第6章 6.1 水泥混凝土的绿色化.ppt

1、6.1 水泥、混凝土及其制品的绿色化,6.1.1 水泥的生产 6.1.2 混凝土的生产 6.1.3 水泥、混凝土及其制品的绿色化,6.1.1 水泥的生产,水泥是能与水发生物理化学作用，使其由可塑性浆体硬化成坚硬的人造石材的一种粉末状水硬性胶凝材料。 水泥主要化学组成： CaO、 SiO2、Al2O3、Fe2O3,通用硅酸盐水泥的定义、类型和代号,定义:以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。,通用硅酸盐水泥的定义、类型和代号,a本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。 b本组分材料为符合要求的活

2、性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%其它活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替。 c本组分材料为的活性火山灰混合材料。 d本组分材料为符合要求的粉煤灰活性混合材料。 e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准的活性混合材料或/和符合标准的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。,六大通用水泥：, 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥。,6.1.1 水泥的生产,水泥熟料的矿物组成： 硅酸三钙C3S：3CaOSiO2，含量约50%左右 ； 硅酸二钙C

3、2S：2CaOSiO2，含量约20%左右； 铝酸三钙C3A：3CaOAl2O3，含量7%15%； 铁铝酸四钙C4AF：4CaOAl2O3Fe2O3，含量10%18%。 其它矿物组成硅酸盐水泥熟料中还含有少量的游离氧化钙f-CaO和游离氧化镁f-MgO及少量的碱(氧化钠Na2O和氧化钾K2O)。它们可能对水泥的质量及应用带来不利影响。,1、水泥的生产原料,石灰质原料：以CaCO3为主要成分，石灰石、泥灰岩、贝壳等。1吨水泥熟料需1.21.4吨石灰质原料。 粘土质原料：主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3。1吨水泥熟料需0.20.4吨粘土质原料。 校正原料：铁质；硅质；铝质。,6.1.1 水泥

4、的生产,2、燃料：固体燃料： 回转窑：一般用烟煤，制成煤粉； 立窑：无烟煤。,水泥生产工艺流程示意图 “两磨一烧”,3、水泥的生产工艺流程, 原料破碎； 原料粉磨生料； 燃料制备煤粉； 熟料烧成； 水泥制成； 水泥的储存与包装。,特性水泥,1、白色硅酸盐水泥和彩色硅酸盐水泥： 2、铝酸盐水泥：快硬、高强、耐腐蚀、耐热。 3、硫铝酸盐水泥： 4、膨胀水泥及自应力水泥 5、砌筑水泥：强度较低。 6、道路水泥：干缩小、耐磨性好、抗折强度高、抗冲击性好、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性较好。 7、快硬硅酸盐水泥：早期强度高。 8、抗硫酸盐硅酸盐水泥：,水泥生料,水泥熟料,世界规模最大水泥熟料生产线开工建设,20

5、09年2月27日，在安徽省繁昌县由安徽海螺集团公司投资兴建的两条日产12000吨特大型水泥熟料生产线及配套的36兆瓦余热发电项目正式开工建设。 该项目总投资约30亿元，是目前世界上规模最大、技术最先进的水泥熟料生产线。,水泥立窑,水泥回转窑,中央控制室,散装水泥罐装车,袋装水泥,水泥厂,水泥回转窑,水泥厂,年产100万吨新型干法窑外分解水泥生产线,葛洲坝水泥厂,先进的新型干法水泥生产线,水泥厂,水泥厂,水泥厂,水泥窑窑尾,华新水泥厂,华新水泥厂物料输送,华新水泥厂原料预均化堆场,华新水泥厂,海螺水泥厂,海螺水泥厂原料预均化堆场,华新水泥厂水泥库,原料预均化堆场,海螺水泥厂,海螺水泥厂,海螺水泥

6、厂,小水泥厂对当地环境造成严重污染,6.1.2 混凝土的生产：砼,普通混凝土的组成： 水泥： 细骨料：砂 粗骨料：石子 水 掺合料 外加剂。 水泥石25左右；砂和石子70以上；孔隙和自由水15%。,5.2.1 普通混凝土中各组成材料的作用,混凝土外加剂,混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入、用以改善混凝土性能的物质。掺量一般不大于水泥质量的5。 改善混凝土拌合物流变性能：包括各种减水剂、引气剂和泵送剂。 调节混凝土凝结时间、硬化性能：包括缓凝剂、早强剂和速凝剂。 改善混凝土耐久性：包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 改善混凝土其他性能：如加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂。 建筑工程上常用的外

