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輕骨料與輕骨料混凝土是我國(guó)環(huán)保利廢、大宗利用工業(yè)固廢與建筑渣土、污泥等固廢、實(shí)現(xiàn)再生資源產(chǎn)品高值化的重要產(chǎn)業(yè)。目前，粉煤灰、污泥 等大宗工業(yè)固廢已廣泛用于制備陶粒輕骨料并用于各種輕骨料混凝土。輕骨料及輕骨料混凝土產(chǎn)業(yè)正在以環(huán)保利廢、資源替代和輕質(zhì)高性能等多重優(yōu)勢(shì)引得業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

聚焦輕骨料與輕骨料混凝土

中國(guó)混凝土與水泥制品行業(yè)大會(huì)

2022年8月5日，中國(guó)混凝土與水泥制品行業(yè)大會(huì)在南京舉行，會(huì)議期間，以“綠色、環(huán)保、高性能、新應(yīng)用”為主題的第四屆全國(guó)輕骨料及輕骨料混凝土創(chuàng)新發(fā)展論壇同期舉行。

近年來，已經(jīng)有越來越多的人認(rèn)識(shí)到發(fā)展輕骨料及輕骨料混凝土行業(yè)的意義與價(jià)值。輕骨料和輕骨料混凝土的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及前景也逐漸清晰明朗。發(fā)達(dá)國(guó)家眾多的工程實(shí)踐證明，由于結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，建造大跨度的橋梁和高層、超高層建筑，可以大大減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)負(fù)荷，減少材料用量和運(yùn)輸量，同等荷載性能下采用輕骨料混凝土顯著降低整個(gè)工程建設(shè)綜合造價(jià)，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家目前的工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)p骨料的需求約占骨料需求的10%。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)預(yù)拌混凝土產(chǎn)量32億多立方米；骨料約占43%, 14.16億噸,若用輕骨料替代10%即1.4億噸,因此固廢大宗利用、大規(guī)模生產(chǎn)、高值化創(chuàng)新的輕骨料產(chǎn)業(yè),未來具有很大發(fā)展空間。

輕骨料生產(chǎn)的環(huán)保和高質(zhì)量是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。當(dāng)前，“雙碳目標(biāo)”正在引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)家大力推進(jìn)環(huán)保利廢、裝配式建筑、綠色節(jié)能建筑等，給輕骨料和輕骨料混凝土行業(yè)企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)與轉(zhuǎn)型發(fā)展機(jī)遇。輕骨料混凝土的高性能與超高性能研究正在取得重要進(jìn)展，工程應(yīng)用場(chǎng)景不斷增多，各種輕骨料和輕骨料混凝土的發(fā)展與應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。陶粒是輕骨料的當(dāng)家產(chǎn)品。隨著我國(guó)固廢資源化利用的不斷推進(jìn), 新建固廢陶粒產(chǎn)能不斷增加。

專家學(xué)者縱論輕骨料現(xiàn)狀

助力輕骨料與輕骨料混凝土發(fā)展

第四屆全國(guó)輕骨料及輕骨料混凝土創(chuàng)新發(fā)展論壇共邀請(qǐng)了十位專家進(jìn)行主題發(fā)言。他們的報(bào)告內(nèi)容豐富、專業(yè)，包括利廢輕骨料綠色工廠的設(shè)計(jì)與實(shí)踐、高性能輕骨料標(biāo)準(zhǔn)研究、預(yù)制輕骨料混凝土、輕質(zhì)超高性能混凝土、輕骨料混凝土工程耐久性分析，以及新品種輕骨料的開發(fā)與應(yīng)用等。如何利用各種工業(yè)廢棄物制備高性能輕骨料、如何設(shè)計(jì)現(xiàn)代綠色節(jié)能輕骨料工廠，如何提升高性能輕骨料混凝土與構(gòu)件的技術(shù)水平、輕骨料混凝土在實(shí)際工程中的服役性能如何？業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)，企業(yè)發(fā)展的方向等等一系列問題，各位專家都有自己的見解。

