1、6.1 水泥、混凝土及其制品的綠色化,6.1.1 水泥的生產(chǎn) 6.1.2 混凝土的生產(chǎn) 6.1.3 水泥、混凝土及其制品的綠色化,6.1.1 水泥的生產(chǎn),水泥是能與水發(fā)生物理化學作用，使其由可塑性漿體硬化成堅硬的人造石材的一種粉末狀水硬性膠凝材料。 水泥主要化學組成： CaO、 SiO2、Al2O3、Fe2O3,通用硅酸鹽水泥的定義、類型和代號,定義:以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。,通用硅酸鹽水泥的定義、類型和代號,a本組分材料為符合要求的活性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%的非活性混合材料或不超過水泥質(zhì)量5%的窯灰代替。 b本組分材料為符合要求的活

2、性混合材料，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%其它活性混合材料或非活性混合材料或窯灰中的任一種材料代替。 c本組分材料為的活性火山灰混合材料。 d本組分材料為符合要求的粉煤灰活性混合材料。 e本組分材料為由兩種（含）以上符合本標準的活性混合材料或/和符合標準的非活性混合材料組成，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%且符合標準的窯灰代替。摻礦渣時混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復。,六大通用水泥：, 硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 火山灰硅酸鹽水泥 復合硅酸鹽水泥。,6.1.1 水泥的生產(chǎn),水泥熟料的礦物組成： 硅酸三鈣C3S：3CaOSiO2，含量約50%左右 ； 硅酸二鈣C

3、2S：2CaOSiO2，含量約20%左右； 鋁酸三鈣C3A：3CaOAl2O3，含量7%15%； 鐵鋁酸四鈣C4AF：4CaOAl2O3Fe2O3，含量10%18%。 其它礦物組成硅酸鹽水泥熟料中還含有少量的游離氧化鈣f-CaO和游離氧化鎂f-MgO及少量的堿(氧化鈉Na2O和氧化鉀K2O)。它們可能對水泥的質(zhì)量及應用帶來不利影響。,1、水泥的生產(chǎn)原料,石灰質(zhì)原料：以CaCO3為主要成分，石灰石、泥灰?guī)r、貝殼等。1噸水泥熟料需1.21.4噸石灰質(zhì)原料。 粘土質(zhì)原料：主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3。1噸水泥熟料需0.20.4噸粘土質(zhì)原料。 校正原料：鐵質(zhì)；硅質(zhì)；鋁質(zhì)。,6.1.1 水泥

4、的生產(chǎn),2、燃料：固體燃料： 回轉(zhuǎn)窯：一般用煙煤，制成煤粉； 立窯：無煙煤。,水泥生產(chǎn)工藝流程示意圖 “兩磨一燒”,3、水泥的生產(chǎn)工藝流程, 原料破碎； 原料粉磨生料； 燃料制備煤粉； 熟料燒成； 水泥制成； 水泥的儲存與包裝。,特性水泥,1、白色硅酸鹽水泥和彩色硅酸鹽水泥： 2、鋁酸鹽水泥：快硬、高強、耐腐蝕、耐熱。 3、硫鋁酸鹽水泥： 4、膨脹水泥及自應力水泥 5、砌筑水泥：強度較低。 6、道路水泥：干縮小、耐磨性好、抗折強度高、抗沖擊性好、抗凍性和抗硫酸鹽侵蝕性較好。 7、快硬硅酸鹽水泥：早期強度高。 8、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥：,水泥生料,水泥熟料,世界規(guī)模最大水泥熟料生產(chǎn)線開工建設,20

5、09年2月27日，在安徽省繁昌縣由安徽海螺集團公司投資興建的兩條日產(chǎn)12000噸特大型水泥熟料生產(chǎn)線及配套的36兆瓦余熱發(fā)電項目正式開工建設。 該項目總投資約30億元，是目前世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進的水泥熟料生產(chǎn)線。,水泥立窯,水泥回轉(zhuǎn)窯,中央控制室,散裝水泥罐裝車,袋裝水泥,水泥廠,水泥回轉(zhuǎn)窯,水泥廠,年產(chǎn)100萬噸新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)線,葛洲壩水泥廠,先進的新型干法水泥生產(chǎn)線,水泥廠,水泥廠,水泥廠,水泥窯窯尾,華新水泥廠,華新水泥廠物料輸送,華新水泥廠原料預均化堆場,華新水泥廠,海螺水泥廠,海螺水泥廠原料預均化堆場,華新水泥廠水泥庫,原料預均化堆場,海螺水泥廠,海螺水泥廠,海螺水泥

