功能骨料微觀結構  周永祥/供圖

 

　　目前，混凝土消納固廢有兩條路徑：粉料和骨料/集料。近日，在接受記者采訪時，中國建筑學會建筑材料分會副理事長兼秘書長、北京工業大學教授周永祥表示，固廢以摻和料的形式在混凝土中已經得到了廣泛的應用，但仍有部分低品質固廢仍沒有得到很好利用。固廢基人造骨料可為大規模消納多種低品質固廢開辟一條新的渠道，進一步推進固廢在土木工程材料中的資源化利用。

 

 

中國建筑學會建筑材料分會副理事長兼秘書長、北京工業大學教授周永祥

 

　　蒸壓工藝制備骨料

 

　　可拓展原料種類

 

　　周永祥表示，過去數十年，人們不斷嘗試利用不同的造粒工藝將各種固廢的粉狀材料制成粒狀材料——人造骨料。燒結陶粒是人們最為熟知的人造骨料。陶粒雖然有諸多技術優勢，但因為價格明顯高于普通砂石，且難以滿足結構混凝土對于骨料強度、彈性模量、施工均勻性等方面的要求，故在結構混凝土中應用很少。輕質陶粒更多是作為非結構材料使用，以發揮其輕質、保溫、隔音等特殊性能優勢。陶粒燒結溫度超過1000℃，能耗大，因此，傳統的燒結工藝在生產上也受到一定的限制。

 

　　除了高溫燒結骨料，還有冷粘合骨料，即采用水泥或其他類型膠凝材料在常溫下膠結固化細顆粒固廢。冷粘合骨料的主要問題是水泥等活性膠凝材料用量較高，而低活性固廢利用率低，成品綜合性能不良，目前的產品質量還不適宜用于結構混凝土。

 

　　周永祥指出，不同于燒結骨料和冷粘合骨料，南京理工大學崔崇教授團隊提出蒸壓工藝制備骨料的方法。該方法采用適當比例的鈣質原料與硅質原料，經配料、成球與包殼等工藝制成球形顆粒，在蒸壓條件下（氣壓約1MPa，溫度180～240℃），形成以托貝莫來石為主要成分的骨料，其抗壓強度最高可達26MPa，表觀密度為1850～2050kg/m?。該方法的生產原材料十分廣泛，硅質原料可以是粉煤灰、爐渣、尾礦、石材鋸泥甚至是渣土、泥漿等SiO?含量較高的低品質固廢，鈣質原料則可以采用鋼渣、電石渣、堿渣等。這種工藝固廢摻入比例一般不會低于85%，在原材料匹配程度較高的情況下，固廢使用率接近95%～98%。

 

　　水熱合成工藝既拓展了原材料的種類，又避免了燒結的高能耗，生產能耗大幅度降低，還可以利用鋼廠、電廠的余熱。

 

　　合理應用固廢

 

　　可降低混凝土水泥用量

 

　　談到蒸壓工藝骨料的特點，周永祥表示，蒸壓硅酸鹽骨料，筒壓強度高，但表觀密度大，用于輕骨料混凝土并沒有特別大的優勢，更適合用于普通結構混凝土中?？紤]到普通結構混凝土對強度、彈性模量、長期收縮、徐變等性能的要求，也不宜大量使用，而是以一定比例（如骨料體積的10%～30%）置換普通砂石。這樣既利用了這種骨料的粒形（接近正球形）、顆粒級配（可控制在2～10mm）等特征優勢，作為混凝土骨料的改良組分（不是全部替代），能夠維持普通混凝土的結構性能參數基本不變。

 

　　“我們團隊研究發現，如在每立方米混凝土中摻入固廢基功能骨料150～200kg，同時降低混凝土單方用水量10～20kg，水泥用量可降低30～60kg；利用這種骨料的粒形和級配改善效應，可保證混凝土拌和物良好的工作性能，混凝土的密度、強度、彈性模量可以維持不變；蒸壓骨料的表觀密度為1850～2050kg/m?，在混凝土中不容易分層，保證了混凝土的勻質性。”

 

　　周永祥指出，固廢基功能骨料用于普通結構混凝土，具有顯著改善混凝土綜合性能的技術優勢，在高強混凝土、超高泵送混凝土、自密實混凝土、自養護混凝土、自防水混凝土、高抗裂混凝土、鋼管混凝土等方面具有廣闊的應用前景。我國巨大的混凝土消耗量將為固廢基功能骨料每年提供2～4億噸的市場容量。

 

　　還需進一步擴大應用范圍

 

　　盡管前景廣闊，但當前固廢及其功能骨料的發展還存在以下幾方面挑戰。

 

　　周永祥認為，一是需要進一步擴大原材料的種類范圍。目前，粉煤灰、爐渣、尾礦、鋼渣、堿渣、建筑垃圾再生微粉及一些SiO?含量較高的工程渣土，都可以作為固廢基功能骨料的原材料，甚至要考慮消納處理危廢，例如生活垃圾焚燒所產生的飛灰。原材料的種類及其組合方案越多，固廢利用率越高，生產成本越低，這套技術的適應性也更好。

 

　　二是需要在更多的地方建立生產點。因為骨料是一個運輸半徑比較小的地方性材料，只有生產點分布廣才能減少運輸成本，終端用戶才能低成本獲取材料。目前浙江中勁環?？萍加邢薰驹趯幉ê透６崿F了功能骨料的規?；a，但與龐大的市場需求相比，這顯然是遠遠不夠的。

 

 

固廢基功能骨料生產車間  周永祥/供圖

 

　　三是完善標準規范。固廢基功能骨料是一個剛剛起步的新材料，目前標準規范還沒跟上。

 

　　周永祥表示，功能骨料有望成為普通混凝土原材料構成中除水泥、砂、石、水、外加劑和摻和料之外的第七組分。這條技術路線一旦走通，將帶來巨大的技術、經濟和環境效益。一方面，人們可以把很多難以在混凝土里直接利用的低品質固廢，通過這種低碳的造粒工藝變成一種能夠發揮特殊作用的骨料，可以在混凝土甚至在結構混凝土里加以利用。對固廢而言，這是一項改變固廢利用途徑、實現固廢價值提升的創新技術；對于應用端混凝土而言，功能骨料可以改善骨料級配和拌和物流動性，為降低混凝土單方用水量和水泥用量創造了條件，配合比的優化使得混凝土的綜合性能也隨之改善。而且，功能骨料不同于普通砂石，它的組成、結構甚至一些特殊功能可以進行人為設計和控制，這就為混凝土技術的創新和發展提供了巨大的想象空間。當前人們對功能骨料的認識還不是那么完全，仍需加緊從材料到構件再到結構的全方位研究，進一步擴大其應用范圍。