俞心刚:用煤矸石为主要原材料制备泡沫混凝土的优越性

　　一、研究背景

　　1、煤矸石来源、堆存量、危害及综合利用现状

　　2、泡沫混凝土研究现状及存在问题

　　3、重庆大学煤矸石综合利用研究基础

　　1、煤矸石来源、堆存量、危害及综合利用现状

　　■ 煤矸石来源

　　●煤炭开采和洗选加工过程中被分离出来固体废弃物

　　■ 煤矸石排放量

　　●约占我国工业废渣年排放量的1/4

　　■自燃煤矸石

　　●其中有约有30％的煤矸石已经自燃

　　■煤矸石堆存量

　　●历年来我国煤矸石堆存已超过40亿吨

　　■ 煤矸石年排放量

　　● 2003年排放量约1.5亿吨

　　■ 煤矸石的危害

　　● 占用了大量耕地

　　● 污染环境和水资源

　　● 自燃，并放出有害的气体（如SO2等）

　　● 引发肺气肿病，癌症

　　● 事故或安全隐患

　　■ 煤矸石在建材中的应用

　　● 煤矸石砖

　　● 轻质骨料

　　● 水泥

　　2、泡沫混凝土研究现状及存在问题

　　■研究现状

　　● 体系

　　除煤矸石体系外，目前泡沫混凝土主要研究体系

　　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-矿渣-石灰

　　水泥-矿渣-石灰

　　■存在问题

　　● 强度低

　　● 成本高

　　● 密度大（一般＞600Kg/m3）

　　水泥泡沫混凝土：成本高，难于制备轻质高强制品

　　水泥-粉煤灰：      难于制备轻质高强制品

　　水泥-砂：               密度大 ，强度低

　　水泥-粉煤灰-砂       密度大，强度低

　　水泥-粉煤灰-石灰-石膏    难于B04级（ 400Kg/m3）制品

　　水泥-粉煤灰-矿渣-石灰    难于B04级（ 400Kg/m3）制品

　　水泥-矿渣-石灰       难于B04级（ 400Kg/m3）制品

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　　3、重庆大学煤矸石综合利用研究基础

　　■ 胶凝材料方面

　　● 以自燃煤矸石为主要原料制备出强度高达60.8MPa的胶结材

　　● 用煤矸石低成本制备出高性能干混砂浆

　　● 用煤矸石低成本制备出高性能商品湿混砂浆

　　注：砂浆中煤矸石替代水泥量可达60%~70%,强度有所提高。

　　■ 墙体材料方面

　　● 用煤矸石制备出煤矸石实心砖

　　● 用煤矸石制备出煤矸石节能砖

　　■ 防水材料方面

　　● 用煤矸石制备出混凝土膨胀剂

　　二、煤矸石为主要原材料制备泡沫混凝土的优越性

　　1、大大降低泡沫混凝土成本

　　■ 与纯水泥泡沫混凝土比较

　　● 煤矸石活化处理后作为主要原料来制备泡沫混凝土，可以替代40%~70%的水泥。

　　● 成本只有纯水泥泡沫混凝土的1/2~3/4。

　　■ 与水泥-砂、水泥-粉煤灰-石灰等泡沫混凝土比较

　　● 强度高、密度低、单位体积用料少，成本低。

　　2、有效的防止低密度泡沫混凝土塌陷

　　■制备密度等级为B04级超轻质泡沫混凝土时

　　●纯水泥、水泥-砂、水泥-粉煤灰-砂、水泥-粉煤灰-石灰-石膏等体系泡沫混凝土严重塌陷。

　　●煤矸石大量替代水泥体系泡沫混凝土不易塌陷 。

　　（煤矸石替代水泥量30-70%）

　　3、利于制备轻质高强泡沫混凝土

　　用煤矸石为主要原料制备的轻质高强泡沫混凝土

　　● 密度等级：B04级的泡沫混凝土

　　● 抗压强度：2.1MPa

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　　4、节约水泥及矿产资源、减少煤矸石固体废弃物和CO2排放量、节约土地

