1 前言 資源、能源、環境、經濟與性能是材料科學特別是建筑材料工業發展應綜合考慮的問題。自然資源是有限的，人類己開始面臨自然資源日漸枯竭的威脅，而對自然資源的過量消耗和廢棄己造成了生態系統的破壞和環境污染等問題。如何保護有限的自然資源，對保護人類的生存環境有著直接的聯系。墻體材料是長線產品，要保障墻體材料有源源不斷的原材料供給，必須注意對自然資源的節約使用，對固體廢棄物的綜合利用，實現資源的重復循環。 2 墻體材料可利用的固體廢棄物分類 墻體材料大量為無機材料，其組成主要是骨料和膠結料，具有這種特征的固體廢棄物可考慮作為墻體材料的原料加以利用。這些廢棄物可分為礦業廢棄物、工業廢棄物、城市廢棄物、農業廢棄物。 2.1 礦業廢棄物 包括大量來自采礦、選礦產生的廢石、尾礦以及選煤廢料。采礦過程中產生了大量廢料，包括覆蓋的巖石、低品位礦石等。巖石成分有火成巖、沉積巖、變質巖等。塊大的1m以上，小的不到l mm。尾礦為選礦時排出的細粉狀廢棄物，尺寸不等，類似粗砂到特細沙。尾礦的成分取決于礦源和選礦方法。如鉛鋅礦含白云石，CaO和MgO成分較高，金、鐵、銅尾礦中硅成分較高。選煤廢料主要是煤矸石，成分為硅、鋁、鐵、鈣、硫的氧化物。表l為部分礦業廢棄物的化學成分。 礦業廢棄物在各種固體廢棄物中的排放量為最大，1995年僅尾礦和煤矸石量分別是18957萬噸和11786萬噸。礦業廢棄物有的用于回填，更多是在山溝、河邊、地面堆放，占用了土地，影響了環境。堆積的煤矸石還會緩慢自燃，成了持續的污染源。 2.2 工業廢棄物 系工業化生產過程中產生的廢棄物，有冶金渣，如銅、鉑、鎳、錫渣，高爐渣，轉爐渣、鑄造渣等，乃冶煉時熔化的非金屬礦物冷卻后形成的物質。有燃煤產生的廢渣，如粉煤灰、煤渣等。有化學工業產生的廢渣，如硫渣、磷渣等。這些工業廢渣的成分一般為硅、鋁、鐵、鈣、硫等。 2.3 城市廢棄物 包括垃圾、污泥、拆毀的建筑等。隨著經濟發展，城市和城市人口的增加，城市廢棄物也逐年增加。美國的城市垃圾在上世紀80年代的增長率為4.5%。年產量為1.72億噸。我國增長的比例更大。1995年總量為1.66億噸，并以每年8%的速度增長。北京市1994年垃圾占地達450公頃。據1992年北京市垃圾成分調查數據，12個樣的平均值為：金屬0.76、玻璃3.79、紙類6.04、塑料1.88、織物1.74、骨殼0.00、食品 32.62、草木1.17、爐灰0.00、灰土47.20、磚瓦4.79。垃圾中一般沒有重金屬，即使有含量也很少。腐蝕垃圾放射性核素：鐳(Rd)48.7，釷(Ta)38.0，鉀(K)301.5，符合國家標準允許值。 垃圾的處理方式多為堆放(堆肥法)，經濟發達的城市已采用深埋和焚化。焚化應是處垃圾最有效的方法，焚化后殘渣的體積僅山原體積的3%—20%。殘渣的化學成分(北京)見表3。從這些分析看，垃圾是可用的，具有一定活性，可作建材的原材料。 表1 焚化后殘渣的化學成分（北京）
城市廢棄物中，建筑廢棄物(包括道路等)也是主要的廢棄物之源。城市的改造，以及…些建筑物達到使用周期以后拆除等，帶來大量的廢棄混凝土、黏土制品等。城市用水的循環使用需要進行水處理，污水處理產生了污泥，河湖的疏浚清出了大量的淤泥，這些也是城市的主要廢棄物源。這些廢棄物若經過加工處理既可作為新型墻村的原材料，同時又減少了廢棄物的占地和環境污染。 2.4 農業廢棄物 農村經濟發展，農民的能源方式也在改變，農業收獲以后產生的桔稈、谷殼等已不再是主要的能源材料。這樣，秸稈、谷殼的處理成了難題，若在地里焚燒要污染環境，是不可取的。事實上，秸稈、谷殼等農業廢棄物是不斷再生的自然資源，再生的周期快(數月時間)，從材質看多呈纖維狀，可用來增強制品的機械性能等，因此有著極大的利用前景。 3 墻體材料利用固體廢棄物的可能性 固體廢棄物作為新型墻體材料的原材料，可從4個方面考慮其利用的可能性。 3.1 作集料 固體廢棄物的形狀多為塊狀和顆粒狀，具有一定的強度，大多硅質含量高，最直接最簡單的是作集料用。我國一些經濟發達城市、平原城市，集料緊缺，從保護生態環境、維護自然景觀和綠色植被出發，己禁止開山采石，挖河取砂，因此更應加強對固體廢棄物的利用。 礦業廢料經破碎篩分可作粗集料和細集料，北京首鋼己立項建設將礦山廢料加工成集料的生產線。工業灰渣，包括自然煤矸石可作為輕集料、細集料和微集料；經加工成為人造輕集料，如用假燒煤矸石、粉煤灰、污泥、淤泥制陶粒等。—些帶有不同顏色的集料，如銅渣、錳渣、硫渣、自然煤矸石、玻璃等還可作為色質集料生產裝飾性墻體材料，如裝飾混凝土砌塊。北京市環衛所研制了焚燒垃圾作集料以及作陶粒，用以制造加氣混凝十，還可制作市政用的隔離墩、路面砌塊以及小型空心砌塊。