扈士凱，李應權，韓 磊，陳志純，陳嘉宇，王笑帆

(1.中國混凝土與水泥制品協(xié)會輕骨料及輕骨料混凝土分會，北京 100024；2.建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心，北京 100024)

2020年初突如其來的疫情對各行各業(yè)都產(chǎn)生了重大影響，行業(yè)企業(yè)正常經(jīng)營受到?jīng)_擊，部分企業(yè)處境艱難，但是隨著疫情得到控制，復工復產(chǎn)的展開，預計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(chǎn)能依然創(chuàng)歷史新高。對于輕骨料行業(yè)來說，固廢資源化生產(chǎn)陶粒以及裝配式建筑對輕質(zhì)預制構件的需求依然是推動輕骨料行業(yè)發(fā)展的兩大動力。

1 固廢陶粒資源化利用迅猛發(fā)展

1.1 固廢陶粒資源化利用持續(xù)獲得政策支持

《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)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(yè)在資源化利用固廢的特有優(yōu)勢，必將在固廢資源化利用中發(fā)揮一定的作用。

2020年8月國家發(fā)展改革委發(fā)布了《西部地區(qū)鼓勵類產(chǎn)業(yè)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(chǎn)陶粒制品列入陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)等西部地區(qū)鼓勵類產(chǎn)業(yè)目錄，為西部地區(qū)陶粒工業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。

國家環(huán)保部在官網(wǎng)發(fā)布了《關于明確固廢制陶粒項目執(zhí)行固廢再生導則問題的回復》，明確了由企業(yè)提出的固廢制陶粒中有關重金屬限量執(zhí)行標準的問題，要求參照GB30760中要求的浸出重金屬含量限值執(zhí)行，且相關環(huán)保部發(fā)布的相關標準推薦電鍍污泥等危廢可用于制備輕骨料。

1.2 新建固廢陶粒產(chǎn)能繼續(xù)增加，陶粒工業(yè)資源化處置固廢的環(huán)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(chǎn)能不斷增加，據(jù)分會不完全統(tǒng)計2019年新建陶粒產(chǎn)能200余萬方，2020年上半年，在疫情等負面環(huán)境條件下，完成環(huán)評公示的擬新建產(chǎn)能依然突破450萬方，預計近期全國陶粒工業(yè)產(chǎn)能將突破2 000萬方。新建產(chǎn)能中大部分為各種市政污泥、工業(yè)污泥、工業(yè)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(chǎn)陶粒也進入了實際工業(yè)化運作之中，南京揚子環(huán)?？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(chǎn)陶粒)項目已于今年4月份獲得環(huán)評批復，進入前期建設階段。隨著固廢陶粒產(chǎn)能規(guī)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(yōu)勢，例如在重慶由于部分區(qū)縣沒有水泥生產(chǎn)企業(yè)；二是受水泥行業(yè)錯峰停窯政策等因素影響，水泥廠處置污泥能力較不穩(wěn)定。重慶主城區(qū)已建成某公司污泥燒制陶粒項目，污泥處理規(guī)模為200 t/d。重慶市合川區(qū)、長壽區(qū)、永川區(qū)正在建設污泥燒制陶粒項目，建成后基本能消納當?shù)爻擎?zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的污泥[1]。

1.3 陶粒產(chǎn)業(yè)助力多地 “無廢城市”建設

“無廢城市”是以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念為引領，通過推動形成綠色發(fā)展方式和生活方式，持續(xù)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(huán)境影響降至最低的城市發(fā)展模式。國務院辦公廳關于印發(fā)“無廢城市”建設試點工作方案的通知(國辦發(fā)〔2018〕128號)發(fā)布后，各試點城市相繼發(fā)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(huán)保)建設。該項目位于紹興市濱海新區(qū)，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(wěn)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(chǎn)各類陶粒和自保溫砌塊等，實現(xiàn)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(huán)境科技年產(chǎn)100萬方高性能陶粒飛灰資源化項目。

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：內(nèi)蒙古正堂環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司關于工業(yè)固體廢物綜合利用陶粒生產(chǎn)示范技術。

全力創(chuàng)建全國綠色礦業(yè)發(fā)展示范區(qū)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(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國建筑材料研究院等專業(yè)機構合作，研究開發(fā)了利用尾礦砂生產(chǎn)陶粒、高質(zhì)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(chǎn)品，年消納尾礦砂1 500萬t以上，實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益雙贏。

重慶市人民政府辦公廳印發(fā)《重慶市城鎮(zhèn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展，主城區(qū)城鎮(zhèn)污水污泥處置方式采用水泥窯協(xié)同處置、堆肥作園林營養(yǎng)土、建筑材料、衛(wèi)生填埋、與餐廚垃圾協(xié)同處置、制陶粒等方式，無害化處理規(guī)模已達1 770 t/日，主城區(qū)已實現(xiàn)全部無害化處置。

1.4 各種固廢制備陶粒成為研究熱點

相對于較為成熟的污泥、粉煤灰作為原料生產(chǎn)陶粒，其他種類的固廢生產(chǎn)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(jīng)工藝優(yōu)化制備得到堆積密度624 kg/m3，1 h吸水率0.39%，筒壓強度5.3 MPa，軟化系數(shù)0.94，粒型系數(shù)1.2的700級固硫灰陶粒輕集料。并設計了固硫灰陶粒生產(chǎn)自動化工藝流程和尾氣脫除SO2前饋-串級控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)固硫灰陶粒工業(yè)生產(chǎn)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(fā)法處理氰化尾渣協(xié)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1 h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(yè)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。該研究可為黃金選冶氰化尾渣的建材化應用提供一定的參考[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(chǎn)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(chǎn)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(xié)同處置途徑在生產(chǎn)過程及使用過程中存在的健康風險，可避免水泥窯協(xié)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(fā)造成的二次污染，生產(chǎn)出的陶?？梢源嫔笆鳛榛炷恋墓橇希部梢源婊钚蕴孔鳛樗幚聿牧系奶娲穂4]。

