固體廢棄物及其在建筑材料中的應用 謝 堯 生 （中國建筑材料科學研究院） 摘 要：本文介紹了礦業廢棄物、工業廢棄物、城市廢棄物、農業廢棄物的性能，并從作集料、作膠凝材料組分簡介了在水泥、水泥砂漿和混凝土以及新型墻體材料中的應用，同時還介紹了作為原材料應對固體廢棄物進行加工。 關鍵詞：礦業廢棄物、工業廢棄物、城市廢棄物、農業廢棄物、集料、膠凝材料組分（混合材料或礦物細摻料） 四、固體廢棄物的加工 未經加工的固體廢棄物有的是塊狀的，如礦業廢棄物中的低品位礦石、煤矸石等；有的是多種廢棄物的混合物，如生活垃圾、建筑垃圾等；有的含水量較高，如濕排粉煤灰，煙氣脫硫石膏等；有的需要磨細后其活性更高，如各種冶金渣等；還有農業秸稈等；這些廢棄物需要經過加工處置后才可以作為原材料在建筑材料中應用。 1、 破碎和篩分 主要針對可作為粗、細集料用的固體廢棄物的加工。圖4是以建筑廢棄物為例的加工 工藝示意圖。
首先要對建筑廢棄物進行分揀和分類，分揀是將金屬、竹木、塑料、玻璃等分揀出去，剩下的混凝土、砂漿和粘土磚瓦再分類為混凝土、砂漿塊類和粘土磚瓦類。然后，分別進行破碎、篩分加工。使其再生成普通集料（石子和砂）和再生輕集料（碎磚顆粒），收塵器收集的細粉作為再生微集料用。 破碎機的破碎方式對再生集料性能影響較大，破碎的再生集料的顆粒形狀應為顆粒狀，盡可能減少針、片狀，即粒形系數≤2.5，接近1.0為最好，另外顆粒無裂紋，這樣的再生集料筒壓強度高，吸水率小。 2、磨細 主要針對可作為膠凝材料和膠凝材料組分（又稱混合材料或輔助膠凝材料或礦物細摻料）的固體廢棄物的加工。水泥、石膏等是重要的膠凝材料，可作為膠凝材料組分的各種固體廢棄物必須經磨細后才能發揮膠凝材料組分的作用。如市場出售磨細礦渣，其細度用比表面積表示一般磨制在450~500m2/kg。含碳量不高的顆粒較粗的原狀粉煤灰稍加粉磨后，使原狀灰中顆粒的粘聚被打開，顆粒形狀、級配都比原狀灰好，需水量下降、強度活性指數提高。對于高鈣粉煤灰，再經細磨后可加速游離氧化鈣的消解，增加高鈣灰的使用量，等等。 磨細設備有新型高細磨、高效振動磨等。選用新型磨機不僅磨制的細度細，而且磨機的能耗相對也低。 3、其它 如脫水，可采用曬干脫水、加熱脫水、機械脫水以及脫水劑或吸水劑脫水等。再如煅燒，脫硫石膏等副產石膏，只有經過煅燒脫水加工，成為半水石膏或無水石膏后，才能制備成為石膏膠凝材料。還有人造輕集料，需經過造粒、煅燒后才能成為陶粒，等等。 五、固體廢棄物在建筑材料中的應用 這里主要介紹在水泥、砂漿、混凝土及新型墻體材料中的應用。 1、 在水泥中的應用 （1） 作調凝劑 眾所周知，在磨制水泥時需要加入適量的石膏并共同磨細，加入石膏目的是控制水泥熟 料中C3A的水化，從而延緩水泥的凝結硬化時間。生產水泥加入天然石膏的多，可以用經脫水處理的脫硫石膏、磷石膏等替代。 （2） 作混合材料 我國五大通用水泥除硅酸鹽水泥中的I類硅酸鹽水泥外，其它都摻有數量不同的混合材 料。其作用是改善水泥性能，生產不同品種水泥；調節水泥標號，合理使用水泥；綜合利用固體廢棄物，節省熟料，增加水泥產量，節約能耗，降低生產成本等。固體廢棄物特別是具有活性的固體廢棄物作為混合材料加入水泥中，其作用更為明顯。 水泥中常用的?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質混合材料外，有試驗表明，固硫灰渣、油母頁巖灰渣等固體廢棄物，其活性也高，特別是固硫灰渣的排放量也是比較多的，應加以利用。 2、 在砂漿和混凝土中的應用 固體廢棄物經加工后用于水泥砂漿和混凝土，其作用一是替代或部分替代天然砂、石集料；二是作為礦物細摻料，改善砂漿和混凝土性能。 利用尾礦砂代砂，國外工業發達國家早已在干混砂漿中廣泛應用，一種干混砂漿產品可能用多種不同粒徑范圍的尾礦砂來配制。北京市建材科學研究院提出用最緊密堆積密度來確定尾礦砂的顆粒級配。用尾礦砂、水泥、粉煤灰、保水增稠劑配制的普通干混砂漿，抗壓強度高、耐凍融性好、硬化體尺寸穩定、粘結強度高，能夠配制出用于砌筑、抹灰、地面不同強度等級的普通干混砂漿產品。利用建筑廢棄物經破碎篩分制成的再生粗集料和再生細集料用于配制砌筑砂漿、抹灰砂漿和再生混凝土技術，已在一些建筑公司推廣應用。另外，利用工業廢棄物如粉煤灰等，既作礦摻料又作細集料（代部分砂），大大提高了粉煤灰的利用量。