固體廢棄物在外墻保溫中的利用

  目前,能源緊缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為制約中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的兩大瓶頸。國家“十一五”規(guī)劃提出:發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),建設(shè)資源節(jié)約型社會,在建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展節(jié)能省地型住宅和公用建筑,發(fā)展低能耗利廢建材產(chǎn)品,凸顯了建筑節(jié)能和資源綜合利用兩大主題。

  在建筑節(jié)能領(lǐng)域,外墻外保溫技術(shù)作為建筑節(jié)能外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫的主要技術(shù)已成為共識,但是此系統(tǒng)產(chǎn)品需消耗大量的能源和資源,它所采用的保溫材料主要是聚苯板和聚氨酯,根據(jù)計(jì)算,每生產(chǎn)1噸聚苯板需要消耗約2噸的原油,每生產(chǎn)1噸合成聚氨酯的主要原料異氰酸酯,所消耗的石油化工原料約為2噸。同時(shí),外墻外保溫系統(tǒng)配套的干拌砂漿產(chǎn)品也需要消耗大量的水泥和天然砂石,水泥生產(chǎn)消耗大量資源和能源,2005年全國水泥產(chǎn)量10.38億噸,消耗8億多噸石灰石和4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2005年,全國生產(chǎn)混凝土和砂漿使用天然砂有20多億噸,采掘天然砂,破壞河道,影響河堤的防洪,危害生態(tài)環(huán)境。與此同時(shí),我國又存在大量的廢聚苯乙烯塑料、廢聚酯塑料、廢橡膠輪胎、廢紙、粉煤灰、尾礦砂、鋼渣和高爐礦渣等固體廢棄物,占用大量土地,嚴(yán)重污染環(huán)境,僅2004年全國工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量就為12億噸。因此,以固體廢棄物為原料開發(fā)外墻外保溫系統(tǒng),生產(chǎn)能耗低,利用大量的固體廢棄物,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求,是外墻外保溫技術(shù)的發(fā)展方向。

  北京振利高新技術(shù)有限公司以“減少垃圾生成量,減少能源消耗量”為企業(yè)使命,致力于固體廢棄物在外墻外保溫產(chǎn)品體系中的綜合利用技術(shù)研究,對廢聚苯板、廢聚酯塑料、粉煤灰、尾礦砂、廢橡膠輪胎和廢紙進(jìn)行了深入的研究。在保溫材料方面,開發(fā)了大量利用粉煤灰和廢聚苯顆粒的“ZL膠粉聚苯顆粒外墻外保溫材料”和利用廢聚酯塑料的“再生聚氨酯外墻外保溫材料”。其中“ZL膠粉聚苯顆粒外墻外保溫材料”在2002年被國家科技部認(rèn)定為國家火炬計(jì)劃項(xiàng)目和國家重點(diǎn)推廣新產(chǎn)品,“再生聚氨酯外墻外保溫材料”在2004年榮獲國家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書。在配套干拌砂漿產(chǎn)品方面,開發(fā)了大量利用粉煤灰、尾礦砂、廢橡膠顆粒和廢紙纖維的外墻外保溫體系干拌砂漿產(chǎn)品,每種干拌砂漿產(chǎn)品中固體廢棄物的利用率都在30%以上(最高達(dá)81%),每種外墻外保溫系統(tǒng)中固體廢棄物的利用率都在50%以上。

