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    重點產業發展報告
    【原創】2020年度我國陶粒及其輕骨料混凝土技術與應用發展報告
    時間:2021-03-15    來源:輕骨料混凝土分會    分享:
    2020年初突如其來的疫情對各行各業都產生了重大影響,行業企業正常經營受到沖擊,部分企業處境艱難,但是隨著疫情得到控制,復工復產的展開,疫情對全年影響有限,疫情期間新建固廢陶粒以及陶?;炷林破樊a能依然創歷史新高。對于輕骨料行業來說固廢資源化生產陶粒以及裝配式建筑對輕質預制構件的需求依然是推動輕骨料行業發展的兩大動力。

    2020年初突如其來的疫情對各行各業都產生了重大影響,行業企業正常經營受到沖擊,部分企業處境艱難,但是隨著疫情得到控制,復工復產的展開,疫情對全年影響有限,疫情期間新建固廢陶粒以及陶?;炷林破樊a能依然創歷史新高。對于輕骨料行業來說固廢資源化生產陶粒以及裝配式建筑對輕質預制構件的需求依然是推動輕骨料行業發展的兩大動力。

    1.固廢陶粒資源化利用迅猛發展

    (1)固廢陶粒資源化利用持續獲得政策支持

    《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》已由中華人民共和國第十三屆全國人民代表大會常務委員會第十七次會議于2020年4月29日修訂通過,自2020年9月1日起施行。由于陶粒工業在資源化利用固廢的特有優勢,必將在固廢資源化利用中發揮一定的作用。

    2020年8月國家發展改革委發布了《西部地區鼓勵類產業目錄(2020年本,征求意見稿)》,文件中將85%粉煤灰及以上摻量生產陶粒制品列入陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區等西部地區鼓勵類產業目錄。為西部地區陶粒工業的發展提供了廣闊的空間。

    國家環保部在官網發布了《關于明確固廢制陶粒項目執行固廢再生導則問題的回復》,明確了由企業提出的固廢制陶粒中有關重金屬限量執行標準的問題,要求參照GB/T 30760中要求的浸出重金屬含量限值執行。固廢生產陶粒涉及的重金屬問題有了判定依據。且相關環保部發布的相關標準推薦電鍍污泥等危廢可用于制備輕骨料。

    (2)新建固廢陶粒產能繼續增加,陶粒工業資源化處置固廢的環保功能屬性進一步加強

    隨著我國固廢資源化利用的不斷推進,新建固廢陶粒產能不斷增加,據分會不完全統計2019年新建陶粒產能200余萬方,2020年上半年,在疫情等負面環境條件下,完成環評公示的擬新建產能依然突破450萬方,預計近期全國陶粒工業產能將突破2000萬方。新建產能中大部分為各種市政污泥、工業污泥,工業廢渣、煤矸石、尾礦等固廢。除此之外,像油泥等危廢類污泥生產陶粒也進入了實際工業化運作之中,南京揚子環??萍加邢薰緮M新建的揚子石化危廢減量和無害化綠色利用(生產陶粒)項目已于2020年4月份獲得環評批復,進入前期建設階段。隨著固廢陶粒產能規模的不斷壯大,陶粒窯成為繼水泥窯后,又一可選擇的資源化高溫處置固廢的技術方案,相比于水泥窯,陶粒窯處置固廢也有自身的特殊優勢,例如在重慶由于部分區縣沒有水泥生產企業;二是受水泥行業錯峰停窯政策等因素影響,水泥廠處置污泥能力較不穩定。前重慶主城區已建成某公司污泥燒制陶粒項目,污泥處理規模為200噸/天。重慶市合川區、長壽區、永川區正在建設污泥燒制陶粒項目,建成后基本能消納當地城鎮污水處理廠產生的污泥[1]。

    (3)陶粒產業助力多地“無廢城市”建設

    “無廢城市”是以創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念為引領,通過推動形成綠色發展方式和生活方式,持續推進固體廢物源頭減量和資源化利用,最大限度減少填埋量,將固體廢物環境影響降至最低的城市發展模式。國務院辦公廳關于印發“無廢城市”建設試點工作方案的通知(國辦發〔2018〕128號)發布后,各試點城市相繼發布了本市的實施方案。

    紹興市抓住“無廢城市”建設試點契機,全面啟動紹興市污染土壤修復中心(越路環保)建設。該項目位于紹興市濱海新區,總占地面積約335畝,投資約4.5億元,年處理污染土壤能力達50萬方。重金屬污染土壤采用固化穩定化工藝修復;中輕度有機污染土壤采用常溫解析或生物通風工藝修復;重度有機污染土壤采用熱脫附工藝修復。修復后合格土壤通過配套設施,生產各類陶粒和自保溫砌塊等,實現無害化消納和資源化利用的雙重效益。除了污染土之外,還計劃推進中科綠力環境科技年產100萬方高性能陶粒飛灰資源化項目。

