固体废弃物在新型墙体材料中的应用

固体废弃物在新型墙体材料中的应用中国建筑材料科学研究院谢尧生一、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，而过量对自然资源的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。

二、墙体材料可利用的固体废弃物分类墙体材料大量为无机材料，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。

1．矿业废弃物大量来自采矿、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。

岩石成份有火成岩、沉积岩、变质岩等。

块大的1m以上，小的不到1mm。

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。

尾矿的成份取决于矿源和选矿方法。

如铅锌矿含白云石，CaO 和MgO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。

矿业废弃物在各种固体废弃物中的排放量为最大，1995年仅尾矿和煤矸石量分别是18957万吨和11786万吨。

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然，成了持续的污染源。

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，乃治炼时熔化的非金属矿物冷却后形成的物质。

有燃煤产生的废渣，如粉煤灰、煤渣等。

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。

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80年代增长率为4.5%，年产生量1.72亿吨。

我国增长的比例更大，1995年总量为1.66亿吨，并以每年8%的速度增长。

北京市1994市的数据，垃圾占地达450公顷。

1992年对北京市垃圾成分调查的数据，12个样的平均值为：金属0.76，玻璃3.79，纸类6.04，塑料1.88，织物1.74，骨壳0.00，食品32.62，草木1.17，炉灰0.00，灰土47.20，砖瓦4.79。

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(rd)48.7，钍(Ta)38.0，钾(K)301.5，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。

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3-20%。

残渣的化学成分（北京）见表3从这些分析看，垃圾是可用的，具有一定活性，可作建材的原材料。

表3 焚化后残渣的化学成分（北京）城市废弃物中，建筑废弃物(包括道路等)也是主要的废弃物之源。

城市的改造，以及一些建筑物达到使用周期以后要拆除等，带来大量的废弃混凝土、粘土制品等。

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。

这些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。

4．农业废弃物农村经济发展，农民的能源方式也在改变，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，不可取的。

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，因此存在着极大的利用前景。

三、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，可从四个方面考虑其利用的可能性。

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，包括自然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、自然煤矸石、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。

北京市环卫所研制了焚烧垃圾作集料以及作陶粒，用以制造加气混凝土，市政用的隔离墩，路面砌块以及小型空心砌块。

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。

2．作胶凝材料和胶凝材料组分工业副产石膏的磷石膏、氟石膏、烟气脱硫石膏等含有二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)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；有的灰渣含有CaO、MgO或其水化物，本身就具有自硬性。

对粉煤灰的应用问题有些国家墙体材料标准中，如英国标准BS6073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JC862-2000也有这个意思，即粉煤灰既是细集料又是胶凝材料组分。

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，直接加入拌合料中时不容易被分散均匀，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、早强剂等已是这样应用了。

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，像麦杆、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，而且主要是板材。

四、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已看出，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，现将应用情况列于下表。

固体废弃物在新型墙体材料中的应用除表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，加气混凝土中的水泥—石灰—尾矿、水泥—石灰—沸腾炉渣、水泥—石灰—煤矸石加气混凝土；混凝土多孔砖；粉煤灰混凝土多孔砖等。

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30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的，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墙。

五、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做：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1996年103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≥50%。

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50%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。

1997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，可以说是具有自主知识产权的技术。

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。

最后，利用固体废弃物是利国利民的好事，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。