材料化学 课件 15-2 城市固废资源化生态建材

固废资源化生态建材技术第一章

城市固废资源化生态建材（一）

建筑废弃物资源化生态建材目录第1部分建筑废弃物现状第2部分建筑废弃物资源化利用技术第3部分未来发展趋势与展望目录第1部分建筑废弃物现状第2部分建筑废弃物资源化利用技术第3部分未来发展趋势与展望拆除固废、装修垃圾、工程渣土、工程泥浆及工程垃圾等五类统称为建筑垃圾（建筑废弃物）。建筑废弃物中拆迁垃圾占24%，工程渣土72%，其它4%。工程渣土：指各类建筑物、构筑物、管网、地铁等地基开挖过程中产生的弃土。拆除固废：指各类建筑物、构筑物等拆除过程中产生的金属、混凝土、沥青、砖瓦、陶瓷、玻璃、木材、塑料等弃料。装修垃圾：装饰装修房屋过程中产生的金属、混凝土、砖瓦、陶瓷、玻璃、木材、塑料、石膏、涂料等废弃物。工程泥浆：指钻孔桩基施工、地下连续墙施工、地铁泥水盾构施工、水平定向钻及泥水顶管等施工产生的泥浆。工程垃圾：指各类建筑物、构筑物等建设过程中产生的金属、混凝土、沥青和模板等弃料。堆存量上百亿吨，年产生量15亿吨，利用率不足10%第1部分建筑废弃物现状目录第1部分建筑废弃物现状第2部分建筑废弃物资源化利用技术第3部分未来发展趋势与展望固定式分选系统建筑垃圾经过破碎、清洗、无害化等处理，形成建筑废弃物再生骨料第2部分建筑废弃物资源化利用技术2.1建筑废弃物分选系统建筑废弃物资源化处置流程图水浮选分离技术叶轮式分离技术与螺旋式分离技术，用于经过破碎后的建筑垃圾料的去除密度较轻的杂质（如木材，泡沫）的技术；实现轻物质分选率达到95%以上。叶轮式分离设备螺旋式分离设备风选分离技术风选是利用物料与杂质之间悬浮速度的差别，借助风力除杂的方法。轻物质分选率达到95%以上。建筑垃圾一体化风选设备移动式分选系统2.1建筑废弃物分选系统2.2建筑废弃物再生骨料及其制备技术骨料名称粒径(mm)生产比例（%）杂质(%)再生细骨料0-5402再生粗骨料Ⅰ5-10301再生粗骨料Ⅱ10-30301

再生骨料组成成分不同粒径的再生骨料０～５ｍｍ5～10ｍｍ＞10ｍｍ再生骨料性能11

表观密度/kg/m3堆积密度/kg/m3紧密密度/kg/m3再生骨料密度试验260113141459天然石子密度试验265814381593再生骨料与天然石子表观密度再生骨料孔隙率堆积孔隙率/%紧密孔隙率/%49.544.0天然石子孔隙率堆积孔隙率/%紧密孔隙率/%45.940.1再生骨料与天然石子孔隙率再生骨料压碎指标/%18.3天然石子压碎指标/%10.6再生骨料与天然石子压碎指标

针片状颗粒含量%含泥量%泥块含量%再生骨料3.980.220.18天然石子5.720.980.35骨料的针片状颗粒含量、含泥量和泥块含量

再生骨料表观密度、孔隙率、压碎指标、含泥量12骨料类型吸水率%含水率%再生骨料4.67实测最大5.86实测最小2.53天然石子0.69实测最大0.94实测最小0.35骨料的吸水率和含水率骨

料粒径（mm）表观密度（kg/m3）堆积密度（kg/m3）吸水率（%）压碎指标细度模数再生砂<52724.81448.41.02——2.18天然砂<52489.61141.510.9121.702.78天然砂与再生砂的主要性能指标