6、廠,小水泥廠對當?shù)丨h(huán)境造成嚴重污染,6.1.2 混凝土的生產(chǎn)：砼,普通混凝土的組成： 水泥： 細骨料：砂 粗骨料：石子 水 摻合料 外加劑。 水泥石25左右；砂和石子70以上；孔隙和自由水15%。,5.2.1 普通混凝土中各組成材料的作用,混凝土外加劑,混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入、用以改善混凝土性能的物質(zhì)。摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5。 改善混凝土拌合物流變性能：包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑。 調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能：包括緩凝劑、早強劑和速凝劑。 改善混凝土耐久性：包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。 改善混凝土其他性能：如加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑。 建筑工程上常用的外

7、加劑有：減水劑、早強劑、緩凝劑、引氣劑和復合型外加劑等。,混凝土摻和料,混凝土摻和料是指在混凝土拌和物中摻入的數(shù)量超過水泥質(zhì)量5礦物粉料。 作用： 1、可以節(jié)約水泥用量； 2、能改善混凝土的某些性能； 3、可充分利用工業(yè)廢料，具有節(jié)約能源、保護資源和減小環(huán)境污染等。,混凝土常用摻和料,1)粉煤灰：粉煤灰為電廠鍋爐燃燒后從煙道排出時收集所得的灰分。 2)硅粉：硅鐵合金生產(chǎn)過程中排出的煙氣，遇冷凝聚形成的粉末。 3)高爐礦渣：高爐煉鐵時浮于熔融鐵水表面的渣，倒入水池或噴水迅速冷卻，磨后作為摻和料使用。 4)天然火山灰、硅藻土和沸石。 5)粘土與頁巖：粘土或頁巖礦物經(jīng)熱處理所得。 6)稻殼灰：稻殼經(jīng)

8、控制燃燒剩余的灰燼。,6.1.3 水泥、混凝土及其制品的綠色化,一、水泥生產(chǎn)的“環(huán)境負荷” 1、燃料的消耗量： 國內(nèi)：4720kJ/Kg熟料； 國外：3344kJ/Kg熟料；約高41%。 2、電力消耗量：水泥綜合電耗 國內(nèi)：115120KW.h/t； 國外：9095KW.h/t；約高2030%。 3、石灰石耗量：1.3噸石灰石/噸熟料； 0.950.98噸石灰石/噸水泥。,一、水泥生產(chǎn)的“環(huán)境負荷”,4、二氧化碳排放量 水泥生料生成：CO2約0.346Kg/kg生料； 燃料燃燒生成：CO2約2.42Kg/kg煤。 降低煤耗、增加工業(yè)廢渣摻量、推廣低鈣硅酸鹽水泥等均可降低CO2排量。 5、二氧化

9、硫排放量 來自原料、燃料中的硫化物。煙氣脫硫技術(shù)。 6、氮氧化物（NOX）排放量 高溫燃燒產(chǎn)生。低溫燃燒、還原氣氛燃燒。,氮氧化物（NOX）危害,健康危害：不穩(wěn)定，在空氣中很快轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸a(chǎn)生刺激作用。氮氧化物主要損害呼吸道。吸入初期僅有輕微的眼及呼吸道刺激癥狀，如咽部不適、干咳等。常經(jīng)數(shù)小時至十幾小時或更長時間潛伏期后發(fā)生遲發(fā)性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合征，出現(xiàn)胸悶、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫紺等?？刹l(fā)氣胸及縱隔氣腫。肺水腫消退后兩周左右可出現(xiàn)遲發(fā)性阻塞性細支氣管炎。一氧化氮濃度高可致高鐵血紅蛋白血癥。 慢性影響：主要表現(xiàn)為神經(jīng)衰弱綜合征及慢性呼吸道炎癥。個別病例出現(xiàn)肺纖維化。可引起牙齒