    表1 2020年上半年新建陶粒生產線(不完全統計)

    包頭市“無廢城市”建設試點“四大體系”之技術體系中共7項。已完成6項中就包括列入生態環境部無廢城市建設試點先進適用技術(第一批)的內蒙古正堂環保產業有限公司關于工業固體廢物綜合利用陶粒生產示范技術。

    全力創建全國綠色礦業發展示范區先行縣的承德寬城滿族自治縣,在強化礦山治理的同時,積極探索綜合利用尾礦砂。他們與中關村綠色產業聯盟、中國建筑材料研究院等專業機構合作,研究開發了利用尾礦砂生產陶粒、高質透水磚、保溫裝飾一體化板材等10余種高附加值綠色建材產品,年消納尾礦砂1500萬噸以上,實現生態效益、經濟效益雙贏。

    重慶市人民政府辦公廳印發《重慶市城鎮生活污水處理廠污泥處理處置實施方案》,探索污泥無害化處理處置和資源再生利用產業發展,主城區城鎮污水污泥處置方式采用水泥窯協同處置、堆肥作園林營養土、建筑材料、衛生填埋、與餐廚垃圾協同處置、制陶粒等方式,無害化處理規模已達1770噸/日,主城區已實現全部無害化處置。

    (4)各種固廢制備陶粒成為研究熱點

    相對與較為成熟的污泥、粉煤灰作為原料生產陶粒,其他種類的固廢生產制備陶粒的研究也在各研究機構深入開展。

    張靜等研究了固硫灰來源及其化學成分對固硫灰陶粒的燒脹性能和物理性能的影響。并經工藝優化制備得到堆積密度624kg/m3,1h吸水率0.39%,筒壓強度5.3MPa,軟化系數0.94,粒型系數1.2的700級固硫灰陶粒輕集料。并設計了固硫灰陶粒生產自動化工藝流程和尾氣脫除SO2前饋-串級控制系統,以實現固硫灰陶粒工業生產自動化和尾氣SO2精準脫除[2]。

    孫旭東等以山東煙臺某黃金選冶廠的氰化尾渣為主要原料,摻入一定量的膨潤土、鈉長石、氯化鈣、煤粉等,探究了高溫氯化揮發法處理氰化尾渣協同制備陶粒的可行性。結果表明,氰化尾渣利用率最高能達到75%以上,燒制得到的陶粒的1h吸水率為9.45%、堆積密度為642.93%,符合《輕集料及其試驗方法》中密度等級為700級的工業廢渣輕粗集料的技術要求,可用于制備保溫機構混凝土或者高強混凝土。該研究為黃金選冶氰化尾渣的建材化應用可提供一定的參考價值[3]。

    劉賢力等研究將重金屬污染土壤進行陶粒資源化處置,生產的陶粒浸出實驗的結果完全符合污染土壤修復目標值,該途徑完全能達到污染土壤安全利用的目的,而且在陶粒生產過程中逸散排放的Pb、Cd含量均低于大氣污染物特別排放限值控制要求,有效降低回轉窯協同處置途徑在生產過程及使用過程中存在的健康風險,可避免水泥窯協同處置技術中,由于水泥粉塵顆粒細、比表面積大,重金屬鉛、鎘等易隨粉塵逸散和揮發造成的二次污染,生產出的陶??梢源嫔笆鳛榛炷恋墓橇?,也可以代替活性炭作為水處理材料的替代品[4]。

    (5)陶粒生產裝備持續改進更新

    生產裝備是行業技術水平的重要指標,隨著生產線的持續興建,天然氣、電能等不同能源類型的陶粒裝備相繼開發完善,新建的陶粒生產線環保水平也逐步提高,但是同水泥等成熟行業的裝備相比,在精細化、智能化、綠色節能水平等方面仍存在較大的差距,是制約輕骨料行業發展壯大的重要因素之一,需要借鑒相關行業成熟經驗以及陶粒工業的自身特點,繼續改進完善。