再生骨料吸水率、含水率及再生砂性能13（1）在粒形和组分方面，再生骨料与天然骨料相比，有着许多不同的特性。主要表现在以下几点：再生骨料较天然石子棱角多，粒径比较平均；再生骨料表面黏附有水泥砂浆；再生骨料中存在着影响强度的异物，如砖粒、沥青、瓷片、粘土颗粒等，使用再生骨料前应采取分选措施。（2）在材料性能方面：再生骨料与天然骨料相比表观密度、堆积密度比较小；再生骨料的吸水率大，再生骨料的高吸水率是有别于天然石子的最主要特征，使用再生骨料制作再生混凝土时应根据取代率调整水灰比。再生骨料的压碎指标较大，这会影响再生混凝土及其制品的强度。

结果分析2.2建筑废弃物再生骨料制备技术再生清水混凝土再生自流平屋面混凝土3D打印再生艺术混凝土再生木塑复合板再生干混装饰砂浆再生高流态轻质混凝土墙体再生泡沫(混凝)土再生微粉装饰墙板高品质再生骨料2.3建筑废弃物再生粉体制备技术房屋建筑物性状：散碎，通常大块砖墙较少，钢筋混凝土梁柱由于含钢筋故在施工现场由冲击钻破碎；混杂，含有一定量的轻质混杂物；楼板，小型预应力多空楼板处置是中国建废独特问题。再生砂粉入库截辊破一破细轻质物入库牙齿辊破二破再生砂粉回收高压辊压机三破再生砂粉入库金属入库轻物入库渣土入库截辊破一破超细粉入库超细磨三破回收粗细骨料再生超细粉入库金属入库渣土入库圆锥破二破混凝土建筑物性状：散碎：通常大块混凝土较少，钢筋混凝土桥梁、柱由于钢筋含量大故在施工现场由车载冲击钻破碎（如果运到处置厂破碎，由于钢筋价值高，厂家是乐意的）；含土：由于构筑物建筑废物装车等原因含有挖掘土。建筑垃圾再生混凝土制品生产工艺流程2.4建筑废弃物再生混凝土制品建筑垃圾资源化生产线与再生骨料2.4再生混凝土制品制备技术再生混凝土制品关键生产工艺技术原材料主要包括水泥、再生粗细骨料、天然粗细骨料、其他掺合料、外加剂等。混凝土拌合工艺采用JS750强制式搅拌机、PLD1200配料机。成型、养护、码垛工艺成型采用全自动液压系统砌块成型机。由液压叉车叉到养护场地，洒水覆盖养护8小时后，由人工码垛，卸下托板回用，码垛的砌块继续养护7天。质量检验包括:尺寸偏差、外观质量、颜色和强度等级。制备工艺2.5再生混凝土墙板制备技术再生混凝土板材生产线挤压工艺自动化控制系统水分探测技术与准确配料预养制度与养护工艺原材料的预处理：保证最大粒径不超过5mm，再生粗骨料要先做发水处理，达到饱和吸水状态。原料含水率控制：含水率必须保证在15%～16%。配料过程：物料投放顺序和搅拌参数。养护：成型后的墙板在50℃的饱和蒸汽中进行预养。2.6再生混凝土部品构件制备技术可替代普通混凝土生产再生混凝土部品化构件，节省天然石材，减小开采石矿造成环境破坏。生态低碳建材技术第一章

