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固体废弃物在外墙保温体系中的综合利用

目前,能源紧缺和环境污染已经成为制约中国经济可持续发展的两大瓶颈。国家“十一五”规划提出:发展循环经济,建设资源节约型社会,在建设领域发展节能省地型住宅和公用建筑,发展低能耗利废建材产品,凸显了建筑节能和资源综合利用两大主题。
  在建筑节能领域,外墙外保温技术作为建筑节能外围护结构保温的主要技术已成为共识,但是此系统产品需消耗大量的能源和资源,它所采用的保温材料主要是聚苯板和聚氨酯,根据计算,每生产1吨聚苯板需要消耗约2吨的原油,每生产1吨合成聚氨酯的主要原料异氰酸酯,所消耗的石油化工原料约为2吨。同时,外墙外保温系统配套的干拌砂浆产品也需要消耗大量的水泥和天然砂石,水泥生产消耗大量资源和能源,2005年全国水泥产量10.38亿吨,消耗8亿多吨石灰石和4亿吨标准煤。2005年,全国生产混凝土和砂浆使用天然砂有20多亿吨,采掘天然砂,破坏河道,影响河堤的防洪,危害生态环境。与此同时,我国又存在大量的废聚苯乙烯塑料、废聚酯塑料、废橡胶轮胎、废纸、粉煤灰、尾矿砂、钢渣和高炉矿渣等固体废弃物,占用大量土地,严重污染环境,仅2004年全国工业固体废弃物产生量就为12亿吨。因此,以固体废弃物为原料开发外墙外保温系统,生产能耗低,利用大量的固体废弃物,符合循环经济发展的要求,是外墙外保温技术的发展方向。
  北京振利高新技术有限公司以“减少垃圾生成量,减少能源消耗量”为企业使命,致力于固体废弃物在外墙外保温产品体系中的综合利用技术研究,对废聚苯板、废聚酯塑料、粉煤灰、尾矿砂、废橡胶轮胎和废纸进行了深入的研究。在保温材料方面,开发了大量利用粉煤灰和废聚苯颗粒的“ZL胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料”和利用废聚酯塑料的“再生聚氨酯外墙外保温材料”。其中“ZL胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料”在2002年被国家科技部认定为国家火炬计划项目和国家重点推广新产品,“再生聚氨酯外墙外保温材料”在2004年荣获国家重点新产品证书。在配套干拌砂浆产品方面,开发了大量利用粉煤灰、尾矿砂、废橡胶颗粒和废纸纤维的外墙外保温体系干拌砂浆产品,每种干拌砂浆产品中固体废弃物的利用率都在30%以上(最高达81%),每种外墙外保温系统中固体废弃物的利用率都在50%以上。
  一、废聚苯颗粒
  废聚苯颗粒是由废弃聚苯乙烯泡沫塑料粉碎而成。聚苯乙烯泡沫塑料具有优良的耐冲击缓冲性质、强度韧性、绝热性质、抗酸碱能力,以及质轻、防水、防细菌等功能,其外观清洁易着色、易分辨、易成型,因而被广泛用于仪表电子、建筑等行业的隔热、保温、防震、包装等方面。但是,聚苯乙烯泡沫塑料又因为难以降解,废弃后会造成“白色污染”。如果对其回收利用,控制好废聚苯颗粒的粒度和容重,使其符合JG158-2004《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》中对聚苯颗粒性能指标的要求,可以替代原发聚苯颗粒作为胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料的轻骨料,占胶粉聚苯颗粒保温材料体积的80%以上。废聚苯颗粒作为胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料的轻骨料,不仅可以消除“白色污染”,而且具有颗粒级配好、多棱角易于被浆料包裹、施工性好、价格低廉等原发聚苯颗粒所不具备的优点。
  二、废聚酯塑料
  聚酯塑料是一种通用的高分子材料,主要用来制造纤维、薄膜和玻璃瓶。若以聚酯生产及加工过程中产生3%%~5%%的废料计算,全国每年产生聚酯废料可达3.5~5.9万吨。特别是聚酯用作包装材料后,几乎全部成为垃圾废料,这些废弃聚酯塑料若不进行有效处理,会对环境造成污染。通过回收利用可用来生产硬泡聚氨酯白料。
  三、粉煤灰
