俞心剛:用煤矸石為主要原材料制備泡沫混凝土的優(yōu)越性
一、研究背景
1、煤矸石來源、堆存量、危害及綜合利用現(xiàn)狀
2、泡沫混凝土研究現(xiàn)狀及存在問題
3、重慶大學煤矸石綜合利用研究基礎(chǔ)
1、煤矸石來源、堆存量、危害及綜合利用現(xiàn)狀
■ 煤矸石來源
●煤炭開采和洗選加工過程中被分離出來固體廢棄物
■ 煤矸石排放量
●約占我國工業(yè)廢渣年排放量的1/4
■自燃煤矸石
●其中有約有30%的煤矸石已經(jīng)自燃
■煤矸石堆存量
●歷年來我國煤矸石堆存已超過40億噸
■ 煤矸石年排放量
● 2003年排放量約1.5億噸
■ 煤矸石的危害
● 占用了大量耕地
● 污染環(huán)境和水資源
● 自燃,并放出有害的氣體(如SO2等)
● 引發(fā)肺氣腫病,癌癥
● 事故或安全隱患
■ 煤矸石在建材中的應用
● 煤矸石磚
● 輕質(zhì)骨料
● 水泥
2、泡沫混凝土研究現(xiàn)狀及存在問題
■研究現(xiàn)狀
● 體系
除煤矸石體系外,目前泡沫混凝土主要研究體系
水泥
水泥-粉煤灰
水泥-砂
水泥-粉煤灰-砂
水泥-粉煤灰-石灰-石膏
水泥-粉煤灰-礦渣-石灰
水泥-礦渣-石灰
■存在問題
● 強度低
● 成本高
● 密度大(一般>600Kg/m3)
水泥泡沫混凝土:成本高,難于制備輕質(zhì)高強制品
水泥-粉煤灰: 難于制備輕質(zhì)高強制品
水泥-砂: 密度大 ,強度低
水泥-粉煤灰-砂 密度大,強度低
水泥-粉煤灰-石灰-石膏 難于B04級( 400Kg/m3)制品
水泥-粉煤灰-礦渣-石灰 難于B04級( 400Kg/m3)制品
水泥-礦渣-石灰 難于B04級( 400Kg/m3)制品
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3、重慶大學煤矸石綜合利用研究基礎(chǔ)
■ 膠凝材料方面
● 以自燃煤矸石為主要原料制備出強度高達60.8MPa的膠結(jié)材
● 用煤矸石低成本制備出高性能干混砂漿
● 用煤矸石低成本制備出高性能商品濕混砂漿
注:砂漿中煤矸石替代水泥量可達60%~70%,強度有所提高。
■ 墻體材料方面
● 用煤矸石制備出煤矸石實心磚
● 用煤矸石制備出煤矸石節(jié)能磚
■ 防水材料方面
● 用煤矸石制備出混凝土膨脹劑
二、煤矸石為主要原材料制備泡沫混凝土的優(yōu)越性
1、大大降低泡沫混凝土成本
■ 與純水泥泡沫混凝土比較
● 煤矸石活化處理后作為主要原料來制備泡沫混凝土,可以替代40%~70%的水泥。
● 成本只有純水泥泡沫混凝土的1/2~3/4。
■ 與水泥-砂、水泥-粉煤灰-石灰等泡沫混凝土比較
● 強度高、密度低、單位體積用料少,成本低。
2、有效的防止低密度泡沫混凝土塌陷
■制備密度等級為B04級超輕質(zhì)泡沫混凝土時
●純水泥、水泥-砂、水泥-粉煤灰-砂、水泥-粉煤灰-石灰-石膏等體系泡沫混凝土嚴重塌陷。
●煤矸石大量替代水泥體系泡沫混凝土不易塌陷 。
?。喉肥娲嗔?0-70%)
3、利于制備輕質(zhì)高強泡沫混凝土
用煤矸石為主要原料制備的輕質(zhì)高強泡沫混凝土
● 密度等級:B04級的泡沫混凝土
● 抗壓強度:2.1MPa
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4、節(jié)約水泥及礦產(chǎn)資源、減少煤矸石固體廢棄物和CO2排放量、節(jié)約土地
■用活化煤矸石為主要原料制備出的B04級泡沫混凝土
●水泥用量僅僅為水泥泡沫混凝土的25~45%
● 其抗壓強度可達到用水泥制備的B05級泡沫混凝土的強度
●每立方米泡沫混凝土可節(jié)約水泥50%~75%,約175~262公斤水泥
●每立方米泡沫混凝土節(jié)約石灰石資源約141~212公斤