首鋼40多年煉鋼產生了300多萬噸鋼渣，現已資源化，“陳化鋼渣生產干混砂漿”已用于奧運鳥巢、首都機場航站等重點工程，被建設部授予“綠色建材”稱號。 礦物細摻料在水泥砂漿、特別是在混凝土中應用，其作用有：（1）改善新拌砂漿和新拌混凝土的工作性。工作性包括流動性、粘聚性、保水性、穩定性、抹面性等。摻用不同的礦物細摻料可改善某一工作性的要求，如需水量比小的礦摻料（I級粉煤灰、礦渣等）可增加拌合物的流動性，或降低拌合物的水膠比而保持良好的流動性。（2）控制混凝土強度的發展。不同的礦物細摻料對混凝土的強度會有不同的影響，有的可以提高混凝土的強度（如油母頁巖灰），有的會使早期強度降低。（3）后期強度提高。礦摻料的火山灰活性和潛在的火山灰活性會促進水泥砂漿和混凝土后期強度的持續增長。（4）降低混凝土升溫，改善因溫差應力引起混凝土開裂。摻加礦物細摻料后，由于水泥熟料相應減少，水泥水化放熱的總熱量也就減少，從而可降低混凝土升溫，避免其開裂。（5）提高抗侵蝕能力，增強混凝土耐久性。加入礦物細摻料，減少了混凝土水泥用量，也就減少了受侵蝕的內部因素；另外，隨水化齡期的進展，水化反應產物及其礦微粉填充水泥石孔隙，混凝土更加密實，阻礙侵蝕性介質侵入，提高混凝土的耐久性。 3、在新型墻體材料中的應用 匯總一下我國主要的墻體材料名稱及其原材料組成就已看出，固體廢棄物已經應用或者說可以應用于生產新型墻體材料，現將應用情況列于表4。 表四固體廢棄物在新型墻體材料中的應用
除表中所列的可利用固體廢棄物的新型墻體材料外，其中一些產品還在擴展延伸，加氣混凝土中的水泥—石灰—尾礦；多孔磚除混凝土多孔磚外，出現了粉煤灰混凝土多孔磚；實心磚除粉煤灰磚外出現了粉煤灰混凝土磚等。隨著研究的深入一些新的墻體產品還會不斷出現。 除利用固體廢棄物外，新型墻體材料的另一重要特點是輕質的、空心的產品多，這是節省資源的墻體材料，用這種材料同時提高了墻體的功能。北京市建筑設計院設計研究所與北京市現代建筑材料公司合作建造的多層(六層)住宅，除構造柱、圈梁、樓板為現澆混凝土外，其它的結構材料全是粉煤灰制品，墻是蒸壓粉煤灰磚的承重墻，外砌粉煤灰加氣混凝土砌塊作外保溫，屋面用的是粉煤灰加氣混凝土屋面板，利廢節能的效益十分顯著。上海安居房發展中心在龍水南路蓋的兩幢以粉煤灰小型空心砌塊為砌體的六層（框混結構）住宅，得到了甲方、住戶和施工單位好評。北京的蒸壓粉煤灰磚建筑已30多年，經凍融等條件考驗，至今仍在使用。這樣的應用事例很多。事實上，利用固體廢棄物生產的墻體材料已經成為了新型墻體材料的主流。 六、研發建議 開發利用固體廢棄物還有很多的試驗研究工作可做： 1.在墻體材料或在其它制品中，要研究提高固體廢棄物的利用量，以節約更多的自然資源。中國節能投資公司1996年103號文《關于提請推薦利用粉煤灰生產新型材料基建項目的函》，要求灰渣摻量≥50%。國家經貿委資源節約與綜合利用司提出墻材產品的四高之一是工業廢渣摻量50%以上。事實上，這種高利用量是可能的，如粉煤灰加氣混凝土，高摻量的煤矸石磚、粉煤灰磚等。 2．要研究提高利用固體廢棄物的附加值。這里有兩層含義：提高利用的技術含量，提高利用的經濟效益。如某些廢渣的超細磨，兩種和兩種以上廢渣的復合效應，垃圾的資源化、減量化和無害化等等。1997年第三屆國際粉煤灰利用研討會，將粉煤灰的大用量和高附加值利用作為研討會的重點內容，對高附加值的研究被認為是最具有技術挑戰的領域。 3．開發利用固體廢棄物的新產品、新工藝和新裝備。這幾年出現的高摻量煤矸石磚、粉煤灰磚，粉煤灰混凝土小型空心砌塊，工業灰渣混凝土空心隔墻板，以及混凝土多孔磚等就是例子。這些新開發的墻體材料與工藝、裝備的研發密切合作，形成了較完整的技術，可以說是具有自主知識產權的技術。 4．結合開展利用固體廢棄物的應用基礎理論研究。這里也有兩層內容，一是應用基礎理論研究，為利用好固體廢棄物提供(機理)技術支持，我國在這方面的研究是很有成效的。再就是制訂與修訂有關標準，如利用固體廢棄物的新的墻體材料產品標準的制訂；制訂固體廢棄物作為集料、摻合料的標準；現有墻體材料產品標準在修訂時應將固體廢棄物作為原材料寫進標準中；原材料標準如砂、石標準、輕集料標準應增列固體廢棄物作為粗、細集料的內容等等。寫進了標準應用就名正言順了。 |