1.5 陶粒生產(chǎn)裝備持續(xù)改進更新

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

分會副理事長單位山東恒遠利廢開發(fā)的“工業(yè)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(jié)能的瀑落式回轉窯系統(tǒng)工藝，回轉窯采用三葉內(nèi)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(tǒng)回轉窯大大降低。該技術同時榮獲2019年度“北京凱盛優(yōu)科房屋杯”混凝土與水泥制品行業(yè)技術革新獎二等獎(技術開發(fā)類)。

2 傳統(tǒng)輕骨料混凝土產(chǎn)品發(fā)展穩(wěn)健、新型陶?；炷翍貌粩喑霈F(xiàn)

輕骨料較為傳統(tǒng)的應用方式是用于生產(chǎn)輕集料混凝土砌塊，目前全國的輕集料混凝土砌塊產(chǎn)量約5 000萬方，是非常有競爭優(yōu)勢的節(jié)能墻體材料，不僅具有一定的節(jié)能效果，還可以利用大量固廢。北京市住房和城鄉(xiāng)建設委員會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：2019年北京市墻材生產(chǎn)累計利用固廢約62萬t，同比增加12.6%，其中輕集料混凝土砌塊生產(chǎn)固廢利用量最大約為54萬t,包含建筑廢棄物 20余萬t。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(nèi)的墻材單位產(chǎn)品生產(chǎn)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 t標煤。

除了輕骨料混凝土砌塊外，輕骨料混凝土墻板制品發(fā)展較為迅速，廣泛應用于裝配式建筑中。據(jù)分會不完全統(tǒng)計2020年上半年各類陶粒墻板及砌塊制品近1 300萬平方，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地應用于裝配式建筑中。中建綠色產(chǎn)業(yè)園1#綜合樓是華南地區(qū)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。該項目部分外墻板將采用陶粒輕質(zhì)高強混凝土，預制樓梯將全部采用陶粒輕質(zhì)高強混凝土。

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(xiàn)。

2.1 新型蓄鹽陶?；炷谅访?/h3>

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埽捎梅謱佣仍囼瀸}陶粒勻質(zhì)分布的影響因素進行研究，從而揭示含鹽陶粒在混凝土內(nèi)部的分布規(guī)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(yǎng)生至28 d，吸附的融冰鹽成分為氯化鈉，顆粒粒徑 10～22 mm，連續(xù)級配，表觀密度1 567 kg/m3，堆積密度821 kg/m3，1 h吸水率6%，筒壓強度5.4 MPa[5]。

2.2 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的要求，為推動3D打印陶砂混凝土提供了試驗數(shù)據(jù)和參考[6]。

2.3 陶粒噴射混凝土

在公路隧道修建過程中由于地質(zhì)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，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]。

2.4 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?jié)B性，以期為混凝土的智能化發(fā)展提供理論參考。其在鋼制模板中設置帶孔的擋板，將光纖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(yǎng)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(yè)技術監(jiān)督研究中心和輕骨料分會負責起草的《污泥陶?！穱医ú男袠I(yè)標準已順利通過中國建材聯(lián)合會組織的審查，并完成了報批，即將發(fā)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(yè)進行原材料結構轉型，促進陶粒企業(yè)消納各種污泥固廢，引導陶粒行業(yè)由資源消耗型、高能耗行業(yè)向處置固廢的環(huán)保功能行業(yè)發(fā)展，對提高污泥陶粒建材產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)范污泥陶粒行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

另外與產(chǎn)品標準配套的建材行業(yè)標準《陶粒窯協(xié)同處置污泥技術規(guī)范》生產(chǎn)規(guī)范標準也已經(jīng)完成了初稿的標準，相信隨著兩部國家行業(yè)標準的相繼實施，污泥陶粒行業(yè)將進入有標準可依的新的發(fā)展階段。

2)交通運輸部行業(yè)標準JT/T 770—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(yè)技術監(jiān)督研究中心、輕骨料分會組織。該標準將根據(jù)高強陶粒新的發(fā)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(diào)整相關技術指標。

3)中國混凝土與水泥制品協(xié)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(chǎn)工藝裝備技術新發(fā)展以及結構混凝土對高品質(zhì)骨料要求的基礎上編制，新標準將大幅提升現(xiàn)行輕骨料產(chǎn)品性能要求，制定更科學合理的輕骨料品質(zhì)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(fā)展對輕質(zhì)高強混凝土的需求。

4)中國再生資源回收利用協(xié)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(fā)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(guī)范。

5)修訂的北京市地方標準DB11/T 742—2019《輕集料混凝土填充砌塊技術規(guī)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(diào)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(shù)等基本參數(shù)等。

6)河南省新版《工業(yè)窯爐大氣污染物排放標準》(含陶粒工業(yè))2020年6月1日起開始實施。

7)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會團體標準《建筑裝飾用富鋁再生陶?！?2020—002—T/CNIA)開始制定。