10、酸蝕癥。 環(huán)境危害:對環(huán)境有危害,對水體,土壤和大氣可造成污染。 燃爆危險： 本品助燃，有毒，具刺激性。,一、水泥生產(chǎn)的“環(huán)境負荷”,7、煙塵、粉塵排放量： 采用高效收塵設備 8、工業(yè)固體廢棄物排放量：較少 9、工業(yè)危險物排放量：無。 10、工業(yè)廢水排放量：較少。,二、水泥工業(yè)綠色化的實現(xiàn)手段,1、存在問題 企業(yè)平均規(guī)模小，結(jié)構(gòu)不合理； 窯型比例失調(diào)； 生產(chǎn)能耗高； 石灰石資源形勢嚴重； 環(huán)境污染嚴重； 當前國際水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢是以節(jié)能、降耗、環(huán)保、改善水泥質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率為中心，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效率集約化生產(chǎn)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。,二、水泥工業(yè)綠色化的實現(xiàn)手段,1、高性能水泥的研究與開

11、發(fā) 2、采用先進的水泥生產(chǎn)工藝 窯外分解窯；煙氣脫硝、脫硫裝置；窯灰脫堿；CO2回收技術(shù)等。 3、利用工業(yè)廢渣制備水泥,二、水泥工業(yè)綠色化的實現(xiàn)手段,4、采用固體廢棄物生產(chǎn)生態(tài)水泥 從狹義上講，生態(tài)水泥( Ecological Cement)是指利用城市垃圾焚燒灰和下水道污泥等作為主要原料,經(jīng)過燒成粉磨形成的的水硬性膠凝材料。 從廣義上講,生態(tài)水泥不是單獨的水泥品種,而是對水泥“健康、環(huán)保、安全”屬性的評價,包括對原料采集、生產(chǎn)過程、施工過程、使用過程和廢棄物處置五大環(huán)節(jié)的分項評價和綜合評價。 生態(tài)水泥的基本功能除作為建筑材料的實用性外,還在于維護人體健康、保護環(huán)境。 可燃廢棄物：廢機油、廢溶

12、劑、廢輪胎、動物肉脂粉、稻殼、石油焦、廢紙、廢塑料、廢棉織品、可燃生活垃圾等等。,三、混凝土生產(chǎn)綠色化途徑,1、降低水泥用量，開發(fā)新的水泥品種 多摻磨細的活性摻和料。 2、大量利用工業(yè)廢渣，減少自然資源和能源消耗 3、使用人造骨料、海砂、再生骨料等，保護天然資源 人造骨料：利用工業(yè)廢渣、城市垃圾、下水道污泥等為原料制得。 再生骨料：利用廢混凝土經(jīng)過清洗、粉碎分級并按一定比例配合制得。,三、混凝土生產(chǎn)綠色化途徑,4、使用綠色混凝土外加劑，防止室內(nèi)環(huán)境污染，保護人體健康。 5、注重混凝土的工作性，節(jié)省人力，減少振搗，降低環(huán)境噪音。 6、提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用壽命，減少因修補或拆除造成的浪費。 7

13、、推廣預拌混凝土技術(shù)，減少環(huán)境污染（商品混凝土）,三、混凝土生產(chǎn)綠色化途徑,8、廢混凝土的再生循環(huán)，保護生態(tài)環(huán)境 再生骨料與天然骨料相比：孔隙率高、吸水性大和強度低等特性。 9、大力推廣高性能混凝土： 高性能：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。 特點：低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，摻加足夠的礦物摻和料，高效外加劑。,混凝土常見破壞的原因：, 凍融循環(huán)作用； 鋼筋銹蝕作用； 酸鹽化作用； 淡水溶蝕作用； 鹽類侵蝕作用； 堿集料反應； 酸堿腐蝕作用； 沖擊、磨損等機械作用。,四、水泥、混凝土及其制品的綠色度評價,1、質(zhì)量問題。達到國家標準要求。 2、經(jīng)濟指標,應評定各項原料、半成品及產(chǎn)

