經驗交流：生態水泥混凝土材料與技術
發布時間：2010-01-14 共3頁
摘要：生態混凝土是減輕地球環境負荷、與生態體系協調發展、創造舒適生活環境的混凝土材料。第二次世界戰后，前蘇聯、德國、日本等國對廢棄混凝土進行了開發研究和再生利用，提混凝土必須生態化、綠色化，同時開始利用廢棄混凝土做骨料生產再生混凝土，并對其強度、耐久性、經濟性等進行了研究。我國也已經意識到生態水泥混凝土材料和技術是今后水泥混凝土行業發展的趨勢，這樣才能使水泥混凝土行業走向可持續發展的道路。
1、前言
以水泥為膠凝材料生產的混凝土，今天已成為全世界各種各樣結構工程建設首選的建筑材料，這主要是由它的經濟性所決定：原材料來源廣泛、便宜，施工與維修費用較低廉。使混凝土技術向前推進的兩驅動力是加快施工速度和改善混凝土耐久性。除了加快施工速度和改善耐久性以外，第三種驅動力，即對環境友好的工業化材料，這方面在未來技術評價中的重要性正在日益增[1].隨著人類數量的迅速增長和工業化進程的加快，混凝土材料不再僅用于修建普通建筑和道路，而且量用于修建基礎設施，如地下快速交通系統、污水處理設施、海洋建筑等。去年全世界每年共生產約16億噸水泥，排放出占全球總排放量5％的二氧化碳。混凝土工業每年消耗100億噸砂石和10億噸淡水[2].水泥混凝土對于地球的生態環境影響很，探索循環經濟理論，使水泥混凝土工業走向可持續發展的道路是我國建材工業面臨的重的課題。
“環境材料”首先由日本通產省提出，之后又出現了許多類似的提法，如“生態材料”、“生態環境材料”、“綠色材料”、“保健環境材料”等，它們都是以保護地球環境和資源為出發點而提出的概念。綠色建筑材料是那些以對生態環境負責的方式使用地球資源、無毒、盡量利用再生資源并且本身是可以再生利用的材料[3]. “綠色”的名詞來源于60年代，指天然、原始的環境，現在 “綠色”已經成為無毒、無害、無污染的代名詞。
1993年前沿科學研究會提出生態材料（Environmentally Conscious Materials）的概念，日本混凝土協會與生態混凝土研究委員會于1995年首先提出“生態混凝土”的概念（eco-concrete/Environmentally Friendly Concrete），其涵義是減輕地球環境負荷、與生態體系協調發展、 并創造舒適生活環境的混凝土材料。日本混凝土協會于1995年設立了生態混凝土研究委員會，發表的關于各種生態混凝土材料研究成果受到了社會的關注[4].