預(yù)制構(gòu)件的輕質(zhì)高強(qiáng)化成為預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。隨我國(guó)城市化進(jìn)程加速, 城市高架橋越來越多。傳統(tǒng)城市高架施工多采用混凝土現(xiàn)澆技術(shù)，需占地打圍，工期長(zhǎng)、污染大、且易造成交通擁堵。預(yù)制拼裝橋梁快速施工方法，采用工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制拼裝。具有施工速度快、工期短、環(huán)境污染小，有效解決交通擁堵難題，是城市橋梁建造技術(shù)的發(fā)展方向。現(xiàn)有超高性能混凝土還不能完全滿足預(yù)制拼裝橋梁工程經(jīng)濟(jì)化和環(huán)保化的發(fā)展需求，亟需開發(fā)輕質(zhì)、低收縮、免蒸養(yǎng)超高性能混凝土材料。

磷石膏礦渣輕骨料項(xiàng)目：成本低、摻量高、市場(chǎng)大、效益好。磷石膏礦渣輕骨料的特點(diǎn)：一是摻量大，磷石膏礦渣輕骨料中磷石膏占比是80%以上，能大量利用磷石膏。二是能耗低，相比于燒結(jié)陶粒，石膏蒸養(yǎng)砌塊等建材產(chǎn)品的高能耗特點(diǎn)，磷石膏礦渣輕骨料無需煅燒、蒸養(yǎng)，大幅度降低生產(chǎn)能耗。三是重量輕，與傳統(tǒng)碎石堆積密度小于1200kg/m³，輕質(zhì)化特性可廣泛用于各種工程。四是環(huán)保，對(duì)原狀磷石膏中特征污染物進(jìn)行有效固化，消除了磷石膏產(chǎn)品對(duì)環(huán)境造成的二次污染。

我國(guó)磷石膏固廢綜合利用率較低， 絕大部分企業(yè)對(duì)磷石膏仍采用堆存處理的方式，不僅占用大量土地資源，還對(duì)周邊環(huán)境（空氣、土壤、 水）造成惡劣影響。資料顯示，關(guān)于磷石膏：世界堆存量＞60億噸，我國(guó)堆存量＞6億噸，我國(guó)年排放量＞0.8億噸，有效利用率＜20% 。

磷石膏礦渣輕骨料性能及經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在環(huán)保性能上：磷石膏礦渣輕骨料的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。磷石膏礦渣輕骨料中磷石膏摻量最高可達(dá)90%，可大量消耗固廢磷石膏，切實(shí)解決長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶及周邊的“三磷”問題，減少磷石膏的堆存對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的惡劣影響。磷石膏礦渣輕骨料可以大量替代混凝土或道路基層中的傳統(tǒng)碎石，減少砂石礦山等不可再生資源的開采，避免對(duì)山體及綠植造成嚴(yán)重破壞。相比于頁(yè)巖陶粒，磷石膏礦渣輕骨料采用免煅燒工藝可大幅度降低能耗與碳排放，也減少對(duì)天然頁(yè)巖的開采，通過優(yōu)化磷石膏品質(zhì)，可以提高輕骨料的性能。

將磷石膏應(yīng)用在道路工程中是能夠大規(guī)模消耗磷石膏的有效途徑。

蒸壓硅酸鹽功能骨料（固廢基功能骨料）正在蓄勢(shì)待發(fā)。大基建時(shí)代的土木工程材料消耗量巨大，2021年中國(guó)水泥產(chǎn)量23.3億噸；混凝土總產(chǎn)量為約 32億立方米；我國(guó)每年消耗砂石約200億噸。

有專家認(rèn)為，水熱合成高品質(zhì)人造骨料——蒸 壓 硅 酸 鹽 （ 固 廢 基 ） 功 能 骨 料是人造骨料發(fā)展的一個(gè)新階段。采用適當(dāng)比例的鈣質(zhì)原料與硅質(zhì)原料，經(jīng)配料、成球與包殼等工藝制成球形顆粒，在180-200℃蒸壓養(yǎng)護(hù)下，形成以托貝莫來石為主要物相、在砂漿和混凝土中具有某些特殊功能的硅酸鹽骨料/集料。可以消納大宗固廢爐渣、廢棄粉煤灰、工程棄土、皂化渣、盾構(gòu)泥漿、石材鋸泥等。混凝土的功能骨料可部分/全部替代普通天然砂、石，減少混凝土漿體用量，降低水泥用量，作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料，減少混凝土收縮開裂改善界面過渡區(qū)，提高混凝土的耐久性，保溫隔熱，隔音吸聲，減輕自重，可改善混凝土流動(dòng)性，用于配制超高泵送和自密實(shí)混凝土。

