成温室效应，还能与n o x 和s 0 2 形成酸雨，危害生态植被和农作物，还缩短建筑物表面装饰寿命，并影响 装饰的效果。粉尘和n o x 造成严重的污染，恶化了人类居住环境，对身体健康 不利。2 0 0 2 年，我国水泥业粉尘、烟尘排放量约为8 0 9 万t ( 大部分为中小型水 泥厂) ，约占我国烟粉尘排放总量的4 0 ，按照我国1 3 亿人口，则人均负荷为 6 2 k g 。这些原材料的开采，消耗了大量能源原料，也造成十分严重的污染。例 如，需消耗标准煤近1 8 0 k g 用来煅烧i t 普通硅酸盐水泥熟料【1 2 】，矿物开采、运 输与破碎需要消耗大量能量。作为非再生的资源，过度开采矿物，使自然景观遭 到严重破坏，河床形状、位置改变，造成河流改道或水土流失等严重后果，造成 2 济南大学硕 ：学位论文 人为的因素引起的自然灾害，每年，给我国造成直接、间接经济损失达数百亿元， 严重的影响我国经济的可持续发展。对此，对工业废弃物的循环利用已是势在必 行。 1 1 2 建筑垃圾回收利用的方法 随着人们加强节能环保的意识，人们越来越重视建筑废弃物再生利用的研 究。据相关调查，建筑废弃物可分为施工废弃物和拆除废弃物两种。拆除的废弃 物主要是废弃混凝土、废砖块、包装料、砂浆块等。若是以重量计，建筑垃圾中 约4 8 3 5 为混凝土废弃物，3 7 4 2 为废砖石块，以上两种废弃物共占建筑垃圾 总重的8 5 7 7 h 3 】。除此以外，在新的建筑施工过程中，因人为和施工工艺等因素 造成混凝土的散落是不可避免的，约为1 0 2 0 ，混凝土搅拌站因清理泵车、搅 拌车及搅拌机时产生约占混凝土产量2 2 的废弃混凝土。 当前，美国是回收利用建筑垃圾技术最发达的国家。美国建筑垃圾年产量约 3 2 5 亿t ，其中，7 0 经过分拣及加工进行再生利用，其余3 0 的作为广场、道路 等填料来使用1 3 】。从广义上来讲，美国建筑垃圾的综合利用率为1 0 0 。综合利 用建筑垃圾大致可分三个级别：一是“低级利用 ，主要是一般性回填、现场分 拣利用等，约占垃级总量5 0 6 0 ；二是“中级利用 ，如用作道路、建筑物的 基础材料，经各种处理、加工成为骨料，再制成建筑用砖等，约占垃圾总量的3 0 ； 三是“高级利用”，如经过各种技术，将垃圾还原成沥青、水泥等再利用，这一 部分的比例最低。另外，美国的某公司采用微波技术，可以将再生旧沥青路面原 料重新回收利用，利用率为1 0 0 ，其成本可降低1 3 ，质量与新拌沥青面料相同， 还节约垃圾处理和清运等费用，同时，有效的减轻了城市的环境污染【1 4 】。 综合来说，建筑垃圾的种类主要以下几种：废弃砖瓦、废弃沥青、废弃混凝 土、施工中散落的混凝土及砂浆等【1 5 】。 ( 1 ) 废弃混凝土 在建筑垃圾中，废弃混凝土所占比例较高，所以，废弃混凝土的再利用也成 为研究的热点。经研究，通过再生混凝土添加料或再生混凝土技术，可以实现废 弃混凝土的再生利用。 来源于拆除的废弃物中的废弃混凝土，经过处理可以制作混凝土，替代天然 3 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究 骨料，可以作为“可循环再生骨料 ，也可用作碎石用于飞机场跑道的垫层、室 内地坪垫层和地基加固、道路等。进一步粉碎后，可用作抹灰砂浆和拌制砌筑砂 浆。将废弃混凝土的筛分粗骨料后的筛下部分或全部磨细，约磨至细度为1 5 ， 将其称做再生混凝土的添加料。