废弃混凝土再利用新技术—再生水泥

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　　摘要：废弃混凝土再利用长期以来一直是建筑行业和混凝土行业一个热门的研究课题。本文从材料过程工程学理论出发，指出利用废弃混凝土研发再生水泥的可行性，论述了废弃混凝土再生水泥的特性、适用范围、以及利用废弃混凝土制备再生水泥的技术路线。　　关键词：材料过程工程学；废弃混凝土；再生水泥　　0 引言　　随着商品混凝土在我国的蓬勃发展，混凝土行业已然成为建筑材料领域的支柱行业。然而混凝土作为最大宗的人造工程材料，一旦建筑物或构筑物解体，它也会相应地成为建筑垃圾的“主力军”.目前在我国，每年混凝土废弃物的排放量就超过一亿吨，这些废弃混凝土在过去大多得不到较好的回收利用，同时还需要大量的场地来处理这些建筑垃圾。　　与此同时，水泥工业作为建材行业的支柱产业，在资源、能源消耗方面也是当之无愧的“大户”.这与2 1世纪资源短缺、能源匮乏的现状是相悖而行的。我国在《水泥工业发展专项规划》中明确指出水泥工业发展的指导思想：大力发展循环经济，保护生态环境，依靠技术进步实现水泥工业的可持续发展。　　大连理工大学王立久教授提出“材料过程工程学”理论：通过对材料生命周期的多种单元过程进行优化重组，形成材料新的生命周期，以实现材料整个生命过程的低能耗、少污染，并能充分减量化利用资源。依据此理论看待上述水泥与混凝土工业存在的问题，将混凝土废弃物作为再生水泥的生产原料是一个很好的思路，既解决了废弃物处理占地的问题，又缓解了水泥生产所需原材料资源短缺的问题，实现了混凝土、水泥两大行业的优化与可持续发展。　　1 混凝土胶凝材料“水泥”再生的构想　　材料与生物一样，都有它的生命周期，它的本质是一个物质与能量积累和传递的过程。如何做到这一过程的低能耗、少污染，并能充分减量化利用资源，是材料设计的关键所在。基于材料学、环境材料学、过程工程学、系统工程学和生态学等相关理论，大连理工大学王立久教授提出了“材料过程工程学”--一种全新的材料学研究方法，其定义为：材料过程工程学是对材料由原生到被废弃的生命全过程及其相关过程进行优化或集成，以实现其对自然环境消耗低、污染少和充分利用不可再生资源的工艺和各种工程问题进行研究的方法。材料过程工程学是从过程的角度研究材料生产和使用过程中资源与能源的优化利用问题，目的是在总体上达成材料工业的技术及资源使用最优化，使以它为基础设计的材料更具有市场竞争力，同时能够更加经济、合理地利用能源和资源，实现材料工业的可持续发展。　　以新型建材为例，从材料过程工程学观点考虑，将材料生命全过程进行分解：源于地球一获取原材料一进行工艺加工一得到产品一应用于工程一产品解体、废弃一回到地球。这样，新型建材的概念就非常清晰了：在这一全过程中，任意单元过程或驻点发生改变所导致的新的材料的诞生，就是图中任何一个包括虚线的过程，其最终结果都可以称为新型建筑材料。例如原材料的改变、工艺过程的改变、产品性能的改变、甚至应用场合的不同，都会使新的材料诞生。我们完全可以根据“材料过程工程学”理论将废弃的混凝土通过新的工艺来加工成混凝土的各种原材料，如再生骨料，再生水泥等，也就是从“废弃”节点经“新工艺”节点向“产品”节点转化。其中“废弃混凝土”一“再生水泥”是一个崭新的研究方向，对于实现现代混凝土行业的循环、可持续发展有着重要的意义。　　2 国外废弃混凝土再生水泥的研究状况　　废弃混凝土的再利用最早开始于欧洲，1976年成立的“混凝土拆除和再利用技术委员会”,研究废弃混凝土的消化与再生利用，并且将废弃混凝土再生骨料用于高速道路等实际工程。随后日本也相继开始了对废弃混凝土再生利用的研究。美国从20世纪80年代开始研究将混凝土废弃物作为混凝土的粗、细骨料。　　利用废弃混凝土生产再生水泥的研究起步较早的是日本。70年代后期，日本出现了一些以处理混凝土废弃物为对象的再生利用工厂，其中，规模较大的工厂可以每小时处理100吨废弃物。例如名古屋市，1990年，利用经过处理的混凝土废弃物生产再生路面基层材料多达10万多吨。日本的小野田水泥公司对以离心方式成型混凝土制品所产生的废弃物进行了再利用研究，开发了“标准淤渣”回收系统。这个回收系统，利用连续式离心分离机，将废弃物淤泥经过脱水分离后得到淤渣和水。通过向淤渣中加入延缓剂等外加剂来保持其中水泥的活性，从而使它可以作为混凝土的原材料被再次利用。这种再生水泥基本上由淤渣中所含的水泥水化物微粒与高炉水淬矿渣微粒所组成。通过电子显微镜照片和X射线衍射分析，可以确认该水泥水化的生成物及其成长过程类似于矿渣水泥。经日本混凝土工业协会的试验结果，使用再生原材料制成的产品，其物理性能与原产品没有区别。　　近年来，韩国一家名为“利福姆系统”的装修公司成功的从废弃混凝土中分离出水泥，使其再生利用。该公司从2005年下半年开始批量生产这种再生水泥。他们首先把废弃混凝土中的水泥与石子、钢筋等分离开来，然后在700℃的高温下对水泥进行加热处理，再添加特殊的物质，就能生产出再生水泥。据报道每100吨废弃混凝土就能够获得30t左右的再生水泥，这种再生水泥的强度与普通水泥几乎一样，有些甚至更好，符合韩国的相关标准。同时，这种再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半，而且生产过程中不产生二氧化碳，有利于环境保护。