蒸壓硅酸鹽功能骨料的產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。用途廣：建筑骨料、污水處理濾料、臭氧發(fā)生器催化劑等；用量大：功能骨料將成為未來混凝土的第七組分，僅按照替代砂、石骨料體積的15%計(jì)算，每年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)容量約3億-4億噸；消納固廢量大：每年消耗粉煤灰、爐渣、尾礦、泥漿、鋼渣等低品質(zhì)固廢2億-3億噸；技術(shù)成熟：已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)：在寧波建有年產(chǎn)10萬立方米生產(chǎn)線（消納爐渣）；在福建建有年產(chǎn)30萬立方米生產(chǎn)線（消納玄武巖鋸泥），擬在陜西神木建設(shè)年產(chǎn)60萬立方米生產(chǎn)線（消納粉煤灰）。 

《固廢制備輕骨料綠色工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》

協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)獲得通過

2022年8月30日，中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)會(huì)同中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)以線上視頻會(huì)議形式組織召開的《固廢制備輕骨料綠色工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)在北京舉行。會(huì)議審查并通過了由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司等單位起草的《固廢制備輕骨料綠色工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)送審稿。《固廢制備輕骨料綠色工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》創(chuàng)新性地提出了固廢制備輕骨料綠色工廠的核心參數(shù)與指標(biāo)，明確了綠色工廠設(shè)計(jì)的基本規(guī)定，提出了工藝裝備、生產(chǎn)控制與產(chǎn)品的核心參數(shù)和要求，并對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)保污染物控制、資源能源利用、環(huán)境保護(hù)與職業(yè)安全衛(wèi)生等提出了具體要求。該標(biāo)準(zhǔn)解決的主要問題就是針對(duì)輕骨料行業(yè)目前規(guī)模小的生產(chǎn)線，能耗高，環(huán)保指標(biāo)與相關(guān)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)有差距的突出問題。當(dāng)前我國(guó)輕骨料產(chǎn)業(yè)，單線規(guī)模小，生產(chǎn)工藝粗放，能耗高，環(huán)保指標(biāo)不夠先進(jìn)，還未能實(shí)現(xiàn)節(jié)能低碳、綠色環(huán)保、大規(guī)模、現(xiàn)代化生產(chǎn)制造，也沒有出現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，產(chǎn)品性能和質(zhì)量未能跟上混凝土超高泵送施工工藝和高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了下游工程建設(shè)的需求。

用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，是輕骨料制造高端化、綠色化、智能化是高質(zhì)量發(fā)展要求。工業(yè)固廢制輕骨料實(shí)現(xiàn)消納廢物與生產(chǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)材料并舉，是固廢資源化利用的方向之一。

其實(shí)，陶料混凝土在我國(guó)已有半個(gè)多世紀(jì)的應(yīng)用。南京長(zhǎng)江大橋是長(zhǎng)江上第一座由中國(guó)自行設(shè)計(jì)和建造的雙層式鐵路、公路兩用橋梁，其橋面板陶粒混凝土的設(shè)計(jì)具有前瞻性、可靠性、耐久性。經(jīng)50年服役后，陶粒混凝土力學(xué)性能基本不變，仍然具備很好的力學(xué)承載力。檢測(cè)研究顯示，其陶粒混凝土的碳化程度較低，體現(xiàn)了其良好的耐久性，未受環(huán)境明顯侵蝕。從南京大橋的實(shí)踐，我們看到，陶粒混凝土經(jīng)50年水化后，僅有少量未水化的C₂S相。水化產(chǎn)物以C-S-H為主，且分布于水泥基體中及陶粒開放孔隙中。粉煤灰陶粒混凝土具有良好的力學(xué)性能與耐久性，對(duì)陶粒內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)及表面孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是提升陶粒混凝土綜合性能，賦予其力學(xué)、耐久性及功能性的有效途徑。