用添加料可以取代水泥1 0 m 3 0 ，同时可以取 代砂子不超过3 0 ，既可以发挥废弃混凝土中剩余的活性，又可以使再生的混凝 土的容重和水化热降低，所以，对此的研究具有相当可观的前景。 韩国装修公司“利福姆系统 成功开发从废弃混凝土中分离出水泥，并且 分离的水泥具有可以再生利用的功能。首先，把废弃混凝土中的石子、水泥、钢 筋等分开，然后，在加热至7 0 0 下，对水泥进行处理，并且在此过程中添加某 种特殊物质，进而生产出再生水泥。这种水泥的强度几乎和普通水泥的强度一样， 符合韩国规定的施工标准。该公司称，成功分离l o o t 的废弃混凝土，就可以获 得再生水泥3 0 t 左右。生产这种再生水泥的成本仅为普通水泥生产成本的1 2 ， 而且，在生产的过程中产生更少的c 0 2 ，对环保更加有利。目前在韩国，这项技 术已经申请专利。在韩国每天要产生废弃混凝土5 万多t ，而且，水泥原料石灰 石等天然不可再生资源也正在枯竭，因此此项技术不仅可以解决建设中的废弃物 污染等问题，还可以缓解资源枯竭0 6 1 。 将废弃的混凝土块经破碎、分级后清洗烘干，按照一定的比例混合后，可以作 为再生骨料。将废弃混凝土块经破碎、分级，按一定的比例混合后而形成的骨料 称为再生骨料( r e c y c l e da g g r e g a t e ) ，而将利用再生骨料作为部分或者全部骨料配 制的混凝土，称为再生骨料混凝土( r e c y c l e da g g r e g a t ec o n c r e t e ) ，简称再生混凝 土。对再生混凝土来说，生产再生骨料的原始废弃混凝土称为基体混凝+ _ ( o r i g i n a l c o n c r e t e ) 1 7 - t 9 1 。用废弃混凝土来生产再生骨料的工艺过程就是将不同的破碎设 备和传送设备、筛分设备、除杂质设备组合在一起的过程。现实中的废弃混凝土 中一定存在着建筑石膏、玻璃、塑料碎片、钢筋等杂物，但是为了保证再生混凝 土的质量，必须要采取相关的措施，除去这些杂物。经数次破碎、筛分、去除杂 物的过程，可以获得级配与品质符合生产要求的再生骨料 2 0 之2 1 。 ( 2 ) 废弃砖瓦 建筑垃圾中另一含量比较高的组分是碎砖块。再生利用的主要途径有：类结 构轻集料混凝土及构件、作水泥混合材、再生免烧砖瓦、免烧砌筑水泥等 2 3 】。 4 济南大学硕一 二学位论文 试验表明，将废旧砖瓦经破碎、筛分及粉磨制成的废砖粉，在石膏、硅酸盐 水泥熟料或石灰等激发下，具备一定的活性强度。颗粒粒径小于3 0 m m 的青砖的 容重为7 5 2 k g n 1 3 ，红砖颗粒的容重为9 0 0 k g m 3 ，大体符合作为轻集料的条件，再 掺入密度比较小的粉体或细集料，用以制作具有保温功能、承重的轻集料混凝土 器件、及透气性便道砖、花砖等。采用这种构件作墙隔板、作隔热保温材料、作 建筑砌块代砖是非常有前景的。 借助水泥熟料激发条件，使用6 0 左右的废砖粉，经粉磨工艺，便可以制得 砌筑水泥块。使用7 0 左右的废砖粉，利用石膏、石灰激发的激发条件，免蒸、 免烧，可以成功制得1 0 0 # 及1 5 0 # 砖，其2 8 d 的强度符合普通砖要求的标准，可以 用于要求承重的结构。但是需要说明，这种方法制备的免烧再生砖的9 0 d 强度比 2 8 d 强度提高6 0 左右，而普通烧结砖在出窑后，其使用期强度不会提高。借助 这一特点，也可使用废弃砖瓦粉成型任何形状的产品或陶制品。