建筑產(chǎn)業(yè)化背景下的建材產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化途徑探析——以垃圾焚燒發(fā)電固體副產(chǎn)物在建材產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用為例

高倩

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400072）

建筑產(chǎn)業(yè)化背景下的建材產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化途徑探析——以垃圾焚燒發(fā)電固體副產(chǎn)物在建材產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用為例

高倩

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400072）

國(guó)家在“十二五”期間，已經(jīng)將“推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化”列為十大重要任務(wù)之一，建筑產(chǎn)業(yè)化是建筑行業(yè)的一大趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化的大發(fā)展，需開拓新的思路，對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理并合理優(yōu)化，其中建材產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化創(chuàng)新尤為重要。其中一條道路是，利用垃圾焚燒發(fā)電生成的固體副產(chǎn)物生產(chǎn)建材，進(jìn)行資源綜合利用，為建筑產(chǎn)業(yè)化提供新思路。該過程的固體副產(chǎn)物主要為垃圾焚燒爐渣和垃圾焚燒飛灰，可在水泥生產(chǎn)、混凝土骨料制作、制磚和路基材料上得以應(yīng)用，該文將簡(jiǎn)單介紹。

建筑產(chǎn)業(yè)化；資源綜合利用；建材；垃圾焚燒發(fā)電

1　關(guān)于建筑產(chǎn)業(yè)化和建材產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化創(chuàng)新的思考

建筑產(chǎn)業(yè)化是建筑工業(yè)化和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的有機(jī)結(jié)合，指整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈（包括建材的產(chǎn)業(yè)鏈）的產(chǎn)業(yè)化。所謂產(chǎn)業(yè)化，通俗地講，就是以工業(yè)制造的思路，結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)的原則，將建筑形成的過程進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。建筑過程中從設(shè)計(jì)到選材，到構(gòu)建安裝的整個(gè)過程都可以實(shí)行建筑產(chǎn)業(yè)化的思路，具體地講可以是前后端的建筑產(chǎn)品的開發(fā)、建筑材料的運(yùn)用、建筑能源的合理運(yùn)用、建筑產(chǎn)品的銷售延伸等等，是整個(gè)建筑行業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈條內(nèi)資源的更優(yōu)化配置。如果說建筑工業(yè)化更著重技術(shù)的先進(jìn)性和過程的標(biāo)準(zhǔn)化，建筑產(chǎn)業(yè)化則增加了與經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)的結(jié)合［1］。

建筑產(chǎn)業(yè)化應(yīng)當(dāng)不僅僅著眼于標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、工業(yè)化的生產(chǎn)、裝配式的施工等建筑技術(shù)手段，還應(yīng)當(dāng)對(duì)建材的制作和運(yùn)用進(jìn)行深入思考，因?yàn)榻ú氖墙ㄖ母荆浣?jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的提高直接決定了建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展程度。

我國(guó)提倡資源綜合利用，即將以往被認(rèn)為無價(jià)值的物品加以綜合的利用，實(shí)現(xiàn)資源二次利用的價(jià)值。垃圾焚燒發(fā)電中產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物在建筑行業(yè)中具有被利用的價(jià)值，可充當(dāng)材料資源，節(jié)約建材生產(chǎn)制作成本，從產(chǎn)業(yè)鏈上促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，下面作簡(jiǎn)單介紹和探究。

2　垃圾焚燒發(fā)電及其固體副產(chǎn)物

在目前我國(guó)的環(huán)保形勢(shì)和社會(huì)進(jìn)步程度下，生活垃圾直接填埋的方法已逐漸趨于淘汰，垃圾焚燒發(fā)電被認(rèn)為是目前垃圾處理的最可行方式之一，該方法科技含量高，垃圾減量化明顯，資源占用小，因而得到政府和社會(huì)各界的大力推廣［2］。

垃圾焚燒發(fā)電會(huì)產(chǎn)生固體副產(chǎn)物，其總流程大致如下：

（1）由當(dāng)?shù)卣ōh(huán)衛(wèi)處）負(fù)責(zé)的垃圾收運(yùn)體系通過村-鎮(zhèn)-市三級(jí)收運(yùn)，將每天產(chǎn)生的生活垃圾運(yùn)往垃圾焚燒發(fā)電廠。

（2）垃圾運(yùn)輸?shù)嚼l(fā)電廠后，先在垃圾給料系統(tǒng)完成貯存工序，其作用：一是調(diào)節(jié)垃圾數(shù)量；二是對(duì)垃圾進(jìn)行混勻和脫水處理，調(diào)節(jié)垃圾理化性質(zhì)；三是對(duì)垃圾起發(fā)酵作用，以提高進(jìn)爐垃圾的熱值和焚燒效果。

（3）垃圾進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒，歷經(jīng)干燥、燃燒和燃燼三個(gè)階段。其中大部分有機(jī)物在高溫下完全燃燒，生成煙氣，釋放熱量；少部分有機(jī)物和大部分無機(jī)物經(jīng)燃燒后生成垃圾焚燒爐渣，該副產(chǎn)物作為原材料可制成各種建材。

