固体废弃物在新型墙体材料中的应用.pdf

综合报道 C O M PREH EN SIV EREPO RT 砖 瓦 世 界 2 0 0 7 6 革部门及建设行政主管部门组成机构 根据国家和 地方新型墙材发展使用情况 制定规划和计划 适时 组织编制新型墙材产品及应用技术标准 规程 注 意避免标出多门 编制的标准水平不高 标准使用局 限性大 标准寿命太短的问题 2 发挥新型墙材生产设备 产品生产企业的积 极性 由他们牵头 联合院校 科研 设计 施工等单 位 组成技术攻关队伍 研究解决技术难题 编制新 型墙材建筑设计 施工验收的技术标准 规程 研究 开发配套材料 有关部门则应积极予以支持 3 充分利用新型墙体材料专项基金 给予编制 新型墙材建筑设计 施工验收标准 规程 研发相关 材料的经费支持 各省 市 区 应从所辖市 地 上缴 的专项基金中 拿出一部分 专门用于标准 规程的 编制和有关科学试验 必要时还可动员 利用有关 市 地的部分基金 国家对那些使用范围广的新型墙 材的设计应用 组织企业 院校 科研 设计 施工等 单位 编制有关标准和规程 4 国家和省 市 区 墙改部门应注意发现地 方新型墙材应用成功的经验范例 加以总结 提高 完善和推广 避免其他地方在编制设计 施工应用标 准 规程工作方面走弯路或重复 论 坛 固体废弃物 在新型墙体材料中的应用 谢尧生 中国建筑材料科学研究总院建筑材料行业生产促进中心 1前言 资源 能源 环境 经济与性能是材料科学特别 是建筑材料工业发展应综合考虑的问题 自然资源 是有限的 人类已开始面临自然资源日渐枯竭的威 胁 而对自然资源的过量消耗和废弃已造成了生态 系统的破坏和环境污染等问题 如何保护有限的自 然资源 对保护人类的生存环境有着直接的联系 墙体材料是长线产品 要保障墙体材料有源源不断 的原材料供给 必须注意对自然资源的节约使用 对 固体废弃物的综合利用 实现资源的重复循环 2墙体材料可利用的固体废弃物分类 墙体材料主要为无机材料 其组成主要是骨料 和胶结料 具有这种特征的固体废弃物均可考虑作 为墙体材料的原料加以利用 这些废弃物可分为矿 业废弃物 工业废弃物 城市废弃物 农业废弃物 2 1矿业废弃物 矿业废弃物主要来自采矿 选矿产生的废石 尾 矿 以及选煤废料 采矿过程中产生了大量废料 包 括覆盖的岩石 低品位矿石等 岩石成分有火成岩 沉积岩 变质岩等 块大的1 m以上 小的不到1 m m 尾矿为选矿时排出的细粉状废弃物 尺寸不等 类似 粗砂到特细砂 尾矿的成分取决于矿源和选矿方法 如铅锌矿含白云石 C a O和M g O成分较高 金 铁 铜尾矿中硅成分较高 选煤废料主要是煤矸石 成分 为硅 铝 铁 钙 硫的氧化物 表1为部分矿业废弃 物的化学成分 在各种固体废弃物中 矿业废弃物排放量最大 矿业废弃物有的用于回填 更多是在山沟 河边 地 面堆放 占用了土地 影响了环境 堆积的煤矸石还 会缓慢自燃 成了持续的污染源 墙体材料是长线产品 要保障墙体材料有源源不断的 原材料供给 必须注意对自然资源的节约使用 对固体废弃 物的综合利用 实现资源的重复循环 2 综合报道 C O M PREH EN SIV EREPO RT 砖 瓦 世 界 2 0 0 7 6 废弃物名称S i O 2 A l 2O3 F e 2O3 C a OM g OS O3T i O2K2ON a 2O 烧失量 煤矸石 淮北岱河煤矿 5 4 6 11 8 8 85 7 00 6 51 0 51 5 6 5 煤矸石 碳质页岩 3 9 6 01 4 6 02 2 00 8 83 0 23 0 0 0 自然煤矸石 枣庄 5 2 8 21 7 7 79 3 86 0 81 5 14 8 85 5 2 自然煤矸石 阜新 5 9 7 21 6 0 11 0 0 15 0 82 9 20 8 80 4 6 烧煤矸石 门头沟 