    分會副理事長單位山東恒遠利廢開發的“工業固廢制備高性能輕骨料成套設備”成功入選工信部公布的《首臺(套)重大技術裝備推廣應用指導目錄(2019年版)》,該成套設備采用高效節能的瀑落式回轉窯系統工藝,回轉窯采用三葉內襯結構,選用獨特的設備保溫材料,一方面可以大幅提升窯的熱交換效能,另一方面可以減少窯皮散熱,使得制備單位陶粒輕骨料的綜合能耗較傳統回轉窯大大降低。該技術同時榮獲2019年度“北京凱盛優科房屋杯”混凝土與水泥制品行業技術革新獎二等獎(技術開發類)。

    2.傳統輕骨料混凝土產品發展穩健、新型陶?;炷翍貌粩喑霈F

    輕骨料較為傳統的應用方式是用于生產輕集料混凝土砌塊,目前全國的輕集料混凝土砌塊產量約5000萬方,非常有競爭優勢的節能墻體材料,不僅具有一定的節能效果,還可以利用大量固廢。北京市住房和城鄉建設委員會發布的數據顯示:2019年北京市墻材生產累計利用固廢約62萬噸,同比增加12.6%,其中輕集料混凝土砌塊生產固廢利用量最大約為54萬噸,包含建筑廢棄物20余萬噸。且2019年北京市包括輕集料混凝土砌塊、蒸壓加氣混凝土砌塊、隔墻板、蒸壓加氣混凝土板、裝配式混凝土墻板在內的墻材單位產品生產能耗分別下降12.0%、0.4%、14.3%、0.3%、9.6%。輕集料混凝土砌塊能耗最低,折合每萬塊標磚0.019噸標煤。

    除了輕骨料混凝土砌塊外,輕骨料混凝土墻板制品發展較為迅速,廣泛應用于裝配式建筑中。據分會不完全統計2020年上半年各類陶粒墻板及砌塊制品近1300萬平方,成為重要的隔墻材料。另外其他的輕骨料混凝土裝配式構件也不斷的應用于裝配式建筑中。中建綠色產業園1#綜合樓是華南地區首個采用EPC工程總承包模式的“裝配式大型框架結構支撐體+高性能防屈曲支撐+模塊化鋼結構體系”項目。本項目部分外墻板將采用陶粒輕質高強混凝土,預制樓梯將全部采用陶粒輕質高強混凝土。

    表2 2020年1-9月擬新建陶粒制品生產線(不完全統計)

    除了砌塊和墻板類較為成熟的應用,基于陶?;炷撂匦缘男碌膽貌粩嘤楷F。

    (1)新型蓄鹽陶?;炷谅访?/span>

    含鹽陶?;炷磷鳛橐环N新型蓄鹽路面材料,所制備的含鹽陶?;炷?,在路面除冰雪方面有著良好的效果。為了保證含鹽陶?;炷敛牧暇哂辛己玫穆酚眯阅?,采用分層度試驗對含鹽陶粒勻質分布的影響因素進行研究,從而揭示含鹽陶粒在混凝土內部的分布規律,得到最佳的施工工藝,為含鹽陶?;炷恋墓こ虘锰峁┯行Ю碚撝?。侯子義等采用頁巖陶粒為鹽分載體,表面由聚合物改性水泥凈漿覆裹緩釋處理,養生至28d,吸附的融冰鹽成分為氯化鈉,顆粒粒徑10~22mm,連續級配,表觀密度1567kg/m3,堆積密度821kg/m3,1h吸水率6%,筒壓強度5.4MPa[5]。

    (2)3D打印陶砂混凝土材料

    馬國偉等研究將陶砂制備3D打印混凝土的可行性以及可應用性,并試驗測試了不同打印路徑對材料力學行為的影響。認為中陶砂更加適合作為3D打印陶砂混凝土材料,通過對五種陶砂混凝土配比的坍落度、早期強度試驗分析,得出當陶砂在材料中比例為13.3%~22.2%時,可滿足3D打印對混凝土材料流動性,推動3D打印陶砂混凝土提供了試驗數據和參考[6]。

    (3)陶粒噴射混凝土

    李運華等在公路隧道修建過程中由于地質勘察的局限性,施工中往往會引起掌子面滲漏水問題,對于小型水包及部分巖隙水通常是噴射混凝土材料封堵出水口,而封堵材料并不能形成受力結構,只作為填充物承受部分水壓,因此輕型混凝土材料用于治理隧道施工滲漏水的應用前景廣泛,通過其在某公路隧道滲漏水病害的治理應用來看,輕骨料混凝土能有效封堵二襯結構的孔洞和漏水點,達到了預期治理效果[7]。