  一、廢聚苯顆粒

  廢聚苯顆粒是由廢棄聚苯乙烯泡沫塑料粉碎而成。聚苯乙烯泡沫塑料具有優(yōu)良的耐沖擊緩沖性質(zhì)、強(qiáng)度韌性、絕熱性質(zhì)、抗酸堿能力,以及質(zhì)輕、防水、防細(xì)菌等功能,其外觀清潔易著色、易分辨、易成型,因而被廣泛用于儀表電子、建筑等行業(yè)的隔熱、保溫、防震、包裝等方面。但是,聚苯乙烯泡沫塑料又因?yàn)殡y以降解,廢棄后會造成“白色污染”。如果對其回收利用,控制好廢聚苯顆粒的粒度和容重,使其符合JG158-2004《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》中對聚苯顆粒性能指標(biāo)的要求,可以替代原發(fā)聚苯顆粒作為膠粉聚苯顆粒外墻外保溫材料的輕骨料,占膠粉聚苯顆粒保溫材料體積的80%以上。廢聚苯顆粒作為膠粉聚苯顆粒外墻外保溫材料的輕骨料,不僅可以消除“白色污染”,而且具有顆粒級配好、多棱角易于被漿料包裹、施工性好、價(jià)格低廉等原發(fā)聚苯顆粒所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

  二、廢聚酯塑料

  聚酯塑料是一種通用的高分子材料,主要用來制造纖維、薄膜和玻璃瓶。若以聚酯生產(chǎn)及加工過程中產(chǎn)生3%%~5%%的廢料計(jì)算,全國每年產(chǎn)生聚酯廢料可達(dá)3.5~5.9萬噸。特別是聚酯用作包裝材料后,幾乎全部成為垃圾廢料,這些廢棄聚酯塑料若不進(jìn)行有效處理,會對環(huán)境造成污染。通過回收利用可用來生產(chǎn)硬泡聚氨酯白料。

  三、粉煤灰

  粉煤灰是火力發(fā)電廠燃煤粉鍋爐排出的工業(yè)廢渣,它是一種大宗工業(yè)廢料,目前已累計(jì)堆存10億噸以上,不僅占用了大量的土地,而且污染空氣和堆積處的地下水源,對環(huán)境的危害很大,但是粉煤灰又是一種具有潛在火山灰活性的物質(zhì),顆粒很細(xì),能為建材工業(yè)所用。粉煤灰通常70%以上是由氧化硅、氧化鋁和氧化鐵組成,典型的粉煤灰中還有鈣、鎂、鈦、硫、鉀、鈉和磷的氧化物。粉煤灰中另一重要的化學(xué)組成為未燃碳份,這些未燃碳份對粉煤灰的應(yīng)用影響非常大。用于干拌砂漿的粉煤灰應(yīng)符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的有關(guān)指標(biāo)要求,并應(yīng)嚴(yán)格控制燒失量指標(biāo)。水泥—粉煤灰體系的實(shí)驗(yàn)研究表明,隨著粉煤灰摻量的增加,體系的需水量降低,硬化砂漿的抗壓強(qiáng)度降低,抗折強(qiáng)度在粉煤灰摻量小于60%時(shí)提高,大于60%后降低,壓折比降低。對硬化砂漿X射線粉晶衍射分析和掃描電子顯微鏡觀察表明,粉煤灰中莫來石、石英和磁鐵礦等晶體相沒有發(fā)生反應(yīng),只是玻璃球體與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣在界面處發(fā)生反應(yīng),提高了體系的抗折強(qiáng)度,粉煤灰在砂漿中主要起細(xì)填料的作用。干拌砂漿中細(xì)填料主要為重鈣粉,占10%~40%。重鈣粉是由優(yōu)質(zhì)的石灰石經(jīng)過粉磨而成,生產(chǎn)過程中需要耗費(fèi)大量的電能,并帶來粉塵污染。隨著石灰石資源的日益短缺和能源的緊張,重鈣粉的制造成本不斷增加,粉煤灰作為干拌砂漿的細(xì)填料替代重鈣粉,不僅可以消除粉煤灰堆積帶來的環(huán)境污染,減少生產(chǎn)重鈣粉的資源和能源消耗,而且粉煤灰具有火山灰活性,可以替代部分水泥,并能提高砂漿的抗開裂能力。