5 4 4 03 0 9 54 8 71 5 30 8 80 3 00 1 32 9 71 6 82 2 6 金矿尾矿粉7 0 5 25 0 11 2 6 23 7 01 2 03 6 05 4 8 硫铁尾矿3 9 3 23 2 8 76 2 21 2 60 8 31 1 7 55 3 41 4 8 8 铁尾矿7 3 4 17 3 43 5 57 0 52 9 30 0 60 1 72 0 51 4 4 铜尾矿7 1 1 01 3 2 04 9 01 1 02 1 03 3 00 3 02 6 铅锌尾矿4 3 9 11 2 41 1 8 11 1 8 8Z n O6 1 7C O 31 7 9 6 石膏尾矿 应城 3 1 2 69 2 53 2 61 5 7 84 0 61 7 2 32 3 11 0 81 6 7 9 表1某些矿业废弃物的化学成分 工业废渣名称S i O 2 A l 2O3 F e 2O3 C a OM g OS O3T i O2K2ON a 2O 烧失量 粉煤灰 十里泉一电场 5 2 1 12 6 3 08 7 35 6 61 5 22 9 92 1 1 粉煤灰 十里泉二电场 5 5 1 02 5 2 89 3 65 1 41 3 61 2 81 6 7 粉煤灰 十里泉三电场 5 5 2 62 3 1 41 3 0 05 2 91 1 61 3 30 3 2 粉煤灰 天津 2 8 5 41 2 6 31 9 5 32 9 8 51 1 00 4 5 粉煤灰 北京 3 3 2 03 9 2 58 2 61 3 4 90 8 61 3 1 粉煤灰 河北 2 9 5 13 4 9 91 2 2 01 6 7 34 5 00 2 0 油母页岩灰渣4 2 8 31 8 6 11 8 1 18 5 40 3 81 3 21 5 80 1 44 2 6 废渣 洛拖 6 1 0 17 8 89 3 67 2 73 2 48 9 6 废渣 洛拖 5 8 0 57 0 71 7 5 65 7 23 7 44 6 8 铜渣 建德 2 8 9 26 4 05 9 6 52 7 23 6 8 铬铁渣2 8 7 17 0 10 5 85 0 2 89 1 3 铬渣4 3 2 02 7 2 06 8 01 2 0 09 4 0 高炉矿渣2 5 4 06 1 50 5 1 03 5 4 52 1 50 5 1 5 锰渣 河北 2 8 3 11 3 1 54 2 4 64 6M n O7 8 磷渣 河北 3 6 8 83 9 22 9 34 4 0 01 5 60 1 8 磷渣 贵州 3 6 0 84 9 7 2 8 84 3 7 52 7 00 1 80 8 2 硫磺渣 建德 5 0 1 78 8 12 5 9 22 6 41 8 25 0 62 2 8 磷石膏 铜陵 0 4 20 5 63 4 1 50 5 24 5 5 8P 2O51 7 1 磷石膏 上海 0 2 90 3 4 2 8 8 90 4 04 0 5 41 7 8 9 脱硫石膏 太原 3 2 61 9 00 9 73 1 9 34 0 0 90 1 30 0 5 脱硫石膏 重庆 1 8 20 3 90 2 03 1 2 4 0 6 44 4 2 30 1 30 0 5 氟石膏 湘乡 3 4 10 5 00 4 71 3 40 2 5C a F 20 7 5C a S O45 2 5C a S O4 H2O8 7 4 5 2 2工业废弃物 系工业化生产过程中产生的废弃物 有冶金渣 如铜 钼 镍 锡渣 高炉渣 转炉渣 铸造渣等 乃至 冶炼时熔化的非金属矿物冷却后形成的物质 有燃 煤产生的灰渣 如粉煤灰 煤渣等 燃煤脱硫产生的 固硫灰渣 烟气脱硫石膏 燃烧油母页岩产生的灰渣 等 有化学工业产生的废渣 如硫渣 磷渣等 这些 工业废渣的成分一般为硅 铝 铁 钙 