城市固废资源化生态建材（二）

工程渣土资源化生态建材目录第1部分工程渣土现状第2部分工程渣土资源化利用技术第3部分发展展望目录第1部分工程渣土现状第2部分工程渣土资源化利用技术第3部分发展展望第1部分工程渣土现状按照来源分类基坑弃土：弃土分为表层土（石）和深层土（石）；道路拆弃土：构筑物、管网拆除过程中，产生的废弃土、废电线灰土等；建筑拆弃土：主要为新建、改建、扩建和拆除各类建筑物过程中产生的建材弃料土等；装修弃物弃土：拆除的旧装饰材料、旧建筑物产生的建材弃料、装饰弃料、废弃包装等弃土；建材废品废料：建材生产及配送过程中产生的废弃土等。工程渣土：是指建设单位、施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料等废弃物。我国工程渣土约占建筑垃圾总量的70%以上，存在占用土地、污染环境、安全隐患等问题。发达国家工程渣土资源利用率90%以上。欧盟综合利用率达到90%，韩国、日本为97%，美国为89%。《“十四五”循环经济发展规划》指出“到2025年，建筑垃圾综合利用率达到60%”。加快工程渣土资源化利用是提升建筑垃圾综合利用率的关键。助力城市建设减污降碳，实现经济社会绿色转型等战略目标的内在需求。深圳渣土受纳场重大滑坡事故国内外发展现状目录第1部分工程渣土现状第2部分工程渣土资源化利用技术第3部分发展展望工程渣土资源化利用方向墙体材料轻骨料景观绿化道路材料第2部分工程渣土资源化利用技术2.1工程渣土预处理技术工程渣土筛余渣土泥浆质渣土软质渣土硬质渣土初步识别放射性...砂石含量含水率矿物分析化学分析颗粒组成预处理物理/化学改性技术智能多级均化技术多级智能精细化高效分离余热高效利用技术稳定化安全处置技术差异化处置技术分类资源化利用性能确认产品定位2.1工程渣土预处理技术辊式均化机大幅度提高了原料的均化效果进一步将原料进行细化，降低原料的细度物料混合率可达到80%、甚至90%以上。钢渣锰渣镍铁渣尾矿石粉脱硫石膏……再生粉……胶凝属性骨料属性耐磨属性骨料属性填充属性煤矸石磷渣矿冶固废多源渣土+改性处置采用物理/化学改性技术，提升工程渣土

资源化利用效率高效均化技术余热高效利用技术隧道窑干化系统结构示意图2.1工程渣土预处理技术利用隧道窑余热或蒸汽，对高含水率工程泥浆进行干燥，制备成适宜含水率的生产用原料工程渣土基本性能原料名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO2SO3建筑渣土10.4750.2311.584.516.802.344.192.340.510.04盾构渣土10.8049.9211.884.576.672.273.892.110.510.04建筑渣土和盾构渣土原料的化学成分相似，两种原料的各项成分均处于烧结砖原料化学成分的允许范围内，但以最佳适宜范围评定上述两种原料，Al2O3含量略低，CaO、MgO、K2O+Na2O含量略高。工程渣土矿物组成与黏土矿物相似，属中等塑性、中等敏感性原料矿物组成石英方解石黄铁矿蒙脱石铁白云石赤铁矿钾长石绿泥石斜长石65842217362.2工程渣土资源化烧结制品烧结砖/砌块原料名称可塑性干燥性能液限塑限塑性指数干燥敏感性系数渣土23.7412.3311.411.29盾构土23.818.8115.001.35项目DM1DM2DM3DM4DM5渣土10090807060煤矸石/10203040渣土与煤矸石混合料性能试验成型含水率(%)成型试件成型情况16.21(干基)空心试件截面58×20mm空心率16%成型顺利，表面及棱边均光滑，湿坯强度较好成型性能2.2工程渣土资源化烧结制品烧结砖/砌块室内干燥时间24小时36小时48小时60小时混合料试件出现明显裂纹出现细微裂纹未见明显裂纹未见明显裂纹干燥箱温度100±5℃干燥时间8小时烘干后试件的干燥线收缩率：3.87%试件的干燥性能2.2工程渣土资源化烧结制品烧结砖/砌块