  粉煤灰是火力发电厂燃煤粉锅炉排出的工业废渣,它是一种大宗工业废料,目前已累计堆存10亿吨以上,不仅占用了大量的土地,而且污染空气和堆积处的地下水源,对环境的危害很大,但是粉煤灰又是一种具有潜在火山灰活性的物质,颗粒很细,能为建材工业所用。粉煤灰通常70%以上是由氧化硅、氧化铝和氧化铁组成,典型的粉煤灰中还有钙、镁、钛、硫、钾、钠和磷的氧化物。粉煤灰中另一重要的化学组成为未燃碳份,这些未燃碳份对粉煤灰的应用影响非常大。用于干拌砂浆的粉煤灰应符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的有关指标要求,并应严格控制烧失量指标。水泥—粉煤灰体系的实验研究表明,随着粉煤灰掺量的增加,体系的需水量降低,硬化砂浆的抗压强度降低,抗折强度在粉煤灰掺量小于60%时提高,大于60%后降低,压折比降低。对硬化砂浆X射线粉晶衍射分析和扫描电子显微镜观察表明,粉煤灰中莫来石、石英和磁铁矿等晶体相没有发生反应,只是玻璃球体与水泥水化产生的氢氧化钙在界面处发生反应,提高了体系的抗折强度,粉煤灰在砂浆中主要起细填料的作用。干拌砂浆中细填料主要为重钙粉,占10%~40%。重钙粉是由优质的石灰石经过粉磨而成,生产过程中需要耗费大量的电能,并带来粉尘污染。随着石灰石资源的日益短缺和能源的紧张,重钙粉的制造成本不断增加,粉煤灰作为干拌砂浆的细填料替代重钙粉,不仅可以消除粉煤灰堆积带来的环境污染,减少生产重钙粉的资源和能源消耗,而且粉煤灰具有火山灰活性,可以替代部分水泥,并能提高砂浆的抗开裂能力。
  四、尾矿砂
  尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的废弃物。据统计,2000年以前,我国矿山产出的尾矿总量为50.26亿吨,其中铁矿尾矿量为26.14亿吨。尾矿占全国固体废料的1/3左右,但尾矿综合利用率仅为8.2%%左右,尾矿排入河道、沟谷、低地,污染水土大气,破坏环境,乃至造成灾害。矿山尾矿堆存场所还占用了大量农田、林地,对环境也有一定污染。随着国家加强环境保护和土地管理,尾矿的治理和利用已成为必须解决的迫切问题,但是只回收有价值尾矿仍然处理不了剩下的大量尾矿,只有将尾矿作为建筑材料利用才是最根本的出路。通过对铁矿尾矿砂进行尾矿砂的颗粒级配、含泥量和泥块含量、松散堆积密度和压实堆积密度、坚固性、集料碱活性等性能指标的测试,表明铁矿尾矿砂化学性质稳定,颗粒级配合理,完全符合GB/T14684—2001《建筑用砂》规定各项指标,可以作为干拌砂浆用砂。
  五、废橡胶颗粒
  废橡胶颗粒是由废旧汽车轮胎粉碎而成的。废旧轮胎由于难以降解,容易燃烧,堆积占用大量土地,形成安全隐患,造成严重的环境污染。2005年,我国废旧轮胎达到了1.2亿条,并以每年12%的速度增加,如何有效利用废旧轮胎,防止污染,目前已成为一个世界性难题。研究表明,由废旧轮胎粉碎得到废橡胶颗粒,用其代替粗砂骨料应用于水泥基材料后,工作性、变形性能、抗裂性、抗冻性能均能得到改善,同时还具有防滑、消声、隔热等一系列优异性能。外墙外保温面砖饰面系统的面层防护砂浆要求施工性好,粘结强度高,耐水性好,收缩率小,厚抹灰无裂纹。其中为了解决其要求的厚抹灰无裂纹指标,需要添加具有柔韧性的轻骨料,以提高砂浆的柔韧性。采用废橡胶颗粒替代面层防护砂浆的部分骨料进行试验结果表明:随着废橡胶颗粒掺量的增加,砂浆的压折比降低,柔韧性提高,但是同时砂浆的粘结强度也降低,因此,面层防护砂浆中掺加适量的废橡胶颗粒可以提高抗开裂性能。
  六、废纸纤维
  废纸纤维是由废旧报纸、书刊、包装用纸等废纸破碎而成,废纸是一种产量很大的固体废弃物资源,采用填埋处理浪费大量的人力、物力,而且还污染环境。同时废纸纤维因具有吸水性,可以起保水作用,在非装饰面层砂浆中,可以替代木质纤维。试验表明,等量的废纸纤维替代木质纤维后,保温胶粉施工性没有变化,湿表观密度、干表观密度、抗压强度和导热系数均有适量增大,废纸纤维可以替代砂浆中的价格昂贵的木质纤维。
  北京振利高新技术有限公司开发的大量利用固体废弃物的外墙外保温系统,至今已累计在全国2000万平方米的外墙保温工程中得到应用,其中仅2006年1~10月,就利用固体废弃物粉煤灰9365.38吨,尾矿砂8388.81吨,废聚苯颗粒23432.4立方米,废橡胶颗粒524.98吨,废纸纤维173.00吨。在外墙外保温和干拌砂浆行业中大量利用固体废弃物,完全符合发展循环经济的要求,具有广阔的推广应用前景。


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