扈士凱，李應(yīng)權(quán)，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(huì)輕骨料及輕骨料混凝土分會(huì)，北京 100024；2.建筑材料工業(yè)技術(shù)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(fù)工復(fù)產(chǎn)的展開，預(yù)計(jì)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(yù)制構(gòu)件的需求依然是推動(dòng)輕骨料行業(yè)發(fā)展的兩大動(dòng)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(huì)常務(wù)委員會(huì)第十七次會(huì)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(lì)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(lì)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(guān)于明確固廢制陶粒項(xiàng)目執(zhí)行固廢再生導(dǎo)則問題的回復(fù)》，明確了由企業(yè)提出的固廢制陶粒中有關(guān)重金屬限量執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(guān)環(huán)保部發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步加強(qiáng)

隨著我國固廢資源化利用的不斷推進(jìn)，新建固廢陶粒產(chǎn)能不斷增加，據(jù)分會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)2019年新建陶粒產(chǎn)能200余萬方，2020年上半年，在疫情等負(fù)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(yù)計(jì)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(jìn)入了實(shí)際工業(yè)化運(yùn)作之中，南京揚(yáng)子環(huán)?？萍加邢薰緮M新建的揚(yáng)子石化危廢減量和無害化綠色利用(生產(chǎn)陶粒)項(xiàng)目已于今年4月份獲得環(huán)評批復(fù)，進(jìn)入前期建設(shè)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(shù)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(cuò)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(xiàng)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(shè)污泥燒制陶粒項(xiàng)目，建成后基本能消納當(dāng)?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(shè)

“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(lǐng)，通過推動(dòng)形成綠色發(fā)展方式和生活方式，持續(xù)推進(jìn)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(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案的通知(國辦發(fā)〔2018〕128號)發(fā)布后，各試點(diǎn)城市相繼發(fā)布了本市的實(shí)施方案。

紹興市抓住“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)契機(jī)，全面啟動(dòng)紹興市污染土壤修復(fù)中心(越路環(huán)保)建設(shè)。該項(xiàng)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(dá)50萬方。重金屬污染土壤采用固化穩(wěn)定化工藝修復(fù)；中輕度有機(jī)污染土壤采用常溫解析或生物通風(fēng)工藝修復(fù)；重度有機(jī)污染土壤采用熱脫附工藝修復(fù)。修復(fù)后合格土壤通過配套設(shè)施，生產(chǎn)各類陶粒和自保溫砌塊等，實(shí)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(jì)劃推進(jìn)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(xiàng)目。

包頭市“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)“四大體系”之技術(shù)體系中共7項(xiàng)。已完成6項(xiàng)中就包括：內(nèi)蒙古正堂環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司關(guān)于工業(yè)固體廢物綜合利用陶粒生產(chǎn)示范技術(shù)。

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(qiáng)化礦山治理的同時(shí)，積極探索綜合利用尾礦砂。他們與中關(guān)村綠色產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國建筑材料研究院等專業(yè)機(jī)構(gòu)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(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)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(shí)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(dá)1 770 t/日，主城區(qū)已實(shí)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(diǎn)

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(jī)構(gòu)深入開展。

張靜等研究了固硫灰來源及其化學(xué)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(qiáng)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(shè)計(jì)了固硫灰陶粒生產(chǎn)自動(dòng)化工藝流程和尾氣脫除SO2前饋-串級控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)固硫灰陶粒工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化和尾氣 SO2精準(zhǔn)脫除[2]。

孫旭東等以山東煙臺(tái)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(jié)果表明，氰化尾渣利用率最高能達(dá)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(yàn)方法》中密度等級為700級的工業(yè)廢渣輕粗集料的技術(shù)要求，可用于制備保溫機(jī)構(gòu)混凝土或者高強(qiáng)混凝土。該研究可為黃金選冶氰化尾渣的建材化應(yīng)用提供一定的參考[3]。

劉賢力等研究將重金屬污染土壤進(jìn)行陶粒資源化處置，生產(chǎn)的陶粒浸出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全符合污染土壤修復(fù)目標(biāo)值，該途徑完全能達(dá)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(zhuǎn)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(fēng)險(xiǎn)，可避免水泥窯協(xié)同處置技術(shù)中，由于水泥粉塵顆粒細(xì)、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?，也可以代替活性炭作為水處理材料的替代品[4]。

1.5 陶粒生產(chǎn)裝備持續(xù)改進(jìn)更新

生產(chǎn)裝備是行業(yè)技術(shù)水平的重要指標(biāo)，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(xì)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(guān)行業(yè)成熟經(jīng)驗(yàn)以及陶粒工業(yè)的自身特點(diǎn)，繼續(xù)改進(jìn)完善。

分會(huì)副理事長單位山東恒遠(yuǎn)利廢開發(fā)的“工業(yè)固廢制備高性能輕骨料成套設(shè)備”成功入選工信部公布的《首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄(2019年版)》，該成套設(shè)備采用高效節(jié)能的瀑落式回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)工藝，回轉(zhuǎn)窯采用三葉內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，選用獨(dú)特的設(shè)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(zhuǎn)窯大大降低。該技術(shù)同時(shí)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(shù)革新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)(技術(shù)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?yīng)用不斷出現(xiàn)