    (4)透明輕骨料混凝土

    郭旭東等通過試驗制備了透明輕骨料混凝土,并研究其透光性能、抗凍性和抗滲性,以期為混凝土的智能化發展提供理論參考。其在鋼制模板中設置帶孔的擋板,將光纖能夠均勻順直的布設于整個試件中;在布設光纖的模具中澆入輕骨料混凝土拌合物,將養護好的混凝土試件沿光纖方向切割成透明輕骨料混凝土試件,可用于裝飾等工程中[8]。

    3.輕骨料領域標準制定進展

    (1)由建筑材料工業技術監督研究中心和輕骨料分會負責起草的JC/TXXX《污泥陶?!穱医ú男袠I標準已順利通過中國建材聯合會組織的審查,并完成了報批,即將發布實施。該標準明確了污泥陶粒的定義,細化了污泥陶粒的分類,彌補了污泥制陶粒標準缺失的空白,增加了可浸出重金屬含量指標,保障了污泥陶粒的無害化應用,補充完善了標準體系。該標準的實施將引導我國陶粒企業進行原材料結構轉型,促進陶粒企業消納各種污泥固廢,引導陶粒行業由資源消耗型、高能耗行業向處置固廢的環保功能行業發展,對提高污泥陶粒建材產品質量,規范污泥陶粒行業發展具有重要意義。

    另外與產品標準配套的建材行業標準JC/TXXX《陶粒窯協同處置污泥技術規范》生產規范標準也已經完成了初稿的編寫,相信隨著兩部國家行業標準的相繼實施,污泥陶粒行業將進入有標準可依的新的發展階段。

    (2)交通運輸部行業標準JT/T770-2009《公路工程高強頁巖陶粒輕骨料》開啟修訂工作,該修訂工作由交通運輸部公路科學研究院和建筑材料工業技術監督研究中心、輕骨料分會組織。該標準將根據高強陶粒新的發展形勢,增加粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒等新的陶粒品種用于公路工程中,并調整相關技術指標。

    (3)中國混凝土與水泥制品協會標準《結構混凝土用高強輕骨料》開始制定,該標準將在高強輕骨料材料設計和生產工藝裝備技術新發展以及結構混凝土對高品質骨料要求的基礎上編制,新標準將大幅提升現行輕骨料產品性能要求,制定更科學合理的輕骨料品質測定評價方法,從而促進中高強度等級輕骨料混凝土在結構工程中的推廣應用,滿足高層及超高層結構、鋼結構、橋梁結構等工程發展對輕質高強混凝土的需求。

    (4)中國再生資源回收利用協會團體標準《表面處理污泥、生活垃圾焚燒飛灰燒結制備衍生輕集料》發布實施。該標準主要對電鍍污泥、飛灰危廢制備陶粒輕集料進行了規范。

    (5)修訂的北京市地方標準DB11/T742-2019《輕集料混凝土填充砌塊技術規程》2020年4月正式實施。修改了輕集料混凝土砌塊、砌筑砂漿及灌孔混凝土等主要材料性能要求的標準。調整了砌體的計算指標并增加了砌體的彈性模量、線膨脹系數等基本參數等。

    (6)河南省新版《工業窯爐大氣污染物排放標準》(含陶粒工業)6月1日起開始實施。

    (7)中國有色金屬工業協會團體標準《建筑裝飾用富鋁再生陶?!罚?020-002-T/CNIA)開始制定。

    參考文獻

    [1] 吳淵,刁峽.重慶市污泥制陶粒污染防治對策分析[J].資源節約與環保,2020(8):94-95.
    [2] 張靜,賈冠華,楊鳳玲等.固硫灰陶粒制備影響因素研究及其生產工藝自動化設計[J].新型建筑材料,2020(8):134-138.
    [3] 孫旭東,潘德安,龔裕等.氰化尾渣高溫氯化焙燒制備陶粒[J].有色金屬(冶煉部分),2020(6):70-79.
    [4] 劉賢力,侯昭胤.重金屬污染土壤回轉窯協同處置和資源化利用[J].化工進展,2020,39(S1):287-291.
    [5] 侯子義,李虹橙,鄭少鵬等.氰化尾渣高溫氯化焙燒制備陶粒[J].北京工業大學學報.2020(8):956-962.
    [6] 馬國偉,柴艷龍,王里等.3D打印陶砂輕質混凝土的制備與力學性能測試[J].公路工程,2020,35(1):58-66.
    [7] 李運華,李珍,原華.輕骨料噴射混凝土在公路隧道漏水治理中的應用研究[J].公路工程,2020,45(2):163-167.
    [8] 郭旭,戴毓.透明輕骨料混凝土制備及耐久性研究[J].混凝土與水泥制品,2020(2):82-85.

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