2、減輕環境負荷的生態混凝土（Environmentally Mitigatable Concrete）
減輕環境負荷型生態混凝土即指能減輕地球環境壓力的混凝土材料。這包括資源的消耗量以及資源的采伐、深加工、使用時的能耗各個環節對地球產生的壓力都比較小的混凝土材料，即混凝土制造時降低環境的負擔，混凝土在使用中降低環境負荷，使用后混凝土材料本身能夠循環利用以降低環境負擔。
2.1 生態水泥配制混凝土及水泥生產的生態化制造技術生態水泥是指用城市的垃圾灰、下水道或污水處理廠的污泥及其它的工業廢棄物等作為水泥的原料制造的水泥。用這種水泥制作混凝土可以有效解決廢棄物處理占地、石灰石資源和節省能源的問題。
用水泥回轉窯在生產水泥過程中處理城市危險廢棄物和生活垃圾也已經成為了水泥生態化制備的重要技術，在歐洲、日本和中國都實現了工業化生產。北京水泥廠已經利用水泥回轉窯在水泥生產過程中處理各種危險廢棄物10000余噸，既節約了燃料，又利用了焚燒后廢棄物作為水泥的原料生產出合格的水泥熟料，取得了良好的社會經濟效益。國外從70年代初就著手利用可燃性危險廢棄物作為替代燃料應用于水泥生產的研究。水泥回轉窯在處理危險廢棄物方面較之用專用焚化爐具有以下優越性：一是水泥窯內溫度高，氣體溫度可達1350～1650℃（焚化爐溫度一般為850～1200℃），對有害成分焚燒率可達99.999%；二是滯留時間長，水泥回轉窯內氣體通過時間一般為4～8秒（焚化爐一般為2秒）；三是熱穩定性好，水泥回轉窯內容積并有量高溫熔體；四是利于廢氣的凈化處理，水泥回轉窯內的堿性物質可以和廢棄物中的酸性物質相化合形成穩定的鹽類；五是水泥回轉窯可將廢棄物中的絕部分重金屬元素固定在熟料中，避免再次擴散之害。因此利用水泥回轉窯焚燒危險廢棄物將具有重的經濟效益和社會效益。
2.2 再生骨料與再生骨料混凝土再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）是指將使用過的混凝土或廢棄混凝土破碎后作為混凝土的集料，以代替天然集料制作混凝土。廢棄混凝土的膠結材、混合材或骨料也可用作制作水泥的原料，進行多次重復使用。
2.2.1 廢棄混凝土排放現狀一方面，混凝土生產需要量的天然砂石骨料，生產1m3的混凝土約需要1700～2000kg的砂石骨料。目前，全世界每年混凝土的使用量約為20億立方米，砂石骨料約為34～40億噸，這個數字是非常驚人的。如此巨的砂石骨料需求必然導致量的開山采石，最終結果會導致生態環境的破壞。另一方面，世界每年拆除的廢舊混凝土、新建建筑產生的廢棄混凝土以及混凝土工廠、預制構件廠排放的廢舊混凝土的數量是巨的。根據1996年在英國召開的混凝土會議資料表明，全世界從1991～2000年的10年間，廢棄混凝土（包括從鋼筋混凝土工廠不合格的產品）總量超過10億噸。有關資料表明，歐洲共同體廢棄混凝土的排放量從1980年的5500萬噸增加到目前的16200萬噸左右；美國每年約有6000萬噸廢棄混凝土；日本每年約有1600萬噸廢棄混凝土；在德國，每年拆除的廢棄混凝土約為0. 3噸/年/人，這一數字在今后還會繼續增長。我國每年拆除建筑垃圾按4000萬噸計算，其中34%是混凝土塊，則由此產生的廢棄混凝土就有1360萬噸，除此之外還有新建房屋產生4000萬噸的建筑垃圾所產生的廢棄混凝土[7][8].傳統的建筑垃圾處理方法主要是運往郊外堆放或填埋，這不僅占有量的耕地，而且造成環境污染。[5]因此，對混凝土占用量自然資源及對環境造成的負面影響，不可避免地需要從可持續發展問題角度進行思考與解決。