硫等 部分工 业废渣的化学成分列于表2 工业废弃物在靠近城市的地方已得到较好的利 用 但更多的被排放在堆场 2 3城市废弃物 包括垃圾 污泥 拆毁的建筑等 随着经济发展 城市和城市人口增加 城市废弃物也逐年增加 美国 的城市垃圾在上世纪的8 0年代增长率为4 5 年 产生量1 7 2亿t 我国增长的比率更大 1 9 9 5年总 表2某些工业废渣的化学成分 论 坛 3 综合报道 C O M PREH EN SIV EREPO RT 砖 瓦 世 界 2 0 0 7 6 S i O2A l 2O3 F e 2O3 T i O2C a OM g O烧失量 冬天4 7 0 71 6 5 43 6 20 5 86 8 71 1 21 1 6 3 夏天4 3 7 21 9 2 93 2 00 7 77 6 11 1 92 0 5 8 表3焚化后灰渣的化学成分 北京 量为1 6 6亿t 并以每年8 的速度增长 目前北京 市生活垃圾的日产量1 4 3万t 1 9 9 2年对北京市垃 圾成分调查的数据 1 2个样的平均值为 金属0 7 6 玻 璃3 7 9 纸 类6 0 4 塑 料1 8 8 织 物1 7 4 骨 壳 0 0 0 食品3 2 6 2 草木1 1 7 炉灰0 0 0 灰土4 7 2 0 砖瓦4 7 9 垃圾中一般没有重金属 即使有 含量也 很少 腐蚀垃圾放射性核素 镭 r d 4 8 7 钍 T a 3 8 0 钾 K 3 0 1 5 符合国家标准允许值 垃圾的处理方式多为堆放 堆肥法 经济发达 的城市已采用深埋和焚化 当前北京市生活垃圾的 无害化处理主要靠填埋 每年消耗土地达5 0 0亩 填埋对周围环境质量影响很大 后期维护成本高 且 垃圾里的资源得不到利用 焚化应是处理垃圾最有 效的方法 焚化后残渣的体积仅占原体积的2 0 但这2 0 的灰渣仍需要处理 灰渣的化学成分 北 京 见表3 从这些分析看 灰渣是可用的 具有一定 活性 可作建材的原材料 城市废弃物中 建筑废弃物主要是指建设 施工 单位新建 改建 扩建和拆除各类建筑物 构筑物时 产生的弃土 弃料及其它废弃物 主要有废弃混凝 土 砂浆 粘土烧结制品 包括砖 瓦 墙地砖等 玻 璃 石材以及金属 竹木材 沥青 有机塑料等 据介 绍 我国建筑垃圾的数量目前已占到城市垃圾总量 的3 0 4 0 1万m 2建筑施工的工程中仅建筑废 渣就会产生5 0 0 6 0 0 t 目前绝大部分建设施工单位 对建筑垃圾未经任何处理 便被运到郊外 露天堆放 或填埋 城市用水的循环使用 需要进行水处理 污水处 理产生了污泥 河湖的疏浚清出了大量的淤泥 这些 也是城市的主要废弃物源 城市废弃物若经过加工处理 既可作为新型墙 材的原材料 同时又减少了废弃物的占地和环境污 染 2 4农业废弃物 随着农村经济发展 农民使用能源的方式也在 改变 农业收获以后产生的秸秆 谷壳等已不再是主 要的能源材料 这样 秸秆 谷壳的处理成了难题 若在地里焚烧要污染环境 不可取 事实上 秸秆 谷壳等农业废弃物是不断再生的自然资源 再生的 周期快 数月时间 从材质看多呈纤维状 可用来增 强制品的机械性能等 因此有着极大的利用前景 3墙体材料利用固体废弃物的可能性 固体废弃物作为新型墙体材料的原材料 可从 4个方面考虑其利用的可能性 3 1作集料 固体废弃物的形状多为块状和颗粒状 具有一 定的强度 大多硅质含量高 最直接 最简单的是作 集料用 我国一些经济发达城市 平原城市 集料本 已紧缺 现又从保护生态环境 维护自然景观和绿色 植被出发 已禁止开山采石 挖河取砂 这就更应该 加强对固体废弃物的利用 矿业废料经破碎筛分可作粗集料和细集料 北 京首钢已立项建设将矿山废料加工成集料的生产 线 工业灰渣 包括煤矸石可作为轻集料 细集料和 微集料 经加工成为人造轻集料 如用煅烧煤矸石 粉煤灰 污泥 淤泥制陶粒等 