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(xué)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(yīng)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(qiáng)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(qiáng)制品

　　水泥-粉煤灰：      難于制備輕質(zhì)高強(qiáng)制品

　　水泥-砂：               密度大 ，強(qiáng)度低

　　水泥-粉煤灰-砂       密度大，強(qiáng)度低

　　水泥-粉煤灰-石灰-石膏    難于B04級(jí)（ 400Kg/m3）制品

　　水泥-粉煤灰-礦渣-石灰    難于B04級(jí)（ 400Kg/m3）制品

　　水泥-礦渣-石灰       難于B04級(jí)（ 400Kg/m3）制品

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　　3、重慶大學(xué)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(qiáng)度高達(dá)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(dá)60%~70%,強(qiáng)度有所提高。

　　■ 墻體材料方面

　　● 用煤矸石制備出煤矸石實(shí)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(qiáng)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(jí)為B04級(jí)超輕質(zhì)泡沫混凝土?xí)r

　　●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(yán)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(qiáng)泡沫混凝土

　　用煤矸石為主要原料制備的輕質(zhì)高強(qiáng)泡沫混凝土

　　● 密度等級(jí)：B04級(jí)的泡沫混凝土

　　● 抗壓強(qiáng)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(jí)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(qiáng)度可達(dá)到用水泥制備的B05級(jí)泡沫混凝土的強(qiáng)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?jí)w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(jí)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(dòng)強(qiáng)度，提高施工速度，大大提前竣工時(shí)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(shí)可以大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)，大大提高施工速度和提前竣工時(shí)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(shí)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(qiáng)度不如用煤矸石為主要原材料制備出的泡沫混凝土強(qiáng)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(dá)到國家等級(jí)粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)要求的粉煤灰來源受到限制

　?。ǖ燃?jí)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用效果很好，應(yīng)用技術(shù)也很成熟，在很多地區(qū)如重慶等，甚至出現(xiàn)供不應(yīng)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(jí)的輕質(zhì)泡沫混凝土

　　●強(qiáng)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(diǎn)。

　　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(yīng)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(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤矸石磚的導(dǎo)熱系數(shù)，保溫隔熱性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(qiáng)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(qiáng)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(yīng)目前節(jié)能建筑的需要，值得大力推廣。

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