■如果發(fā)展到泡沫混凝土占墻體材料10%的份額,即約12878.7萬立方米, 將
●節(jié)約水泥1815.9~2730.3萬噸
●節(jié)約石灰石資源約2179.1~3276.4萬噸
●減小煤矸石固體廢棄物排放量約2017.7~3900.4萬噸
●減小CO2排放量約1815.9~2730.3萬噸
●節(jié)約煤矸石占用土地約907.9~1755.2畝
5、減輕建筑墻體重量,提高抗震性能和安全性
■用活化煤矸石為主要原料制備出的B04級泡沫混凝土來替代密度為1600 Kg/m3的紅磚、燒結(jié)煤矸石磚
●墻體的重量將減輕約75%
■用來替代密度為1100 Kg/m3燒結(jié)空心磚、燒結(jié)煤矸石多孔磚
●墻體重量減輕約64%
■用來替代目前常用的密度為650Kg/m3的加氣混凝土
●墻體重量減輕約38%
6、降低工人勞動強度,提高施工速度,大大提前竣工時間
■與紅磚、頁巖磚、水泥磚比較
●單位體積重量輕,尺寸大,施工時可以大大降低工人的勞動強度,提高施工速度。
單一保溫墻體體系,即墻體自保溫體系,工序少,施工簡單省工節(jié)時,大大提高施工速度和提前竣工時間
■與加氣混凝土磚比較
●泡沫混凝土中氣孔主要是以閉孔形式出現(xiàn),吸水率小,吸水慢,抹灰方式與紅磚一樣,也減少施工工序,提高施工速度和提前竣工時間。
7、是比粉煤灰、砂更優(yōu)越的制備泡沫混凝土的原材料
■與粉煤灰比較
●替代水泥量不如煤矸石大
●強度不如用煤矸石為主要原材料制備出的泡沫混凝土強度高
●密度不如用煤矸石為主要原材料制備出的泡沫混凝土低
●而成本也稍高或差不多
●目前達到國家等級粉煤灰標準要求的粉煤灰來源受到限制
?。ǖ燃壏勖夯以诨炷林械膽眯Ч芎茫瑧眉夹g(shù)也很成熟,在很多地區(qū)如重慶等,甚至出現(xiàn)供不應求的狀態(tài)。)
■與砂相比
●替代量也不如煤矸石高
●很難制備出密度低于B06級的輕質(zhì)泡沫混凝土
●強度不高
●成本也高于用煤矸石替代水泥制備出的泡沫混凝土
8、量大面廣,易于就地取材
我國歷年來積存煤矸石約40億噸,每年仍然繼續(xù)排放幾千萬噸,主要分布在山西省、東三省、內(nèi)蒙、山東、陜西、安徽、寧夏、云南、江西、河南、河北、四川、甘肅等產(chǎn)煤區(qū)域,分布面廣,符合建筑材料用原材料用量大、適合就地取材的特點。
9、高效利用煤矸石
雖然煤矸石是一種固體廢棄物,但是它也是一種自然資源,而且是一種不可再生的自然資源。
將煤矸石作為一種建筑材料的原材料,同樣應該得到高效的利用。
如果用2噸煤矸石可以制備1 m3密度為1600Kg/m3的煤矸石磚
同樣的煤矸石就可以制備約1m3密度為400Kg/m3的煤矸石泡沫混凝土3m3密度為500Kg/m3的煤矸石泡沫混凝土,并且其導熱系數(shù)遠遠低于煤矸石磚的導熱系數(shù),保溫隔熱性能也遠遠優(yōu)于煤矸石磚,起到高效利用煤矸石的作用。
三、結(jié)語
1、用活化煤矸石為主要原材料來制備泡沫混凝土,具有量大面廣,易于就地取材,高效利用煤矸石,大大降低泡沫混凝土成本,有效地防止低密度泡沫混凝土塌陷,利于制備輕質(zhì)高強泡沫混凝土,節(jié)能減排等優(yōu)越性,是比粉煤灰、砂更有優(yōu)勢的替代水泥的原料之一,適合用來大量替代水泥制備輕質(zhì)高強泡沫混凝土。
2、雖然煤矸石是一種固體廢棄物,但是它也是一種自然資源,而且是一種不可再生的自然資源,我們同樣需要考慮節(jié)約使用。用活化煤矸石為主要原材料來制備泡沫混凝土,比用煤矸石來制備煤矸石磚更節(jié)約煤矸石資源,制備出的產(chǎn)品更適應目前節(jié)能建筑的需要,值得大力推廣。
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