14、品產(chǎn)值?；炷林袕U渣總摻加量的百分數(shù)直接作為評價得分。 3、資源消耗問題。水泥生產(chǎn)中原生礦物的替代百分率直接作為評價得分。 4、能源消耗水平。GB水泥企業(yè)能耗等級定額。,四、水泥、混凝土及其制品的綠色度評價,5、環(huán)境污染水平。符合各項國家標準要求： 廢氣排放要求 廢水排放要求 固體廢棄物的排放要求 噪聲排放要求 放射性指標 室內(nèi)空氣質(zhì)量要求,四、水泥、混凝土及其制品的綠色度評價,6、清潔生產(chǎn) 水泥：是否實施清潔生產(chǎn)技術(shù)； 是否實施ISO14001環(huán)境管理體系論證。 混凝土：是否為預拌混凝土； 是否實施ISO14001環(huán)境管理體系論證。 7、本地化 生產(chǎn)現(xiàn)場到使用現(xiàn)場的距離500Km 以下，滿分

15、。,可凈化海水的新型混凝土,可凈化海水的新型混凝土：這種混凝土像海岸上的沙灘一樣，具有良好的自然凈化水的作用。 這種新型混凝土是在碎石上涂敷一層特殊水泥漿制成的?？勺屗涂諝庾杂赏高^，其凈化海水的原理是：通過在材料的表面和內(nèi)部制造許多空隙，而微生物易粘附于這些空隙中并在其中繁殖，不斷地分解海水中的有機物。 在海岸水域中使用這種新型混凝土，海水水質(zhì)得到了明顯的改善，所以，它是用作保護海岸和防波堤的好材料。,清潔環(huán)保的綠色水泥,卡萊拉公司的綠色水泥生產(chǎn)技術(shù)是以二氧化碳作為水泥生產(chǎn)的能源消耗來源，采用催化技術(shù)而不是加熱處理。 生產(chǎn)一噸普通硅酸鹽水泥會排放出一噸二氧化碳，而生產(chǎn)一噸卡萊拉綠色水泥反而會

16、消耗掉半噸二氧化碳。,混凝土材料與人居環(huán)境的關(guān)系,1、消耗大量的自然資源和能源。 2、排放出CO2等有害物質(zhì)。 3、生產(chǎn)與施工過程造成城市公害 。 4、非透氣性、廢透水性，造成城市生態(tài)系統(tǒng)失調(diào) ：“城市熱島” 5、視覺和觸覺效果差。 6、循環(huán)利用難度大。,城市“熱島效應” （Urban Heat Island Effect簡稱UHI）,城市“熱島效應是指城市氣溫高于郊區(qū)的現(xiàn)象。在近地面溫度圖上，郊區(qū)氣溫變化很小，而城區(qū)則是一個高溫區(qū)，就象突出的島嶼，由于這種島嶼代表高溫的城市區(qū)域，所以就被形象地稱為城市熱島。 城市熱島效應使城市年平均氣溫比郊區(qū)高出，甚至更多。夏季，城市局部地區(qū)的氣溫有時甚至比

17、郊區(qū)高出6以上。此外，城市密集高大的建筑物阻礙氣流通行，使城市風速減小。由于城市熱島效應，城市與郊區(qū)形成了一個晝夜相反的熱力環(huán)流。 一方面是在現(xiàn)代化的大城市中，除了數(shù)百萬人日常生活所發(fā)出的熱量，還有工業(yè)生產(chǎn)、交通工具散發(fā)的大量熱量。另一方面，城市的建筑群和柏油路面熱容量大，反射率小，能有效地儲存太陽輻射熱。,城市熱島,據(jù)估算,城市白天吸收儲存的太陽能比鄉(xiāng)村多80。到了晚上，城市降溫緩慢，因此夏季前半夜便仍感悶熱。,環(huán)保混凝土材料,1、環(huán)?；炷恋母拍?環(huán)保型混凝土是指能減少給地球環(huán)境造成的負荷，同時又能與自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)共生，為人類構(gòu)造更加舒適環(huán)境的混凝土材料，具有如下特征： (1)具有比傳統(tǒng)

18、的混凝土更高的強度和耐久性，能夠滿足結(jié)構(gòu)物的力學性能、使用功能以及使用年限的要求。 (2)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性，減輕對地球和生態(tài)系統(tǒng)的負荷，實現(xiàn)非再生性資源的可循環(huán)使用。 (3)具有良好的使用功能，能夠為人類構(gòu)筑溫和、舒適、便捷的生活環(huán)境。,環(huán)保型混凝土的種類,(1)減輕環(huán)境負荷型混凝土 ：是指在混凝土的生產(chǎn)、使用直到解體全過程中，能夠減輕給地球環(huán)境造成負擔。 從利用高爐礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣作為水泥的混合材料、混凝土的摻和料，到開發(fā)、利用高流態(tài)、自密實、高性能混凝土，均屬于減輕環(huán)境負荷型混凝土。,環(huán)保型混凝土的種類,(2)生態(tài)型混凝土：即能夠適應動、植物生長、對調(diào)節(jié)生態(tài)平衡、美化環(huán)境景觀、