（4）垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣通過除塵后可過濾生成垃圾飛灰，該副產(chǎn)物也可制成各種建材［3］。

綜上，通過垃圾焚燒過程所產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物主要有兩個(gè)：垃圾焚燒爐渣和垃圾飛灰。

根據(jù)被焚燒垃圾的組分，爐渣的組成成分會(huì)有一定波動(dòng)，而其主要成分為熔渣、有色金屬、黑色金屬、玻璃、陶瓷碎片、未燃燒的有機(jī)物和其它不燃物質(zhì)。和其它固廢同樣的道理，爐渣能否被用于制作建材，主要應(yīng)考慮其熔融塊和灰分的重金屬浸出毒性有多大。大量實(shí)驗(yàn)證明，垃圾焚燒所產(chǎn)生的爐渣的重金屬浸出濃度非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于固體廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)，可認(rèn)為基本上沒有什么毒性，重金屬多數(shù)被穩(wěn)定在固體內(nèi)部。由于爐渣具有重金屬浸出濃度小的特點(diǎn)，可按照一般固體廢棄物處理并制成建材。根據(jù)爐渣的各種特性，比較符合用作骨料和礫石的制作工藝要求。

垃圾飛灰較爐渣相比更具有活性，其主要成分為氧化鈣和二氧化硅，也伴有三氧化二鋁和三氧化二鐵等，這些活性物質(zhì)含量占46%以上，活性強(qiáng)的物質(zhì)在常溫下易生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物。而且飛灰顆粒較細(xì)，比表面積大，這種物理特性使得其水化反應(yīng)生成膠凝相更加容易。飛灰（主要礦物相屬于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3體系），同一些礦物摻合料如礦渣、粉煤灰等膠凝材料的礦物相成分較為相似，可將其作為摻合料代替部分水泥摻入混凝土中，在性能達(dá)標(biāo)的同時(shí)可起到節(jié)約水泥和環(huán)保的作用。飛灰本含有高重金屬浸出毒性和大量二噁英，屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，需經(jīng)環(huán)保解毒后方可投入建材制作當(dāng)中。但現(xiàn)已有成熟環(huán)保科技可將飛灰中的重金屬以絡(luò)合物的形勢(shì)固態(tài)化，大大降低浸出毒性；針對(duì)二噁英將其鏈上的氯離子剝離并固化后生成無害有機(jī)物，去除其毒性。所以飛灰也可以用于制作建材，且飛灰環(huán)保處理的成本不高，其本身是無成本的，故其作建材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，有利于建筑產(chǎn)業(yè)化［4］。

3　垃圾焚燒發(fā)電固體副產(chǎn)物在建材產(chǎn)業(yè)鏈中的創(chuàng)新應(yīng)用

上面提到垃圾焚燒的兩種固體副產(chǎn)物（爐渣和飛灰）可在建材制作上得以運(yùn)用，下面具體介紹其主要的應(yīng)用點(diǎn)。

3.1水泥生產(chǎn)

傳統(tǒng)的水泥制備是由石灰石CaCO3、黏土和其他材料混合后經(jīng)高溫煅燒后而完成的，煅燒屬吸熱反應(yīng)，成分的分解過程需消耗大量的能量，并釋放出大量溫室氣體CO2污染環(huán)境。而垃圾飛灰本身即含有生石灰（CaO），以及一些活性組分，如氧化鋁A l2O3、二氧化硅SiO2，根據(jù)上文介紹具備一定膠凝性，所以用飛灰代替石灰石生成水泥，既能節(jié)省因煅燒石灰石所需能量，又能實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面實(shí)現(xiàn)雙贏。另根據(jù)有關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，添加了垃圾飛灰的水泥生料，其易燒性大大提高，有效降低了煅燒成本，真正實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。此外，水泥水化后垃圾飛灰中少量殘留的重金屬也能被有效地固化，浸出毒性得到進(jìn)一步降低?？梢姡瑢w灰代替石灰石進(jìn)行水泥生產(chǎn)是可行的［5］。

3.2混凝土骨料

相對(duì)于飛灰，爐渣由于不具有膠凝性，故不適宜水泥工業(yè)。然而，爐渣的物理化學(xué)性能與混凝土所需天然骨料相似，且本身其重金屬浸出濃度遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此可以直接用于建筑材料中替代骨料制備所需的原材料。爐渣的物理組成、級(jí)配、堅(jiān)固性等均符合瀝青混凝土和水泥混凝土替代骨料的要求。另外有研究發(fā)現(xiàn)，垃圾焚燒爐渣中含有一定量的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，具備一定的火山灰活性，故將爐渣用作水泥混凝土骨料對(duì)強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用。生活垃圾焚燒發(fā)電廠爐渣可以替代普通礦石作為混凝土粗骨料配置混凝土，但采用垃圾爐渣作為全部或部分混凝土粗骨料，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于天然粗骨料，因此焚燒垃圾爐渣比較適合配制強(qiáng)度不高的混凝土，而且從經(jīng)濟(jì)角度來講，只有大摻量垃圾爐渣骨料才有意義，因此焚燒垃圾爐渣更適合配置C20和C25的混凝土，尤其適用于對(duì)抗壓強(qiáng)度要求不高的道路工程領(lǐng)域，如道路墊層等。