　　■用活化煤矸石为主要原料制备出的B04级泡沫混凝土

　　●水泥用量仅仅为水泥泡沫混凝土的25~45%

　　● 其抗压强度可达到用水泥制备的B05级泡沫混凝土的强度

　　●每立方米泡沫混凝土可节约水泥50%~75%，约175~262公斤水泥

　　●每立方米泡沫混凝土节约石灰石资源约141~212公斤

　　■如果发展到泡沫混凝土占墙体材料10%的份额，即约12878.7万立方米, 将

　　●节约水泥1815.9~2730.3万吨

　　●节约石灰石资源约2179.1~3276.4万吨

　　●减小煤矸石固体废弃物排放量约2017.7~3900.4万吨

　　●减小CO2排放量约1815.9~2730.3万吨

　　●节约煤矸石占用土地约907.9~1755.2亩

　　5、减轻建筑墙体重量，提高抗震性能和安全性

　　■用活化煤矸石为主要原料制备出的B04级泡沫混凝土来替代密度为1600 Kg/m3的红砖、烧结煤矸石砖

　　●墙体的重量将减轻约75%

　　■用来替代密度为1100 Kg/m3烧结空心砖、烧结煤矸石多孔砖

　　●墙体重量减轻约64%

　　■用来替代目前常用的密度为650Kg/m3的加气混凝土

　　●墙体重量减轻约38%

　　6、降低工人劳动强度，提高施工速度，大大提前竣工时间

　　■与红砖、页岩砖、水泥砖比较

　　●单位体积重量轻，尺寸大，施工时可以大大降低工人的劳动强度，提高施工速度。

　　单一保温墙体体系，即墙体自保温体系，工序少，施工简单省工节时，大大提高施工速度和提前竣工时间

　　■与加气混凝土砖比较

　　●泡沫混凝土中气孔主要是以闭孔形式出现，吸水率小，吸水慢，抹灰方式与红砖一样，也减少施工工序，提高施工速度和提前竣工时间。

　　7、是比粉煤灰、砂更优越的制备泡沫混凝土的原材料

　　■与粉煤灰比较

　　●替代水泥量不如煤矸石大

　　●强度不如用煤矸石为主要原材料制备出的泡沫混凝土强度高

　　●密度不如用煤矸石为主要原材料制备出的泡沫混凝土低

　　●而成本也稍高或差不多

　　●目前达到国家等级粉煤灰标准要求的粉煤灰来源受到限制

　　（等级粉煤灰在混凝土中的应用效果很好，应用技术也很成熟，在很多地区如重庆等，甚至出现供不应求的状态。）

　　■与砂相比

　　●替代量也不如煤矸石高

　　●很难制备出密度低于B06级的轻质泡沫混凝土

　　●强度不高

　　●成本也高于用煤矸石替代水泥制备出的泡沫混凝土

　　8、量大面广，易于就地取材

　　我国历年来积存煤矸石约40亿吨，每年仍然继续排放几千万吨，主要分布在山西省、东三省、内蒙、山东、陕西、安徽、宁夏、云南、江西、河南、河北、四川、甘肃等产煤区域，分布面广，符合建筑材料用原材料用量大、适合就地取材的特点。

　　9、高效利用煤矸石

　　虽然煤矸石是一种固体废弃物，但是它也是一种自然资源，而且是一种不可再生的自然资源。

　　将煤矸石作为一种建筑材料的原材料，同样应该得到高效的利用。

　　如果用2吨煤矸石可以制备1 m3密度为1600Kg/m3的煤矸石砖

　　同样的煤矸石就可以制备约1m3密度为400Kg/m3的煤矸石泡沫混凝土3m3密度为500Kg/m3的煤矸石泡沫混凝土，并且其导热系数远远低于煤矸石砖的导热系数，保温隔热性能也远远优于煤矸石砖，起到高效利用煤矸石的作用。

　　三、结语

　　1、用活化煤矸石为主要原材料来制备泡沫混凝土，具有量大面广，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，利于制备轻质高强泡沫混凝土，节能减排等优越性，是比粉煤灰、砂更有优势的替代水泥的原料之一，适合用来大量替代水泥制备轻质高强泡沫混凝土。

　　2、虽然煤矸石是一种固体废弃物，但是它也是一种自然资源，而且是一种不可再生的自然资源，我们同样需要考虑节约使用。用活化煤矸石为主要原材料来制备泡沫混凝土，比用煤矸石来制备煤矸石砖更节约煤矸石资源，制备出的产品更适应目前节能建筑的需要，值得大力推广。

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