  四、尾礦砂

  尾礦是采礦企業(yè)在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下排出的廢棄物。據(jù)統(tǒng)計(jì),2000年以前,我國礦山產(chǎn)出的尾礦總量為50.26億噸,其中鐵礦尾礦量為26.14億噸。尾礦占全國固體廢料的1/3左右,但尾礦綜合利用率僅為8.2%%左右,尾礦排入河道、溝谷、低地,污染水土大氣,破壞環(huán)境,乃至造成災(zāi)害。礦山尾礦堆存場所還占用了大量農(nóng)田、林地,對環(huán)境也有一定污染。隨著國家加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和土地管理,尾礦的治理和利用已成為必須解決的迫切問題,但是只回收有價(jià)值尾礦仍然處理不了剩下的大量尾礦,只有將尾礦作為建筑材料利用才是最根本的出路。通過對鐵礦尾礦砂進(jìn)行尾礦砂的顆粒級配、含泥量和泥塊含量、松散堆積密度和壓實(shí)堆積密度、堅(jiān)固性、集料堿活性等性能指標(biāo)的測試,表明鐵礦尾礦砂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,顆粒級配合理,完全符合GB/T14684—2001《建筑用砂》規(guī)定各項(xiàng)指標(biāo),可以作為干拌砂漿用砂。

  五、廢橡膠顆粒

  廢橡膠顆粒是由廢舊汽車輪胎粉碎而成的。廢舊輪胎由于難以降解,容易燃燒,堆積占用大量土地,形成安全隱患,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。2005年,我國廢舊輪胎達(dá)到了1.2億條,并以每年12%的速度增加,如何有效利用廢舊輪胎,防止污染,目前已成為一個(gè)世界性難題。研究表明,由廢舊輪胎粉碎得到廢橡膠顆粒,用其代替粗砂骨料應(yīng)用于水泥基材料后,工作性、變形性能、抗裂性、抗凍性能均能得到改善,同時(shí)還具有防滑、消聲、隔熱等一系列優(yōu)異性能。外墻外保溫面磚飾面系統(tǒng)的面層防護(hù)砂漿要求施工性好,粘結(jié)強(qiáng)度高,耐水性好,收縮率小,厚抹灰無裂紋。其中為了解決其要求的厚抹灰無裂紋指標(biāo),需要添加具有柔韌性的輕骨料,以提高砂漿的柔韌性。采用廢橡膠顆粒替代面層防護(hù)砂漿的部分骨料進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著廢橡膠顆粒摻量的增加,砂漿的壓折比降低,柔韌性提高,但是同時(shí)砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度也降低,因此,面層防護(hù)砂漿中摻加適量的廢橡膠顆??梢蕴岣呖归_裂性能。

  六、廢紙纖維

  廢紙纖維是由廢舊報(bào)紙、書刊、包裝用紙等廢紙破碎而成,廢紙是一種產(chǎn)量很大的固體廢棄物資源,采用填埋處理浪費(fèi)大量的人力、物力,而且還污染環(huán)境。同時(shí)廢紙纖維因具有吸水性,可以起保水作用,在非裝飾面層砂漿中,可以替代木質(zhì)纖維。試驗(yàn)表明,等量的廢紙纖維替代木質(zhì)纖維后,保溫膠粉施工性沒有變化,濕表觀密度、干表觀密度、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)均有適量增大,廢紙纖維可以替代砂漿中的價(jià)格昂貴的木質(zhì)纖維。

  北京振利高新技術(shù)有限公司開發(fā)的大量利用固體廢棄物的外墻外保溫系統(tǒng),至今已累計(jì)在全國2000萬平方米的外墻保溫工程中得到應(yīng)用,其中僅2006年1~10月,就利用固體廢棄物粉煤灰9365.38噸,尾礦砂8388.81噸,廢聚苯顆粒23432.4立方米,廢橡膠顆粒524.98噸,廢紙纖維173.00噸。在外墻外保溫和干拌砂漿行業(yè)中大量利用固體廢棄物,完全符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。


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