2.2.2 廢棄混凝土研究利用情況第二次世界戰后，蘇聯、德國、日本等國對廢棄混凝土進行了開發研究和再生利用，已召開過三次有關廢混凝土再利用的專題國際會議，提出混凝土必須綠色化。再生混凝土的利用已成為發達國家所共同研究的課題，有些國家還采用立法形式來保證此項研究和應用的發展。德國、荷蘭、比利時等國家廢棄物資再生率已達50%以上。德國鋼筋混凝土委員會1998年8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的應用指南”，要求采用再生骨料配置的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國家標準[9].1977年日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產再生骨料和再生混凝土。根據日本建設省的統計，1995年混凝土的利用率為65%，要求到2000年混凝土塊的資源再利用率達到90%.日本對再生混凝土的吸水性、強度、配合比、收縮、耐凍性等進行了系統性的研究。德國有望將80%的再生骨料用于10%～15%的混凝土工程中。比利時和荷蘭，利用廢棄的混凝土做骨料生產再生混凝土，并對其強度、吸水性、收縮等特性進行了研究。我國政府制定的中長期科教興國戰略和社會可持續發展戰略，也鼓勵廢棄物的研究和應用。
1、前言
以水泥為膠凝材料生產的混凝土，今天已成為全世界各種各樣結構工程建設首選的建筑材料，這主要是由它的經濟性所決定：原材料來源廣泛、便宜，施工與維修費用較低廉。使混凝土技術向前推進的兩驅動力是加快施工速度和改善混凝土耐久性。除了加快施工速度和改善耐久性以外，第三種驅動力，即對環境友好的工業化材料，這方面在未來技術評價中的重要性正在日益增[1].隨著人類數量的迅速增長和工業化進程的加快，混凝土材料不再僅用于修建普通建筑和道路，而且量用于修建基礎設施，如地下快速交通系統、污水處理設施、海洋建筑等。去年全世界每年共生產約16億噸水泥，排放出占全球總排放量5％的二氧化碳。混凝土工業每年消耗100億噸砂石和10億噸淡水[2].水泥混凝土對于地球的生態環境影響很，探索循環經濟理論，使水泥混凝土工業走向可持續發展的道路是我國建材工業面臨的重的課題。
“環境材料”首先由日本通產省提出，之后又出現了許多類似的提法，如“生態材料”、“生態環境材料”、“綠色材料”、“保健環境材料”等，它們都是以保護地球環境和資源為出發點而提出的概念。綠色建筑材料是那些以對生態環境負責的方式使用地球資源、無毒、盡量利用再生資源并且本身是可以再生利用的材料[3]. “綠色”的名詞來源于60年代，指天然、原始的環境，現在 “綠色”已經成為無毒、無害、無污染的代名詞。
1993年前沿科學研究會提出生態材料（Environmentally Conscious Materials）的概念，日本混凝土協會與生態混凝土研究委員會于1995年首先提出“生態混凝土”的概念（eco-concrete/Environmentally Friendly Concrete），其涵義是減輕地球環境負荷、與生態體系協調發展、 并創造舒適生活環境的混凝土材料。日本混凝土協會于1995年設立了生態混凝土研究委員會，發表的關于各種生態混凝土材料研究成果受到了社會的關注[4].
2、減輕環境負荷的生態混凝土（Environmentally Mitigatable Concrete）
減輕環境負荷型生態混凝土即指能減輕地球環境壓力的混凝土材料。這包括資源的消耗量以及資源的采伐、深加工、使用時的能耗各個環節對地球產生的壓力都比較小的混凝土材料，即混凝土制造時降低環境的負擔，混凝土在使用中降低環境負荷，使用后混凝土材料本身能夠循環利用以降低環境負擔。
2.1 生態水泥配制混凝土及水泥生產的生態化制造技術生態水泥是指用城市的垃圾灰、下水道或污水處理廠的污泥及其它的工業廢棄物等作為水泥的原料制造的水泥。用這種水泥制作混凝土可以有效解決廢棄物處理占地、石灰石資源和節省能源的問題。