升温速度：＜150℃/小时

焙烧周期：7小时保温时间：60分钟焙烧温度参数

焙烧温度范围940～1040℃

焙烧温度980℃原料名称焙烧温度(℃)烧成线收缩率（%）烧成质量损（%）混合料9800.229.40混合料的焙烧性能工程渣土一般为黏土质，可制备烧结砖/砌块。主要产品有烧结保温砖/砌块、清水墙砖、烧结透水砖等。2.2工程渣土资源化烧结制品烧结砖/砌块原料破碎及均化淤泥建筑渣土粉煤灰箱式给料机双轴搅拌机（一、二、三道）辊式破碎机箱式给料机箱式给料机可逆配仓胶带机陈化库除铁器原料粒径≤1mm，均化效率95%以上挤出成型挤出压力≥3.0Mpa；真空度-0.08MPa以上切码运系统位置精度≤0.5mm环保系统环保工程主要粉尘、废气、废水等部分。湿法烟气脱硫系统粉煤灰∶淤泥∶工程渣土＝30∶20∶50切割设备码坯机器人切码运系统焙烧隧道窑干燥室挤出机机头机口节能烧结保温砌块生产线烧结清水墙砖/道路砖生产线2.2工程渣土资源化烧结制品2.2工程渣土资源化烧结制品以工程渣土为主要原料，添加外加剂高温烧制而成，具有绿色环保、无辐射、色泽温和、不会带来光污染等特点，颜色丰富有利于城市的美化和建筑的生活化。烧结墙板陶土页岩工程渣土计量计量计量原料处理陈化处理真空挤出成型自动上架系统辊棒式窑车穿流式码垛静停自然干燥预干室干燥干燥窑干燥焙烧窑焙烧天然气热工系统烟气处理系统自动下架系统自动分选系统切割打包系统成品堆场不合格品堆场销售手动切割分选余热利用烟气排放烧结墙板2.2工程渣土资源化烧结制品陶粒2.2工程渣土资源化烧结制品陶粒是采用回转窑中经发泡生产的轻骨料。以工程渣土为主要原料，添加其他辅助原料制备的陶粒，具有球状的外形，表面光滑而坚硬，内部呈蜂窝状，有密度小、热导率低、强度高的特点。又称为人造轻集料。轻粗集料种类密度等级筒压强度/MPa强度标号人造轻集料6004.0257005.0308006.0359006.540高强陶粒筒压强度与强度标号陶粒2.2工程渣土资源化烧结制品工程渣土河道淤泥项

目SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3TiO2烧失量河道淤泥64.8210.964.963.761.322.021.010.130.835.39工程渣土67.689.193.724.951.752.071.230.110.814.97原料基本性能化学成分中SiO2含量略高，Al2O3、Fe2O3含量均偏低；矿物以石英为主，其次为钠长石、云母和非晶相陶粒2.2工程渣土资源化烧结制品配合比设计以河道淤泥为主要原料，可烧制平均堆积密度为467kg/m3的超轻陶粒。以建筑渣土为主要原料，单配有机质的配比Z-2可烧制平均堆积密度846kg/m3，平均颗粒强度为3.96MPa的陶粒。河道淤泥50%∶建筑渣土50%混合，可烧制出平均堆积密度为471kg/m3的超轻陶粒。焙烧性能粉磨成球工艺流程原料制备成型制粒烧成冷却成品处理烟气处理原料预处理计量配料粉磨储存计量给料预加水搅拌成球盘成球输送入窑烧成冷却成品分级成品包装燃料制备烟气脱硫脱销烟囱排放除尘冷烟室沉降陶粒2.2工程渣土资源化烧结制品①原料开采与堆放技术②原料的处理及储运技术③成球造粒技术④预热与焙烧技术⑤冷却储与运技术⑥分级打包技术陶粒生产线2.2工程渣土资源化烧结制品陶粒生产线2.2工程渣土资源化烧结制品粉磨成球工艺陶粒生产线应用—装配式建筑构件APPLICATION陶粒板材房屋陶粒混凝土楼梯部品轻骨料混凝土外墙挂板轻骨料混凝土复合装饰板