于普通水泥中加 入5 废砖粉作为水泥混合材，虽3 d 、7 d 的抗压强度偏低，但2 8 d 抗折、抗压强度 均高于不加时，且不影响水泥的凝结时间与安定性。 ( 3 ) 废弃沥青混凝土 废旧沥青混凝土主要是重铺沥青混凝土路面时拆除旧路面而产生，其回收利 用的方法主要有热熔回收和冷溶回收。冷溶回收是将粉碎后的废沥青混凝土作为 地基铺在下层，而在其上面铺新沥青混凝土路面的回收方法；热熔回收则是将粉 碎后的废旧沥青混凝土作为骨料直接掺入新的沥青混凝土中，其重量的掺入量可 以达到1 5 5 0 。再生沥青混凝土受废旧沥青混凝土的掺入量和质量的影响比较 大，废旧沥青混凝土的质量较差，可以掺入的比例就越小。 ( 4 ) 施工中散落的砂浆及混凝土 对于未干的混凝土、砂浆，经过冲洗，可将其还原为石子、砂和水泥浆进行 回收利用。目前，英国已开发并使用用来回收湿润混凝土和砂浆的机器。另外一 种是化学回收，向要回收的混凝土中加入缓凝剂来暂缓水泥的水化作用，然后， 在适当的时间，加入一定的活性剂使其形成新的混凝土。对于凝固的混凝土、砂 浆，可以使用和废弃混凝土相同的回收利用方法。 5 建筑垃圾在水泥生产中的再利用研究 曼皇曼曼曼曼皇鼍曼曼量曼曼皇鼍曼皇! 曼詈鼍曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼皇曼! 曼曼曼曼曼! 皇曼皇曼曼曼皇曼曼曼! 曼曼皇曼曼曼曼曼i 皇曼皇曼鼍曼曼笪! 曼! 鼍曼 1 1 3 建筑垃圾回收利用的意义 近些年来，我国的建设已经进入快速发展的阶段，大量的建筑物因达到使用 年限或因老化而被拆毁，同时市政工程的动迁及重要基础设施的改造，均产生大 量的建筑垃圾。在能源和环境备受关注的2 1 世纪，和平与发展仍是人类不变的 主题，因此，可持续发展成为人类共同的主题。据有关专家统计，建筑垃圾约占 城市垃圾总量的4 0 ，本研究对可持续发展有意义重大。从比重上来看，砖瓦材 料与混凝土的循环利用是建筑垃圾资源化利用的重要举措，对自然资源的可持续 发展有重要意义，处理建筑垃圾应大力实施和宣传建筑垃圾的资源化循环利用， 应追随城市可续持发展战略的目标。如此用以解决建筑垃圾量大、堆放困难，污 染环境等问题，并且充分的利用可再生资源，既能够满足当代人的发展，又不危 及后代人，并满足其需求的发展。 对建筑垃圾的研究，当今中外学者主要集中于混凝土再生骨料，其中主要包 括再生骨料的基本性能、再生骨料的生产工艺、再生骨料混凝土基本物理性能、 再生骨料混凝土的配合比设计、再生骨料混凝土基本力学性能及有关建议标准等 研列1 2 06 】。以建筑垃圾作为原料组分，取代部分石灰石原料来煅烧水泥熟料，目 前此方面的研究在国内外还较少，通过理论分析，在技术上是完全可行的。普硅 水泥熟料中的主要化学成分是c a o 、f e a 0 3 、a 1 2 0 3 和s i 0 2 。要满足这一化学组 成，主要是以石灰质原料和粘土质为主要原料，再以铝质和铁质校正原料作为辅 助。一般来说，每煅烧烧成1 t 熟料，就需要粘土质和石灰石质干原料o 3 0 4 t 和 1 2 1 3 t 【2 4 1 ，所以，这二种原料在水泥生产中是必不可少，也是消耗量是巨大的。 为节省粘土和天然石灰石原料资源，多年来，水泥行业的科研和工程技术人 员进行了大量用其它材料代替或部分代替这二种原料煅烧水泥熟料的科学研究 和工程实践，并取得了许多研究成果。通过实践证明，利用建筑垃圾部分取代石 灰石或粘土作水泥原料，辅以适当的工艺措施煅烧水泥熟料是可行的。