輕骨料較為傳統(tǒng)的應(yīng)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(shè)委員會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：2019年北京市墻材生產(chǎn)累計(jì)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(biāo)磚0.019 t標(biāo)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(yīng)用于裝配式建筑中。據(jù)分會(huì)不完全統(tǒng)計(jì)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(gòu)件也不斷地應(yīng)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(gè)采用EPC工程總承包模式的“裝配式大型框架結(jié)構(gòu)支撐體+高性能防屈曲支撐+模塊化鋼結(jié)構(gòu)體系”項(xiàng)目。該項(xiàng)目部分外墻板將采用陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土，預(yù)制樓梯將全部采用陶粒輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土。

除了砌塊和墻板類較為成熟的應(yīng)用，基于陶?；炷撂匦缘男碌膽?yīng)用不斷涌現(xiàn)。

2.1 新型蓄鹽陶粒混凝土路面

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。為了保證含鹽陶粒混凝土材料具有良好的路用性能，采用分層度試驗(yàn)對含鹽陶粒勻質(zhì)分布的影響因素進(jìn)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，為含鹽陶粒混凝土的工程應(yīng)用提供有效理論支撐。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(qiáng)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(yīng)用性，并試驗(yàn)測試了不同打印路徑對材料力學(xué)行為的影響。認(rèn)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(qiáng)度試驗(yàn)分析，得出當(dāng)陶砂在材料中比例為13．3%～ 22．2%時(shí)，可滿足3D打印對混凝土材料流動(dòng)性的要求，為推動(dòng)3D打印陶砂混凝土提供了試驗(yàn)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(huì)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(jié)構(gòu)，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(yīng)用前景廣泛，通過其在某公路隧道滲漏水病害的治理應(yīng)用來看，輕骨料混凝土能有效封堵二襯結(jié)構(gòu)的孔洞和漏水點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期治理效果[7]。

2.4 透明輕骨料混凝土

郭旭東等通過試驗(yàn)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(shè)置帶孔的擋板，將光纖均勻順直的布設(shè)于整個(gè)試件中；在布設(shè)光纖的模具中澆入輕骨料混凝土拌合物，將養(yǎng)護(hù)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(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)展

1) 由建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心和輕骨料分會(huì)負(fù)責(zé)起草的《污泥陶粒》國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已順利通過中國建材聯(lián)合會(huì)組織的審查，并完成了報(bào)批，即將發(fā)布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)明確了污泥陶粒的定義，細(xì)化了污泥陶粒的分類，彌補(bǔ)了污泥制陶粒標(biāo)準(zhǔn)缺失的空白，增加了可浸出重金屬含量指標(biāo)，保障了污泥陶粒的無害化應(yīng)用，補(bǔ)充完善了標(biāo)準(zhǔn)體系。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將引導(dǎo)我國陶粒企業(yè)進(jìn)行原材料結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，促進(jìn)陶粒企業(yè)消納各種污泥固廢，引導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)配套的建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《陶粒窯協(xié)同處置污泥技術(shù)規(guī)范》生產(chǎn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)完成了初稿的標(biāo)準(zhǔn)，相信隨著兩部國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相繼實(shí)施，污泥陶粒行業(yè)將進(jìn)入有標(biāo)準(zhǔn)可依的新的發(fā)展階段。

2)交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 770—2009《公路工程 高強(qiáng)頁巖陶粒輕骨料》開啟修訂工作，該修訂工作由交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院和建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心、輕骨料分會(huì)組織。該標(biāo)準(zhǔn)將根據(jù)高強(qiáng)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(guān)技術(shù)指標(biāo)。

3)中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)混凝土用高強(qiáng)輕骨料》開始制定，該標(biāo)準(zhǔn)將在高強(qiáng)輕骨料材料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝裝備技術(shù)新發(fā)展以及結(jié)構(gòu)混凝土對高品質(zhì)骨料要求的基礎(chǔ)上編制，新標(biāo)準(zhǔn)將大幅提升現(xiàn)行輕骨料產(chǎn)品性能要求，制定更科學(xué)合理的輕骨料品質(zhì)測定評價(jià)方法，從而促進(jìn)中高強(qiáng)度等級輕骨料混凝土在結(jié)構(gòu)工程中的推廣應(yīng)用，滿足高層及超高層結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等工程發(fā)展對輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土的需求。

4)中國再生資源回收利用協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《表面處理污泥、生活垃圾焚燒飛灰燒結(jié)制備衍生輕集料》發(fā)布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)主要對電鍍污泥、飛灰危廢制備陶粒輕集料進(jìn)行了規(guī)范。

5)修訂的北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/T 742—2019《輕集料混凝土填充砌塊技術(shù)規(guī)程》2020年4月正式實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。調(diào)整了砌體的計(jì)算指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)》(含陶粒工業(yè))2020年6月1日起開始實(shí)施。

7)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《建筑裝飾用富鋁再生陶?！?2020—002—T/CNIA)開始制定。