工业和生活废弃物的利用与混凝土的使用安全工业和生活废弃物的利用与混凝土的使用安全

发布：zn-js 浏览：2326次

随着天然砂石自然资源的日渐枯竭，工业废弃物、建筑垃圾和污泥等加工后作为人造粗、细集料用于混凝土，掺入水泥中作混合材，以及作为混凝土的掺合料和矿物外加剂，促进了资源再生利用和节能减排工作。加强废弃物的成分研究，规定其有害物质限量，防止利用不当，造成对环境的二次污染，影响混凝土的耐久性与使用寿命，应是当前研究的重点。要保持我国经济的可持续发展、生存环境的进一步改善和人民的生活不断提高，节能减排将是我国的长期国策。其中，工业与生活废弃物的利用及资源的再生是实现上述国策的重要措施之一。

1.工业和生活废弃物的应用情况

众所周知，水泥混凝土是由水泥、粗骨料（卵石、碎石）、细骨料（砂）、外加剂（可掺或不掺）、掺合料（可掺或不掺）与水等组成的。工业和生活废弃物在水泥生产中利用途径有：（1）作水泥混合材，如粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、火山灰等；（2）作水泥原料，如页岩、污泥、生活垃圾等；（3）作燃料，如煤矸石、废弃的玻璃纤维增强塑料等。

天然砂石自然资源日渐枯竭。因此，充分利用工业废弃物作为混凝土的粗、细骨料有利于节省自然资源、废物利用与资源再生。GB/T 14685《建筑用卵石、碎石》国家标准中，碎石来源增加了“矿山废石”；GB/T 14684《建筑用砂》国家标准机制砂中包括了“矿山尾矿或工业废渣颗粒”。在 GB/T 17431.1- 2010《轻集料及其试验方法第 1 部分：轻集料》中，轻骨料的类别除人造轻集料、天然轻集料外，还包括工业废渣轻集料（由工业副产品或固体废弃物经破碎、筛分而制成的轻集料）、煤渣（煤在锅炉内燃烧后的多孔残渣，经破碎、筛分而成的轻骨料）、自燃煤矸石（采煤、选煤过程中排出的煤矸石，经堆积、自燃、破碎、筛分而成的轻集料）。

建筑垃圾是城乡建设中拆除旧建筑物或建筑施工中产生的工业废弃物，对建筑垃圾进行加工用作为混凝土和砂浆中的粗、细骨料是废物利用、资源再生的一个重要途径。GB/T 25176-2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》和 GB/T 25177-2010《混凝土用再生粗骨料》中规定了“由建（构）筑废物中的混凝土、砂浆、石、砖瓦等加工而成，用于配制混凝土和砂浆的粒径不大于 4.75mm 的颗粒为再生细骨料”、“大于4.75mm为再生粗骨料”。除了在水泥生产过程中掺加工业废渣作混合材外，也可以在混凝土搅拌过程中加入磨细矿渣粉和粉煤灰等作掺合料。

在混凝土中利用工业废弃物的另一个途径就是用磨细矿渣、粉煤灰、磨细天然沸石和硅灰及其复合物生产矿物外加剂，掺入到混凝土拌合物之中，配制高强高性能混凝土。

综上所述，工业和生活废弃物在混凝土中的利用途径有：（1）作水泥混合材、原料或燃料；（2）作混凝土的粗、细骨料，代替天然砂石；（3）作混凝土的矿物外加剂（掺合料）。

2 利用工业和生活废弃物应保证混凝土的使用安全

充分利用工业和生活废弃物生产水泥、粗细骨料等，制备混凝土，化废为宝，资源再生，为人类服务是人们良好与共同的愿望。但并不是所有的工业和生活废弃物都是可利用的，考虑与决定废弃物能否利用的条件有：经济与安全、生产性能与使用性能、生产商的利益与消费者的利益等。而这些条件中，应该把使用安全、使用性能与保护消费者的权利放在首要位置。

工业和生活废弃物既然是人类生产和生活过程中被废弃的物质，其来源、组成、性能等就会十分复杂，甚至是根本无法搞得一清二楚的。混凝土与钢材、木材并称为三大传统的建筑材料。考查混凝土的质量，不仅仅是其早期的物理力学性能，更重要的是其耐久性（碳化、钢筋锈蚀、抗冻性、耐侵蚀性、体积稳定性、碱集料反应等）。混凝土的耐久性会严重影响建（构）筑物的安全与使用寿命，一般建筑物的使用寿命为50~70年，大坝、桥梁、地铁、隧道等使用寿命有的要求达100年。因此，利用工业和生活废弃物生产混凝土，必须遵循以下两条原则：

（1）不能对环境造成二次污染；（2）不能对混凝土的性能尤其是耐久性和使用寿命产生不利影响。为此，要加强基础研究与工程的长期跟踪观察，绝不能满足于在实验室内作的几组试验数据符合标准和规范要求，就匆匆忙忙拿到工程上去推广使用，更不能到大型基础设施上去冒险应用。科学就是实事求是，现代科学是以实验数据（不仅是实验室的数据，而且应该有工程上跟踪观察长期积累的数据）为基础的，这里来不得半点虚假。为保证混凝土的安全使用，对工业和生活废弃物利用于混凝土，笔者提出如下三点建议。