7、加剂有：减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂和复合型外加剂等。,混凝土掺和料,混凝土掺和料是指在混凝土拌和物中掺入的数量超过水泥质量5矿物粉料。 作用： 1、可以节约水泥用量； 2、能改善混凝土的某些性能； 3、可充分利用工业废料，具有节约能源、保护资源和减小环境污染等。,混凝土常用掺和料,1)粉煤灰：粉煤灰为电厂锅炉燃烧后从烟道排出时收集所得的灰分。 2)硅粉：硅铁合金生产过程中排出的烟气，遇冷凝聚形成的粉末。 3)高炉矿渣：高炉炼铁时浮于熔融铁水表面的渣，倒入水池或喷水迅速冷却，磨后作为掺和料使用。 4)天然火山灰、硅藻土和沸石。 5)粘土与页岩：粘土或页岩矿物经热处理所得。 6)稻壳灰：稻壳经

8、控制燃烧剩余的灰烬。,6.1.3 水泥、混凝土及其制品的绿色化,一、水泥生产的“环境负荷” 1、燃料的消耗量： 国内：4720kJ/Kg熟料； 国外：3344kJ/Kg熟料；约高41%。 2、电力消耗量：水泥综合电耗 国内：115120KW.h/t； 国外：9095KW.h/t；约高2030%。 3、石灰石耗量：1.3吨石灰石/吨熟料； 0.950.98吨石灰石/吨水泥。,一、水泥生产的“环境负荷”,4、二氧化碳排放量 水泥生料生成：CO2约0.346Kg/kg生料； 燃料燃烧生成：CO2约2.42Kg/kg煤。 降低煤耗、增加工业废渣掺量、推广低钙硅酸盐水泥等均可降低CO2排量。 5、二氧化

9、硫排放量 来自原料、燃料中的硫化物。烟气脱硫技术。 6、氮氧化物（NOX）排放量 高温燃烧产生。低温燃烧、还原气氛燃烧。,氮氧化物（NOX）危害,健康危害：不稳定，在空气中很快转变为二氧化氮产生刺激作用。氮氧化物主要损害呼吸道。吸入初期仅有轻微的眼及呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫绀等。可并发气胸及纵隔气肿。肺水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。一氧化氮浓度高可致高铁血红蛋白血症。 慢性影响：主要表现为神经衰弱综合征及慢性呼吸道炎症。个别病例出现肺纤维化。可引起牙齿

10、酸蚀症。 环境危害:对环境有危害,对水体,土壤和大气可造成污染。 燃爆危险： 本品助燃，有毒，具刺激性。,一、水泥生产的“环境负荷”,7、烟尘、粉尘排放量： 采用高效收尘设备 8、工业固体废弃物排放量：较少 9、工业危险物排放量：无。 10、工业废水排放量：较少。,二、水泥工业绿色化的实现手段,1、存在问题 企业平均规模小，结构不合理； 窑型比例失调； 生产能耗高； 石灰石资源形势严重； 环境污染严重； 当前国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，实现清洁生产和高效率集约化生产，走可持续发展的道路。,二、水泥工业绿色化的实现手段,1、高性能水泥的研究与开

11、发 2、采用先进的水泥生产工艺 窑外分解窑；烟气脱硝、脱硫装置；窑灰脱碱；CO2回收技术等。 3、利用工业废渣制备水泥,二、水泥工业绿色化的实现手段,4、采用固体废弃物生产生态水泥 从狭义上讲，生态水泥( Ecological Cement)是指利用城市垃圾焚烧灰和下水道污泥等作为主要原料,经过烧成粉磨形成的的水硬性胶凝材料。 从广义上讲,生态水泥不是单独的水泥品种,而是对水泥“健康、环保、安全”属性的评价,包括对原料采集、生产过程、施工过程、使用过程和废弃物处置五大环节的分项评价和综合评价。 生态水泥的基本功能除作为建筑材料的实用性外,还在于维护人体健康、保护环境。 可燃废弃物：废机油、废溶