所以，有 人展望，进入新世纪，水泥厂将利用更多的废物作为生产水泥的原料，开采的矿 物用量将会越来越少，将来会有更多的废弃物用作水泥生料或外加剂。因此，建 筑垃圾的再利用研究具有重要的意义。一方面它可以有效解决建筑垃圾对环境所 产生的负面影响，节省清运费用和处理费用；另一方面还可以大力得发展低碳经 济，减少煤电消耗量，节约资源，降低温室气体排放，符合我国现阶段节能环保、 6 济南大学硕j ：学位论文 可持续发展的战略方针。可以说，建筑垃圾回收利用技术能够从根本上解决建筑 垃圾的出路问题，具有显著的社会、经济和环境效益，也符合可持续发展的要求， 是发展绿色经济的重要途径之一。 1 2 建筑垃圾及废弃混凝土回收利用的研究现状 1 2 1 国外研究概况 目前，在建筑行业，无论从数量还是从质量上看，建筑垃圾主要是针对废弃 混凝土和废弃粘土砖而言的。 建筑垃圾的再生利用是俄国的g l u s h g e 首先提出的。早在第二次世界大战以 后，许多发达国家就开始对建筑垃圾进行了开发研究和回收利用，尤其是近年来 随着工业进程的快速发展，水泥、混凝土等建筑材料需求巨大，随之而来的是能 源资源的严重消耗、环境负担日益严重，在此情况下建筑垃圾再利用已逐渐成为 各国研究的热门课题，有些国家，如美国、日本、德国等，还采取立法形式来保 证该项研究及其应用的发展。另据美国“新兴预测委员会 和日本“科技厅等 有关专家做出的预测，在未来3 0 几年间，全球在能源、环境、农业、食品、信 息技术、制造业及医学领域。将出现“1 0 大新兴技术”，其中有关“垃圾处理 的新兴技术被排在第二位，世界各国对于建筑垃圾再利用的重视程度可见一斑 【2 5 1 。到目前为止，已召开有关废弃混凝土再利用的专题国际会议三次。1 9 9 2 年， 在巴西召开的联合国环境开发会议( u n c e n ) ，会议将地球环境问题摆到了一个相 当高的位置；1 9 9 4 年，联合国增设关于“可持续产品开发”的工作组，同时国 际标准化机构也讨论并制定了环境协调及关于制品的标准。各发达国家已经将建 筑垃圾资源化列为研究的重要课题之一。 欧洲是废弃混凝土回收利用最早的地区。1 9 7 6 年，“混凝土的拆除与再利用 技术委员会 ( 8 7 - - d r c ) i 主i 国际建筑材料及结构试验研究实验室会( r l i m ) 设立， 研究废弃混凝土的再生利用与处理的技术。1 9 8 8 年1 1 月，在日本建设省建筑研 究所的主办下，“混凝土的拆除与再利用第2 届r i l e m 国际会议 在东京召开， 会议上发表2 9 篇关于混凝土再利用的论文。后来，“利用回收的混凝土作为骨料 或其它再生结构材料 的议题在加拿大渥太华举行的“水泥和混凝土工业可持续 发展国际会议作为主要议题进行技术交流。近些年来，国内外众多专家和学者 7 建筑垃圾在水泥生产中的再利用珂f 究 进行一系列基础性研究，主要在再生骨料的生产工艺、再生骨料混凝土的基本物 理性能、再生骨料混凝土配合比设计、再生骨料混凝土的基本力学性能和有关建 议标准等方面进行研究【2 0 - 2 2 1 ，并且取得一系列的成果。 对建筑垃圾尤其是废弃混凝土等的再生循环利用研究开展得较早的是日本、 美国和欧洲等发达国家，目前，废弃混凝土的再生利用率已经达到了一定的水平 【2 6 1 。早在前苏联，利用混凝土废弃物开始于7 0 年代末，他主要针对新拌混凝土的 特性以及再生混凝土的配合比设计进行研究，确定出随着骨料含量不同、韧度和 弹性模量的变化不同、以及再生混凝土的密实性等再生混凝土的性能的情况1 1 9 】。 最早推行环境标