一些带有不同颜色的 集料 如铜渣 锰渣 硫渣 煤矸石 玻璃等还可作为 色质集料生产装饰性墙体材料 如装饰混凝土砌块 北京市环卫所曾进行了焚烧垃圾作集料以及作陶 粒 用以生产加气混凝土 市政用的隔离墩 路面砌 块以及小型空心砌块的试验 在上海已建成了把建 筑废弃物加工成粗细集料生产混凝土小型空心砌块 的生产厂 3 2作胶凝材料和胶凝材料组分 工业副产石膏中的磷石膏 氟石膏 烟气脱硫石 膏等含有二水硫酸钙 C a S O 4 2 H2O 已用于制造石 膏墙材 工业灰渣是经燃烧或高温熔融了的具有了 火山灰活性 可作细集料 微集料 经磨细加工成粉 体 尤其是微粉和超细粉体还可作为胶凝材料的组 分 有的灰渣如冶金渣 高钙粉煤灰 油母页岩灰渣 等含有C a O M g O或其水化物 本身就具有自硬性 有些国家墙体材料标准中 如英国标准B S 6 0 7 3已 把粉煤灰作为胶结料和集料的组分看待 我国的粉 煤灰 混凝土 小型空心砌块行业标准J C 8 6 2 2 0 0 0 也有这个意思 即粉煤灰既是细集料又是胶凝材料 组分 论 坛 4 综合报道 C O M PREH EN SIV EREPO RT 砖 瓦 世 界 2 0 0 7 6 3 3作某些化学添加剂 外加剂 的载体 某些化学添加剂在混合物料中的掺加量很少 直接加入拌合料中不容易被分散均匀 影响了添加 剂功效的发挥 如果把磨细的固体废弃物作为载体 适量的与添加剂一起先混合均匀 然后再掺入拌合 料中搅拌就容易均匀分散在拌合料中 使其效果充 分发挥 同时固体废弃物的作用 如保水 增粘作用 填充密实作用 火山灰作用等也得以发挥 改善拌合 物的工作性 或增强硬化体的致密性 或提高其制成 品的耐久性能 事实上 一些添加剂如某些防冻剂 防水剂 促凝剂 减水剂 早强剂等已这样应用 3 4作增强材料 作为增强材料用的固体废弃物 首先应能同胶 凝材料粘结结合 在此基础上发挥增强材料的机械 性能 以增强胶凝材料的机械性能 这里所指的机 械性能主要是抗拉性能 增强材料有纤维状 片状 和颗粒状 主要是经加工处理过的植物包括农业废 弃物 像麦秆 稻草 竹 锯末 谷壳等 我国已有了 用这些废弃物增强有机胶结料或无机胶结料的墙体 材料 主要是板材 4利用固体废弃物的新型墙体材料 汇总一下我国主要的墙体材料名称及其原材料 组成就可看出 固体废弃物已经应用或者说可以应 用于生产新型墙体材料 现将应用情况列于表4 除表4中所列的可利用固体废弃物的新型墙体 材料外 其中一些产品还在扩展延伸 如加气混凝 土中的水泥 石灰 尾矿 多孔砖除混凝土多孔砖 外 出现了粉煤灰混凝土多孔砖 实心砖除粉煤灰砖 外出现了粉煤灰混凝土砖等 随着研究的深入 一 些新的墙体产品还会不断出现 除利用固体废弃物外 新型墙体材料的另一重 要特点是轻质的 空心的产品多 这是节省资源的墙 体材料 用这种材料同时提高了墙体的功能 北京 市建筑设计院设计研究所与北京市现代建筑材料公 司合作建造的多层 六层 住宅 除构造柱 圈梁 楼 板为现浇混凝土外 其它的结构材料全是粉煤灰制 品 墙是蒸压粉煤灰砖的承重墙 外砌粉煤灰加气混 凝土砌块作外保温 屋面用的是粉煤灰加气混凝土 屋面板 利废节能的效益十分显著 上海静安屋房 发展中心在龙水南路盖的两幢以粉煤灰小型空心砌 块为砌体的六层框混结构住宅 得到了甲方 住户和 施工单位好评 北京的蒸压粉煤灰砖建筑已3 0多 年 经冻融等条件考验 至今仍在使用 这样的应用 事例很多 事实上 利用固体废弃物生产的墙体材料 已经成为了新型墙体材料的主流 5研发建议 开发利用固体废弃物还有很多的试验研究工作 可作 1 在墙体材料或在其它制品中 要研究提高固 体废弃物的利用量 以节约更多的自然资源 中国节 能投资公司1 9 9 6年1 0 3号文 关于提请推荐利用粉 煤灰生产新型材料基建项目的函 要求灰渣掺量 5 0 