12、剂、废轮胎、动物肉脂粉、稻壳、石油焦、废纸、废塑料、废棉织品、可燃生活垃圾等等。,三、混凝土生产绿色化途径,1、降低水泥用量，开发新的水泥品种 多掺磨细的活性掺和料。 2、大量利用工业废渣，减少自然资源和能源消耗 3、使用人造骨料、海砂、再生骨料等，保护天然资源 人造骨料：利用工业废渣、城市垃圾、下水道污泥等为原料制得。 再生骨料：利用废混凝土经过清洗、粉碎分级并按一定比例配合制得。,三、混凝土生产绿色化途径,4、使用绿色混凝土外加剂，防止室内环境污染，保护人体健康。 5、注重混凝土的工作性，节省人力，减少振捣，降低环境噪音。 6、提高混凝土结构的安全使用寿命，减少因修补或拆除造成的浪费。 7

13、、推广预拌混凝土技术，减少环境污染（商品混凝土）,三、混凝土生产绿色化途径,8、废混凝土的再生循环，保护生态环境 再生骨料与天然骨料相比：孔隙率高、吸水性大和强度低等特性。 9、大力推广高性能混凝土： 高性能：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。 特点：低水胶比，选用优质原材料，掺加足够的矿物掺和料，高效外加剂。,混凝土常见破坏的原因：, 冻融循环作用； 钢筋锈蚀作用； 酸盐化作用； 淡水溶蚀作用； 盐类侵蚀作用； 碱集料反应； 酸碱腐蚀作用； 冲击、磨损等机械作用。,四、水泥、混凝土及其制品的绿色度评价,1、质量问题。达到国家标准要求。 2、经济指标,应评定各项原料、半成品及产

14、品产值。混凝土中废渣总掺加量的百分数直接作为评价得分。 3、资源消耗问题。水泥生产中原生矿物的替代百分率直接作为评价得分。 4、能源消耗水平。GB水泥企业能耗等级定额。,四、水泥、混凝土及其制品的绿色度评价,5、环境污染水平。符合各项国家标准要求： 废气排放要求 废水排放要求 固体废弃物的排放要求 噪声排放要求 放射性指标 室内空气质量要求,四、水泥、混凝土及其制品的绿色度评价,6、清洁生产 水泥：是否实施清洁生产技术； 是否实施ISO14001环境管理体系论证。 混凝土：是否为预拌混凝土； 是否实施ISO14001环境管理体系论证。 7、本地化 生产现场到使用现场的距离500Km 以下，满分

15、。,可净化海水的新型混凝土,可净化海水的新型混凝土：这种混凝土像海岸上的沙滩一样，具有良好的自然净化水的作用。 这种新型混凝土是在碎石上涂敷一层特殊水泥浆制成的。可让水和空气自由透过，其净化海水的原理是：通过在材料的表面和内部制造许多空隙，而微生物易粘附于这些空隙中并在其中繁殖，不断地分解海水中的有机物。 在海岸水域中使用这种新型混凝土，海水水质得到了明显的改善，所以，它是用作保护海岸和防波堤的好材料。,清洁环保的绿色水泥,卡莱拉公司的绿色水泥生产技术是以二氧化碳作为水泥生产的能源消耗来源，采用催化技术而不是加热处理。 生产一吨普通硅酸盐水泥会排放出一吨二氧化碳，而生产一吨卡莱拉绿色水泥反而会

16、消耗掉半吨二氧化碳。,混凝土材料与人居环境的关系,1、消耗大量的自然资源和能源。 2、排放出CO2等有害物质。 3、生产与施工过程造成城市公害 。 4、非透气性、废透水性，造成城市生态系统失调 ：“城市热岛” 5、视觉和触觉效果差。 6、循环利用难度大。,城市“热岛效应” （Urban Heat Island Effect简称UHI）,城市“热岛效应是指城市气温高于郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 城市热岛效应使城市年平均气温比郊区高出，甚至更多。夏季，城市局部地区的气温有时甚至比

17、郊区高出6以上。此外，城市密集高大的建筑物阻碍气流通行，使城市风速减小。由于城市热岛效应，城市与郊区形成了一个昼夜相反的热力环流。 一方面是在现代化的大城市中，除了数百万人日常生活所发出的热量，还有工业生产、交通工具散发的大量热量。另一方面，城市的建筑群和柏油路面热容量大，反射率小，能有效地储存太阳辐射热。,城市热岛,据估算,城市白天吸收储存的太阳能比乡村多80。到了晚上，城市降温缓慢，因此夏季前半夜便仍感闷热。,环保混凝土材料,1、环保混凝土的概念 环保型混凝土是指能减少给地球环境造成的负荷，同时又能与自然生态系统协调共生，为人类构造更加舒适环境的混凝土材料，具有如下特征： (1)具有比传统