19、實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料。 品種主要有透水、排水性混凝土，生物適應型混凝土、綠化植被混凝土和景觀混凝土等。,高強混凝土,在我國混凝土工程目前水平情況下，一般選用范圍如下：C10C15用于墊層、基礎、地坪及受力不大的結(jié)構(gòu)。C20C25用于梁、板、柱、樓梯、屋架等普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；C25C30用于大跨度結(jié)構(gòu)、要求耐久性高的結(jié)構(gòu)、預制構(gòu)件等；C40C45用于預應力鋼筋混凝土構(gòu)件、吊車梁及特種結(jié)構(gòu)等，用于2530層；C50C60用于30層至60層以上高層建筑；C60C80用于高層建筑，采用高性能混凝土； C80C120采用超高強混凝土于高層建筑。將來可能推廣使用高達C130以上的

20、混凝土。,萬縣長江大橋,萬縣長江大橋位于萬州區(qū)上游7km處，是國道主干線（成都上海）上跨越長江的一座特大公路橋梁。1997年完工。該橋為勁性骨架鋼管混凝土下承式拱橋，橋長814米，寬23米，橋拱凈跨420米，橋面距江面高140米。單孔跨江，無水下基礎，跨度雄居世界同類橋梁首位。主拱圈采用鋼管與勁性骨架組合的鋼筋混凝土箱形截面，采用纜索吊裝和懸臂扣掛的方法施工。橋?qū)?4m，按正線高速公路四車道設計。該橋的建成，使我國的拱橋建筑水平處于世界領先地位。,高強混凝土,高強混凝土的組成材料：除普通混凝土所用的水泥、水和骨料之外，高效減水劑和礦物細摻料是高強混凝上不對缺少的組成材料。 高強混凝土的性能：

21、力學性能：由于高強混凝土中膠凝材料用量較大，早期強度增長較快，但28天齡期后強度增長速率通常低于普通混凝土，這是由于高強混凝土用水量少，進一步水化所需的自由水含量較少 。 體積穩(wěn)定性 ：與普通混凝相比初始收縮率較大，要特別注重早期養(yǎng)護。 耐久性 ：由于高強混凝土采用低水灰比，且摻有磨細礦渣、粉煤灰、硅灰等活性、超細粉摻合料，由此內(nèi)部密實，毛細孔和氣孔數(shù)量減少，抗?jié)B性、抗凍性等性能明顯優(yōu)于普通混凝土。,大流動性混凝土,大流動性混凝土的特點： “免振混凝土”或“自密實混凝土” 1、流動性大，具有自密實性 2、粘性較大，流動速度慢 3、泌水量低，抗離析性好 4、坍落度損失 ： 坍落度損失是衡量混凝上

22、拌合物的流動性隨時間的延長逐漸降低的性能，通常用攪拌后的初始坍落度值與經(jīng)過一定時間后的坍落度值之差表示。,透水性混凝土,1、不透水的道路給城市的生態(tài)環(huán)境帶來的負面影響： (1)能夠滲入地表的雨水明顯減少，而高度發(fā)達的工業(yè)生產(chǎn)和日益豐富的現(xiàn)代化生活使地下水的抽取量成倍增長，這必將造成城市地下水位急劇下降，土壤中水分不足、缺氧、地溫升高等因素，嚴重影響了地表植物的正常生長，使城市的綠色植物減少； (2)不透氣的路面很難與空氣進行熱量與濕度的交換，對城市空間的溫度、濕度等氣候條件的調(diào)節(jié)能力下降。產(chǎn)生“熱島現(xiàn)象”，使城市氣候惡化； (3)當短時間內(nèi)集中降雨時，出于大量雨水不能及時滲人地表，只能通過下水設施排入河流，大大加重了排水設施的負擔，容易造成洪水泛濫、道路被淹沒、交通癱瘓等社會問題； (4)降雨時不透水的道路表面容易積水，對車輛、行人通行的舒適性和安全性帶來不利的