（1）了解、掌握工业和生活废弃物的来源、形成过程、组成成分与有害物质等，如氯化物、碱含量（Na₂O+0.658K₂O）、硫化物与硫酸盐、氧化镁、游离氧化钙、重金属、烧失量等。对存在的有害物质与含量是否会危害混凝土的性能进行试验研究与科学评估，以决定能否用于混凝土的制备。

（2）不能对环境造成二次污染，危害人与生物的生存环境。 20 世纪70、80年代，媒体上不时报道一些民间的传闻，如某地发现一座“鬼屋”，人住二、三年就不明不白地死了。后来调查发现，该住房空气中存在氡气，而且浓度很高，人长期生活在这样的环境中，肺部会引起气肿等疾病，最后导致死亡。住房中的氡气即来自土壤与房屋建筑材料。1988 年，我第一次访问美国材料试验协会（ASTM）时，得悉美国正在研究制定居住建筑中氡气限量与试验方法标准，而我国大约上世纪末才开始关注居住建筑中氡气的限量以及对人体健康与生命安全的影响。冬季施工中，混凝土拌合物掺加防冻剂可改善其性能，但竣工后的建筑中，发现存在氨气，并严重超标，危害居住者的身心健康。氨气来自防冻剂，为此，我国制定了 GB18588-2001 《混凝土外加剂中释放氨的限量》强制性国家标准，以限制防冻剂中氨的释放量，保证居住建筑中空气的质量。针对工业废渣中有些粉煤灰、粒化高炉矿渣与部分花岗石等存在放射性，制定了GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限量》强制性国家标准。

利用粉煤灰、矿渣作水泥混合材、混凝土掺合料与矿物外加剂，利用工业废石破碎作粗集料，用尾矿砂、工业废渣作细集料等，对其中重金属、硫化物等有害物质以及是否存在放射性超标应高度关注。以防止因情况不明、资料不全、滥产滥用，对环境造成二次污染，危害人与生物的生存环境。

（3）工业和生活废弃物用于制备混凝土，不能对混凝土的性能尤其是耐久性造成不利影响。食品安全危及人的健康甚至生命，食品添加剂必须遵守两条原则：一是可以添加也可以不添加的尽量不添加。如面粉中的增白剂，大米中的香精。添加与不添加均可，不影响食用，应该不添加。二是食品添加剂不能危害人体健康。国家食品添加剂有一个官方批准的目录，列入该目录的才是合法的、允许添加的食品添加剂。但添加剂要列入官方目录不是一件易事，要大量的实验数据，包括实验室与多年临床观察的数据，试验样本也很大。同样，对工业和生活废弃物利用于混凝土，我们也应该遵循如下原则：在保证混凝土性能尤其是耐久性和使用寿命的前提下，才能“充分利用”。建国62年来，我国水泥和混凝土科学研究院所的科技工作者与生产企业的广大技术人员密切配合、共同努力，为保证水泥和混凝土的使用安全，进行了长期的研究，付出了艰辛的劳动，制定了水泥中掺加工业废渣作混合材、混凝土用粗、细集料，掺合料，矿物外加剂等有害物质限量的国家标准和行业标准（见表1～表4）。如为了保证水泥和混凝土的体积稳定性（膨胀与收缩），规定了工业废弃物中硫化物（S、SO₃）、f-CaO等的限量；为了防止混凝土中钢筋锈蚀，规定了氯化物的限量；为了保证混凝土的抗冻性，规定了粉煤灰中烧失量的上限；为了防止混凝土中的碱集料反应，规定了碱含量（Na₂O+0.658K₂O）等。

工业和生活废弃物的组成成分与有害物质相当复杂，在有些成分未知的情况下，人们不可能规定有害物质的限量。所以，在有些国家标准和行业标准中作为“一般要求”进行了原则性规定：“本产品的生产与使用，不应对人、生物和环境造成有害影响，有关环保和安全方面的要求，应符合我国相关国家标准和规范方面的规定”。

鉴于上述情况，我们也应该清醒地分析和认识当前工业和生活废弃物利用于混凝土中存在的问题。贯彻节能减排、资源再生的方针是人心所向，充分利用工业和生活废弃物也是众望所归，但要付之实践并取得成效，需要付出艰辛的劳动与不懈的努力，要进行长期的科学研究与工程实践。这不是在科研院所实验室里取几个样品，做几组试验，得出几个强度性能数据，规定几个短期物理力学性能指标就可以转到工厂生产，推广到工程上使用的。例如，冶炼金属后产生的冶金渣，除粒化高炉矿渣、钢渣等早已开发研究利用外，还有大量冶金渣尚未利用途径。用矿山上的废弃物尾矿砂作集料，由于其形成过程各异，类别很多，组成成分十分复杂，需要通过科学手段分析哪些成分对混凝土性能有利，可以利用；哪些成分对混凝土性能有害，不能利用或应加以限制才能使用。要进行“实验室研究-工厂试生产、小型工程试用-实际工程上推广使用”，才能得出科学的评估与准确的结论。

工业和生活废弃物的充分利用是一个世界性难题，许多经济上发达国家，如美国、欧洲等地也未完全解决。我国在利用工业废弃物作水泥混合材，增产水泥，改善水泥性能方面已经取得了卓越的成效；利用工业废弃物生产混凝土粗、细骨料方面也取得了一定的成绩，而利用生活废弃物作水泥原料、燃料等尚在探索阶段。面对工业和生活废弃物利用这一庞大复杂的技术领域，只有克服当前科学研究领域中急功近利的浮躁心理，踏踏实实地潜心研究，才有可能攀登高峰，取得真正的科学成果。