18、的混凝土更高的强度和耐久性，能够满足结构物的力学性能、使用功能以及使用年限的要求。 (2)具有与自然环境的协调性，减轻对地球和生态系统的负荷，实现非再生性资源的可循环使用。 (3)具有良好的使用功能，能够为人类构筑温和、舒适、便捷的生活环境。,环保型混凝土的种类,(1)减轻环境负荷型混凝土 ：是指在混凝土的生产、使用直到解体全过程中，能够减轻给地球环境造成负担。 从利用高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣作为水泥的混合材料、混凝土的掺和料，到开发、利用高流态、自密实、高性能混凝土，均属于减轻环境负荷型混凝土。,环保型混凝土的种类,(2)生态型混凝土：即能够适应动、植物生长、对调节生态平衡、美化环境景观、

19、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料。 品种主要有透水、排水性混凝土，生物适应型混凝土、绿化植被混凝土和景观混凝土等。,高强混凝土,在我国混凝土工程目前水平情况下，一般选用范围如下：C10C15用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。C20C25用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构；C25C30用于大跨度结构、要求耐久性高的结构、预制构件等；C40C45用于预应力钢筋混凝土构件、吊车梁及特种结构等，用于2530层；C50C60用于30层至60层以上高层建筑；C60C80用于高层建筑，采用高性能混凝土； C80C120采用超高强混凝土于高层建筑。将来可能推广使用高达C130以上的

20、混凝土。,万县长江大桥,万县长江大桥位于万州区上游7km处，是国道主干线（成都上海）上跨越长江的一座特大公路桥梁。1997年完工。该桥为劲性骨架钢管混凝土下承式拱桥，桥长814米，宽23米，桥拱净跨420米，桥面距江面高140米。单孔跨江，无水下基础，跨度雄居世界同类桥梁首位。主拱圈采用钢管与劲性骨架组合的钢筋混凝土箱形截面，采用缆索吊装和悬臂扣挂的方法施工。桥宽24m，按正线高速公路四车道设计。该桥的建成，使我国的拱桥建筑水平处于世界领先地位。,高强混凝土,高强混凝土的组成材料：除普通混凝土所用的水泥、水和骨料之外，高效减水剂和矿物细掺料是高强混凝上不对缺少的组成材料。 高强混凝土的性能：

21、力学性能：由于高强混凝土中胶凝材料用量较大，早期强度增长较快，但28天龄期后强度增长速率通常低于普通混凝土，这是由于高强混凝土用水量少，进一步水化所需的自由水含量较少 。 体积稳定性 ：与普通混凝相比初始收缩率较大，要特别注重早期养护。 耐久性 ：由于高强混凝土采用低水灰比，且掺有磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等活性、超细粉掺合料，由此内部密实，毛细孔和气孔数量减少，抗渗性、抗冻性等性能明显优于普通混凝土。,大流动性混凝土,大流动性混凝土的特点： “免振混凝土”或“自密实混凝土” 1、流动性大，具有自密实性 2、粘性较大，流动速度慢 3、泌水量低，抗离析性好 4、坍落度损失 ： 坍落度损失是衡量混凝上

22、拌合物的流动性随时间的延长逐渐降低的性能，通常用搅拌后的初始坍落度值与经过一定时间后的坍落度值之差表示。,透水性混凝土,1、不透水的道路给城市的生态环境带来的负面影响： (1)能够渗入地表的雨水明显减少，而高度发达的工业生产和日益丰富的现代化生活使地下水的抽取量成倍增长，这必将造成城市地下水位急剧下降，土壤中水分不足、缺氧、地温升高等因素，严重影响了地表植物的正常生长，使城市的绿色植物减少； (2)不透气的路面很难与空气进行热量与湿度的交换，对城市空间的温度、湿度等气候条件的调节能力下降。产生“热岛现象”，使城市气候恶化； (3)当短时间内集中降雨时，出于大量雨水不能及时渗人地表，只能通过下水设施排入河流，大大加重了排水设施的负担，容易造成洪水泛滥、道路被淹没、交通瘫痪等社会问题； (4)降雨时不透水的道路表面容易积水，对车辆、行人通行的舒适性和安全性带来不利的