用水泥回轉窯在生產水泥過程中處理城市危險廢棄物和生活垃圾也已經成為了水泥生態化制備的重要技術，在歐洲、日本和中國都實現了工業化生產。北京水泥廠已經利用水泥回轉窯在水泥生產過程中處理各種危險廢棄物10000余噸，既節約了燃料，又利用了焚燒后廢棄物作為水泥的原料生產出合格的水泥熟料，取得了良好的社會經濟效益。國外從70年代初就著手利用可燃性危險廢棄物作為替代燃料應用于水泥生產的研究。水泥回轉窯在處理危險廢棄物方面較之用專用焚化爐具有以下優越性：一是水泥窯內溫度高，氣體溫度可達1350～1650℃（焚化爐溫度一般為850～1200℃），對有害成分焚燒率可達99.999%；二是滯留時間長，水泥回轉窯內氣體通過時間一般為4～8秒（焚化爐一般為2秒）；三是熱穩定性好，水泥回轉窯內容積并有量高溫熔體；四是利于廢氣的凈化處理，水泥回轉窯內的堿性物質可以和廢棄物中的酸性物質相化合形成穩定的鹽類；五是水泥回轉窯可將廢棄物中的絕部分重金屬元素固定在熟料中，避免再次擴散之害。因此利用水泥回轉窯焚燒危險廢棄物將具有重的經濟效益和社會效益。
2.2 再生骨料與再生骨料混凝土再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete）是指將使用過的混凝土或廢棄混凝土破碎后作為混凝土的集料，以代替天然集料制作混凝土。廢棄混凝土的膠結材、混合材或骨料也可用作制作水泥的原料，進行多次重復使用。
2.2.1 廢棄混凝土排放現狀一方面，混凝土生產需要量的天然砂石骨料，生產1m3的混凝土約需要1700～2000kg的砂石骨料。目前，全世界每年混凝土的使用量約為20億立方米，砂石骨料約為34～40億噸，這個數字是非常驚人的。如此巨的砂石骨料需求必然導致量的開山采石，最終結果會導致生態環境的破壞。另一方面，世界每年拆除的廢舊混凝土、新建建筑產生的廢棄混凝土以及混凝土工廠、預制構件廠排放的廢舊混凝土的數量是巨的。根據1996年在英國召開的混凝土會議資料表明，全世界從1991～2000年的10年間，廢棄混凝土（包括從鋼筋混凝土工廠不合格的產品）總量超過10億噸。有關資料表明，歐洲共同體廢棄混凝土的排放量從1980年的5500萬噸增加到目前的16200萬噸左右；美國每年約有6000萬噸廢棄混凝土；日本每年約有1600萬噸廢棄混凝土；在德國，每年拆除的廢棄混凝土約為0. 3噸/年/人，這一數字在今后還會繼續增長。我國每年拆除建筑垃圾按4000萬噸計算，其中34%是混凝土塊，則由此產生的廢棄混凝土就有1360萬噸，除此之外還有新建房屋產生4000萬噸的建筑垃圾所產生的廢棄混凝土[7][8].傳統的建筑垃圾處理方法主要是運往郊外堆放或填埋，這不僅占有量的耕地，而且造成環境污染。[5]因此，對混凝土占用量自然資源及對環境造成的負面影響，不可避免地需要從可持續發展問題角度進行思考與解決。
2.2.2 廢棄混凝土研究利用情況第二次世界戰后，蘇聯、德國、日本等國對廢棄混凝土進行了開發研究和再生利用，已召開過三次有關廢混凝土再利用的專題國際會議，提出混凝土必須綠色化。再生混凝土的利用已成為發達國家所共同研究的課題，有些國家還采用立法形式來保證此項研究和應用的發展。德國、荷蘭、比利時等國家廢棄物資再生率已達50%以上。德國鋼筋混凝土委員會1998年8月提出了“在混凝土中采用再生骨料的應用指南”，要求采用再生骨料配置的混凝土必須完全符合天然骨料混凝土的國家標準[9].1977年日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產再生骨料和再生混凝土。根據日本建設省的統計，1995年混凝土的利用率為65%，要求到2000年混凝土塊的資源再利用率達到90%.日本對再生混凝土的吸水性、強度、配合比、收縮、耐凍性等進行了系統性的研究。德國有望將80%的再生骨料用于10%～15%的混凝土工程中。比利時和荷蘭，利用廢棄的混凝土做骨料生產再生混凝土，并對其強度、吸水性、收縮等特性進行了研究。我國政府制定的中長期科教興國戰略和社會可持續發展戰略，也鼓勵廢棄物的研究和應用。
