廢棄混凝土再利用新技術(shù)—再生水泥

　　摘要：廢棄混凝土再利用長期以來一直是建筑行業(yè)和混凝土行業(yè)一個熱門的研究課題。本文從材料過程工程學(xué)理論出發(fā)，指出利用廢棄混凝土研發(fā)再生水泥的可行性，論述了廢棄混凝土再生水泥的特性、適用范圍、以及利用廢棄混凝土制備再生水泥的技術(shù)路線?！　￡P(guān)鍵詞：材料過程工程學(xué)；廢棄混凝土；再生水泥　　0 引言　　隨著商品混凝土在我國的蓬勃發(fā)展，混凝土行業(yè)已然成為建筑材料領(lǐng)域的支柱行業(yè)。然而混凝土作為最大宗的人造工程材料，一旦建筑物或構(gòu)筑物解體，它也會相應(yīng)地成為建筑垃圾的“主力軍”.目前在我國，每年混凝土廢棄物的排放量就超過一億噸，這些廢棄混凝土在過去大多得不到較好的回收利用，同時還需要大量的場地來處理這些建筑垃圾?！　∨c此同時，水泥工業(yè)作為建材行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，在資源、能源消耗方面也是當(dāng)之無愧的“大戶”.這與2 1世紀資源短缺、能源匱乏的現(xiàn)狀是相悖而行的。我國在《水泥工業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃》中明確指出水泥工業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)思想：大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，保護生態(tài)環(huán)境，依靠技術(shù)進步實現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！　〈筮B理工大學(xué)王立久教授提出“材料過程工程學(xué)”理論：通過對材料生命周期的多種單元過程進行優(yōu)化重組，形成材料新的生命周期，以實現(xiàn)材料整個生命過程的低能耗、少污染，并能充分減量化利用資源。依據(jù)此理論看待上述水泥與混凝土工業(yè)存在的問題，將混凝土廢棄物作為再生水泥的生產(chǎn)原料是一個很好的思路，既解決了廢棄物處理占地的問題，又緩解了水泥生產(chǎn)所需原材料資源短缺的問題，實現(xiàn)了混凝土、水泥兩大行業(yè)的優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展?！　? 混凝土膠凝材料“水泥”再生的構(gòu)想　　材料與生物一樣，都有它的生命周期，它的本質(zhì)是一個物質(zhì)與能量積累和傳遞的過程。如何做到這一過程的低能耗、少污染，并能充分減量化利用資源，是材料設(shè)計的關(guān)鍵所在?；诓牧蠈W(xué)、環(huán)境材料學(xué)、過程工程學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)和生態(tài)學(xué)等相關(guān)理論，大連理工大學(xué)王立久教授提出了“材料過程工程學(xué)”--一種全新的材料學(xué)研究方法，其定義為：材料過程工程學(xué)是對材料由原生到被廢棄的生命全過程及其相關(guān)過程進行優(yōu)化或集成，以實現(xiàn)其對自然環(huán)境消耗低、污染少和充分利用不可再生資源的工藝和各種工程問題進行研究的方法。材料過程工程學(xué)是從過程的角度研究材料生產(chǎn)和使用過程中資源與能源的優(yōu)化利用問題，目的是在總體上達成材料工業(yè)的技術(shù)及資源使用最優(yōu)化，使以它為基礎(chǔ)設(shè)計的材料更具有市場競爭力，同時能夠更加經(jīng)濟、合理地利用能源和資源，實現(xiàn)材料工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！　∫孕滦徒ú臑槔瑥牟牧线^程工程學(xué)觀點考慮，將材料生命全過程進行分解：源于地球一獲取原材料一進行工藝加工一得到產(chǎn)品一應(yīng)用于工程一產(chǎn)品解體、廢棄一回到地球。這樣，新型建材的概念就非常清晰了：在這一全過程中，任意單元過程或駐點發(fā)生改變所導(dǎo)致的新的材料的誕生，就是圖中任何一個包括虛線的過程，其最終結(jié)果都可以稱為新型建筑材料。例如原材料的改變、工藝過程的改變、產(chǎn)品性能的改變、甚至應(yīng)用場合的不同，都會使新的材料誕生。我們完全可以根據(jù)“材料過程工程學(xué)”理論將廢棄的混凝土通過新的工藝來加工成混凝土的各種原材料，如再生骨料，再生水泥等，也就是從“廢棄”節(jié)點經(jīng)“新工藝”節(jié)點向“產(chǎn)品”節(jié)點轉(zhuǎn)化。其中“廢棄混凝土”一“再生水泥”是一個嶄新的研究方向，對于實現(xiàn)現(xiàn)代混凝土行業(yè)的循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義?！　? 國外廢棄混凝土再生水泥的研究狀況　　廢棄混凝土的再利用最早開始于歐洲，1976年成立的“混凝土拆除和再利用技術(shù)委員會”,研究廢棄混凝土的消化與再生利用，并且將廢棄混凝土再生骨料用于高速道路等實際工程。隨后日本也相繼開始了對廢棄混凝土再生利用的研究。美國從20世紀80年代開始研究將混凝土廢棄物作為混凝土的粗、細骨料?！　±脧U棄混凝土生產(chǎn)再生水泥的研究起步較早的是日本。70年代后期，日本出現(xiàn)了一些以處理混凝土廢棄物為對象的再生利用工廠，其中，規(guī)模較大的工廠可以每小時處理100噸廢棄物。例如名古屋市，1990年，利用經(jīng)過處理的混凝土廢棄物生產(chǎn)再生路面基層材料多達10萬多噸。日本的小野田水泥公司對以離心方式成型混凝土制品所產(chǎn)生的廢棄物進行了再利用研究，開發(fā)了“標(biāo)準(zhǔn)淤渣”回收系統(tǒng)。這個回收系統(tǒng)，利用連續(xù)式離心分離機，將廢棄物淤泥經(jīng)過脫水分離后得到淤渣和水。通過向淤渣中加入延緩劑等外加劑來保持其中水泥的活性，從而使它可以作為混凝土的原材料被再次利用。這種再生水泥基本上由淤渣中所含的水泥水化物微粒與高爐水淬礦渣微粒所組成。通過電子顯微鏡照片和X射線衍射分析，可以確認該水泥水化的生成物及其成長過程類似于礦渣水泥。經(jīng)日本混凝土工業(yè)協(xié)會的試驗結(jié)果，使用再生原材料制成的產(chǎn)品，其物理性能與原產(chǎn)品沒有區(qū)別?！　〗陙?，韓國一家名為“利福姆系統(tǒng)”的裝修公司成功的從廢棄混凝土中分離出水泥，使其再生利用。該公司從2005年下半年開始批量生產(chǎn)這種再生水泥。他們首先把廢棄混凝土中的水泥與石子、鋼筋等分離開來，然后在700℃的高溫下對水泥進行加熱處理，再添加特殊的物質(zhì)，就能生產(chǎn)出再生水泥。據(jù)報道每100噸廢棄混凝土就能夠獲得30t左右的再生水泥，這種再生水泥的強度與普通水泥幾乎一樣，有些甚至更好，符合韓國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時，這種再生水泥的生產(chǎn)成本僅為普通水泥的一半，而且生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生二氧化碳，有利于環(huán)境保護。