国家经贸委资源节约与综合利用司提出墙材 产品的四高之一是工业废渣掺量5 0 以上 事实 上 这种高利用量是可能的 如粉煤灰加气混凝土 高掺量的煤矸石砖 粉煤灰砖等 2 要研究提高利用固体废弃物的附加值 这里 有两层含义 提高利用的技术含量 提高利用的经济 效益 如某些废渣的超细磨 两种和两种以上废渣的 复合效应 垃圾的资源化 减量化和无害化等等 1 9 9 7年第三届国际粉煤灰利用研讨会将粉煤灰的 大用量和高附加值利用作为研讨会的重点内容 对 高附加值的研究被认为是最具有技术挑战的领域 3 开发利用固体废弃物的新产品 新工艺和新 装备 这几年出现的高掺量煤矸石砖 粉煤灰砖 粉 煤灰混凝土小型空心砌块 工业灰渣混凝土空心隔 墙板 以及混凝土多孔砖等就是例子 这些新开发的 墙体材料与工艺 装备的研发密切合作 形成了较完 整的技术 具有自主知识产权 4 结合利用开展利用固体废弃物的应用基础 理论研究 这里也有两层内容 一是应用基础理论研 究 为利用好固体废弃物提供 机理 技术支持 我国 在这方面的研究是很有成效的 再就是制订与修订 有关标准 如利用固体废弃物的新的墙体材料产品 标准的制订 制订固体废弃物作为集料 掺合料的标 准 现有墙体材料产品标准在修订时应将固体废弃 物作为原材料写进标准中 原材料标准如砂 石标 准 轻集料标准应增列固体废弃物作为粗 细集料的 内容等等 写进了标准应用就名正言顺了 利用固体废弃物是利国利民的大好事 笔者非 常赞同国外已实行的给回收 研究和利用固体废弃 物的授予 保护生态环境 的光荣称号 论 坛 5 综合报道 C O M PREH EN SIV EREPO RT 砖 瓦 世 界 2 0 0 7 6 新型墙体材料产品名称产品标准编号名称解释 术语 包括所用固体废弃物 烧结粉煤灰砖G B T 5 1 0 1 2 0 0 3 以粉煤灰为主要原料 掺入煤矸石粉或粘土等胶结砖料 经配料 成型 干燥和熔烧而成 的普通砖 烧结煤矸石砖G B T 5 1 0 1 2 0 0 3以煤矸石为主要原料 经粉碎 成型 干燥和熔烧而成的普通砖 烧结粉煤灰多孔砖G B 1 3 5 4 4 2 0 0 0 以粉煤灰为主要原料 掺入煤矸石粉或粘土等胶结砖料 经配料 成型 干燥和熔烧而成 的主要用于承重部位的多孔砖 烧结煤矸石多孔砖G B 1 3 5 4 4 2 0 0 0 以煤矸石为主要原料 经选料 粉碎 成型 干燥和烧结而成的主要用于承重部位的多孔 砖 烧结粉煤灰空心砖与砌块G B 1 3 5 4 5 2 0 0 3 以粉煤灰为主要原料 掺入煤矸石或粘土等胶结砖料 经熔烧而成 主要用于非承重部 位的空心砖和空心砌块 烧结煤矸石空心砖与砌块G B 1 3 5 4 5 2 0 0 3以煤矸石等为主要原料 经熔烧而成 主要用于非承重部位的空心砖和空心砌块 粉煤灰砖J C 2 3 9 2 0 0 1 以粉煤灰 石灰或水泥为主要原料 掺加适量石膏 外加剂 颜料和集料等 经坯料制备 成型 高压或常压蒸汽养护而制成的实心粉煤灰砖 煤渣砖J C 5 2 5 9 3 以煤渣为主要原料 掺入适量石灰 石膏 经混合 压制成型 蒸压或蒸养而成的实心煤 渣砖 蒸压灰砂砖G B 1 1 9 4 5 1 9 9 9 以砂和石灰为主要原料 允许掺入颜料和外加剂 经坯料制备 压制成型 高压蒸汽养护 而成的实心灰砂砖 蒸压灰砂空心砖J C T 6 3 7 1 9 9 6 以砂和石灰为主要原料 经坯料制备 压制成型 蒸压养护而制成的孔洞率大于1 5 的 蒸压灰砂空心砖 蒸压加气混凝土砌块G B T 1 1 9 6 8 1 9 9 7 以硅质材料和钙质材料为主要原料 钙粉为发气剂 原材料经搅拌 浇注成型 发气稠 化 预养 切割 高压蒸气养护制成 普通混凝土小型空心砌块G B 8 2 3 9 1 9 9 7 以水泥为胶凝材料 砂 石作集料 经搅拌 振动加压成型