陶粒系列产品与应用目录第1部分工程渣土现状第2部分工程渣土资源化利用技术第3部分发展展望48建立资源化利用技术体系与碳足迹数据库工程渣土建筑物/构筑物地铁/管网弃土地铁渣土/盾构土区域分布、理化特性、环境影响固废来源方向一高值化利用与生态产业园示范方向二高质量装配式生态保温板材高质量道路砖和透水砖生态或装饰性保温功能化复合建材低碳化利用与近零碳建筑应用示范方向三制备低碳建材低碳建材在近零碳建筑中应用与近零碳建筑建造技术规模化利用与道路工程应用示范方向四高性能环保固化剂移动式工程渣土破碎固化一体化装备高品质建材产业园近零碳建筑不同类型道路工程第3部分发展展望2023年7月26日固废资源化生态建材技术第一章

城市固废资源化生态建材（三）

城市污泥资源化生态建材目录第1部分城市污泥现状第2部分城市污泥资源化利用技术第3部分结束语目录第1部分城市污泥现状第2部分城市污泥资源化利用技术第3部分结束语第1部分城市污泥现状城市污泥：从各种类型的水中分离出来的累积的固体沉淀物。按照来源分类生活污泥：生活污泥是由生活污水处理厂产生,也叫市政污泥，主要成分是人们日常生活产生排放的废弃物；工业废水污泥：是指工业废水处理站产生的污泥；给水污泥：城市给水厂原水净化处理过程中产生的残余物(颗粒、胶体和部分可溶性物质)；按照按处理方法和分离过程分类初沉污泥：指污水一级处理过程中产生的沉淀物；活性污泥：指活性污泥法处理工艺二沉池产生的沉淀物；腐殖污泥：指生物膜法（如生物滤池、生物转盘、部分生物接触氧化池等）污水处理工艺中二次沉淀池产生的沉淀物。化学污泥：指化学强化一级处理（或三级处理）后产生的污泥。污泥脱水难臭味大大气污染城市污泥资源化建材是最好的途径之一消纳量大、彻底，无二次污染、投资小、运行成本低掺量不高，始终徘徊在10%左右破解产业发展瓶颈现有污泥处置方式填埋干化焚烧土地利用资源化建材污泥年产生量4000万吨，并呈逐年增长趋势。目录第1部分城市污泥分类第2部分城市污泥资源化利用技术第3部分结束语57(1)水分挥发阶段：吸热谷，主要是由于污泥中大量自由水的蒸发造成。(2)有机物质燃烧阶段：放热峰，是固定碳及有机质的燃烧造成的。(3)矿物质的分解阶段：吸热谷，主要是由于污泥填料中碳酸盐分解吸收热量造成的。(4)在1100℃以后,液相大量生成。污泥综合差热分析曲线化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量要求范围55~7015~203~100~100~30~12.5~14污泥5.2116.311.951.621.010.3264.99原料化学性能要求/%原料名称可塑性干燥敏感性系数干燥线收缩率(%)液限(%)塑限(%)塑性指数要求范围//7-15≤1≤6污泥21.5314.137.400.643.32原料物理性能指标要求第2部分城市污泥资源化利用技术絮凝除臭一体化混凝池沉淀池储泥池吸收塔(化学喷洒)风机絮凝剂出气口密闭加盖压滤传送干化污泥蒸汽破壁隧道窑余热利用多级脱水新型无机絮凝技术压滤余热干燥生物滤池城市污泥干化预处理工艺技术城市污泥制备烧结砖工艺流程：59第2部分城市污泥资源化利用技术机械压滤脱水余热利用系统试验编号A干燥速率B烧成速率C保温时间干燥收缩率（%）烧成收缩率（%）吸水率（%）抗压强度（MPa）SZ11（8℃/h）1（80℃/h）1（60min）3.990.1518.5113.5SZ212（100℃/h）2（80min）4.140.1618.6010.2SZ313（150℃/h）3（100min）3.710.2418.6410.8SZ42（10℃/h）133.690.2618.7415.2SZ52213.590.3018.01