在上海己建成了將建筑廢棄物加工成粗細集料生產混凝土小型空心砌塊的企業。 3.2 作膠凝材料和膠凝材料組分 工業副產石膏的磷石膏、氟石膏、煙氣脫硫石膏等含有二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)己用于制造石膏墻材。工業灰渣經過了燃燒或高溫熔融，且有火山灰活性，可作細集料、微集料，經磨細加工成粉體，尤其是微粉和超細粉體還可作為膠凝材料的組分；有的灰渣含有CaO、MgO或其水化物，本身就具有自硬性。對粉煤灰的應用問題有些國家墻體材料標準中，如英國標難BS6073已把粉煤灰作為膠結料和集料的組分看待。我國的粉煤灰(混凝土)小型空心砌塊行業標難JC862—2000也有這個意思，即粉煤灰既是細集料，又是膠凝材料組分。 3．3 作某些化學添加劑(外加劑)的載體 某些化學添加劑在混合物料中的摻加量很少，直接加入拌合料中時不容易被分散均勻，影響了添加劑功效的發揮。如果把磨細的固體廢棄物作為載體，適量地與添加劑一起先混合均勻，然后再摻入拌合料中攪拌，就容易均勻分散在拌合料中，使其效果充分發揮。同時固體廢棄物的作用，如保水、增粘作用，填充密實作用，火山灰作用等也得以發揮，改善 拌合物的工作性，或增強硬化體的致密性，或提高其制成品的耐久性能。事實上一些添加劑如某些防凍劑、防水劑、促凝劑、減水劑、早強劑等已經這樣應用了。 3.4作增強材料 作為增強材料用的固體廢棄物，首先應能同膠凝材料粘結結合，在此基礎上發揮增強材料的機械性能，以增強膠凝材料的機械性能。這里所指的機械性能主要是抗粒性能。增強材料有纖維狀、片狀和顆粒狀，主要是經加工處理過的植物包括農業廢棄物，像麥桿、稻草、竹、鋸末、谷殼等。我國已有了用這些廢棄物增強有機膠結料或無機膠結料的墻體材料，主要是板材。 4 利用固體廢棄物的新型墻體材料 匯總一下我國主要的墻體材料名稱及其原材料組成就己看出，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2。 表2 固體廢棄物在新型墻體材料中的應用
除表4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、水泥—石灰—沸騰爐渣、水泥—石灰—煤矸石加氣混凝土；混凝土多孔磚：粉煤灰混凝十多孔磚等。隨著研究的深入，一些新的墻材產品還會不斷出現。 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(6層)住宅，除構造柱、圈梁、樓板為現澆混凝土外，其他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，利廢節能效益十分顯著。上海安屋房發展中心在龍水南路蓋的2幢以粉煤灰小型空心砌塊為砌體的6層柜混結構住宅，得到了甲方、住戶和施工單位的好評。北京的蒸壓粉煤灰磚建筑已行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新型墻體材料的主體。 5 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)在墻體材料或在其他制品中，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l03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%。原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：一是提高利用的技術含量，二是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。l 997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，認為對高附加值的研究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)結合利用，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。二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、摻合料的標陷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電原材料標準如砂、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。 |