焚燒垃圾的飛灰相較于爐渣，飛灰具有膠凝性可以替代部分水泥用于混凝土制品。但飛灰由于含有大量重金屬，屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，傳統(tǒng)的做法是將其進(jìn)行水泥固化并掩埋。而研究表明，單摻10%飛灰替代水泥的混凝土抗壓強(qiáng)度、耐久性符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而且飛灰混凝土重金屬浸出試驗(yàn)結(jié)果表明，除Cr元素外，其余重金屬元素都被很好地固化在混凝土中，浸出量幾乎均為零，固化率接近100%，飛灰混凝土中Cr在116周總浸出量是0.0007mg/m l（濃度限值為0.01mg/m l），未超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境無影響，符合廢棄物制備混凝土的安全性要求。

3.3利用焚燒爐渣制作磚

爐渣是垃圾焚燒的主要廢棄物，爐渣的主要礦物為石英、鈣長(zhǎng)石、斜方石，組成類似粉煤灰，但由于爐渣礦相的結(jié)晶程度比較高，故生活焚燒垃圾的爐渣不具有火山活性，屬于具有潛在活性的廢渣，實(shí)際應(yīng)用在制磚中需要添加其它激發(fā)材料。

3.4道路底基層材料

焚燒垃圾灰渣用作停車場(chǎng)、道路等的建筑填料，成為歐洲目前焚燒垃圾灰渣資源化利用的主要途徑之一，在美國(guó)、法國(guó)、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家也有一些示范工程應(yīng)用。研究表明，選擇粒徑＜19mm并經(jīng)過磁選除去金屬雜質(zhì)的焚燒垃圾灰渣，同一定比例的碎石、水泥制成混合料，可滿足高等級(jí)道路（包括高速路和一級(jí)公路）路基基層和底基層的強(qiáng)度要求，同時(shí)，水泥穩(wěn)定灰渣混合料較常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石混合料成本降低30.2%，總體體現(xiàn)了基層整體性好、早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快、水穩(wěn)定性強(qiáng)和適宜機(jī)械化施工的優(yōu)點(diǎn)［6］。

4　結(jié)論

綜上，將環(huán)保產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物進(jìn)行綜合利用，嫁接到建筑行業(yè)里實(shí)施產(chǎn)業(yè)整合，可實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化，從而推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。本文介紹的僅是垃圾焚燒發(fā)電過程中的兩種固體副產(chǎn)物在建材產(chǎn)業(yè)鏈中優(yōu)化創(chuàng)新的使用，在其它行業(yè)中也具有廣泛的實(shí)例，這就需要對(duì)其進(jìn)行深入挖掘，結(jié)合建筑產(chǎn)業(yè)化每個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化革新。

［1］喬龍德.靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)把建材行業(yè)推向新的發(fā)展時(shí)期［J］.中國(guó)建材，2016（1）：21-22.

［2］郭文剛.關(guān)于垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀分析和發(fā)展建議［J］.民營(yíng)科技，2016（1）：257.

［3］張劍.垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀研究與發(fā)展［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2016（10）：202-203.

［4］陶景忠.城市生活垃圾焚燒飛灰資源化利用研究［J］.污染防治技術(shù)，2015（6）：25-27.

［5］靳美娟.城市生活垃圾焚燒飛灰水泥固化技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016（6）：3236-3239.

［6］吳世杰，張海霞，趙嘉歡.城市生活垃圾焚燒底灰的特性及資源化利用途徑分析［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2015（23）：11-13.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

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本刊編輯部

Discussion on Optim izationWay of Building M aterials Industry under Construction Industrialization Background

“Architectural industrialization”is setasoneof themostimportantmissionsin the12th five-year-plan，and it isalso a trend of the construction industry.To achievegreatdevelopmentof architectural industrialization，it is necessary to develop creative solutions and optim ize all sections of the construction industry，especially the buildingmaterial industry chain.One of theways is to produce the buildingmaterialw ith solid wastesgenerated in the processofgarbage incineration powergeneration.It is also theway of comprehensively utilizing resources，providing anew idea for architectural industrialization.Themain solid productsare slag and fly ash，which can be used in cementproduction，concreteaggregate，brick production and roadbedmaterialand are introduced briefly in thepaper.

architectural industrialization；comprehensiveutilization of resources；buildingmaterial；powergenerationw ith garbage incineration

TU5

A

1671-9107（2016）08-0027-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.08.027

2016-07-06

高倩（1983-），女，陜西寶雞人，研究生，講師，主要研究方向?yàn)榻?jīng)濟(jì)工程和工程管理。