綠色建筑材料總論第3-5講水泥、混凝土及其綠色化

1、綠色建筑材料總論第 3-5 講水泥、混凝土及其綠色化第 3-4 講水泥及其綠色化主要內(nèi)容 水泥基本知識 水泥生產(chǎn)水泥綠色化定義水泥：能與水發(fā)生物理化學(xué)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通用硅酸鹽水泥：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類型和代號硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸三鈣 C3S ： 50%左右硅酸二鈣 C2S ： 20%左右鋁酸三鈣 C3A ： 7%15%鐵鋁酸四鈣 C4AF： 10%18%其它成分：少量f-CaO、f-MgO及堿(Na2O和K2O)， 可能對水泥質(zhì)量及應(yīng)用帶來不利影響 水泥的原料石灰質(zhì)原料

2、：以CaCO3為主要成分，石灰石、泥灰?guī)r、貝殼等，1噸水泥熟料需噸石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料：主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3，1噸水泥熟料需噸粘土質(zhì)原料校正原料：鐵質(zhì)，硅質(zhì)，鋁質(zhì)礦化劑：螢石CaF2水泥的燃料回轉(zhuǎn)窯：一般用煙煤，制成煤粉立 窯：無煙煤特性水泥和專用水泥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：快硬、高強4、膨脹水泥及自應(yīng)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7、快硬硅酸鹽水泥：早期強度高8、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥：抗硫酸鹽侵蝕性能較好水泥生料水泥熟料主要內(nèi)容 水泥基本知識 水泥生產(chǎn)水泥

3、綠色化水泥生產(chǎn)工藝流程兩磨一燒水泥生產(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 干法生產(chǎn)：將原料同時烘干并粉磨，或先烘干經(jīng)粉磨成生料粉后喂入干法窯內(nèi)煅燒成熟料的方法。也有將生料粉加入適量水制成生料球，送入立波爾窯內(nèi)煅燒成熟料的方法，稱之為半干法，仍屬干法生產(chǎn)之一種主要優(yōu)點是熱耗低（如帶有預(yù)熱器的干法窯熟料熱耗為31403768焦/千克），缺點是生料成分不易均勻，車間揚塵大，電耗較高近年來，由于在原料預(yù)均化、生料粉的均化輸送和收塵等方面采用了新技術(shù)和新設(shè)備，尤其是窯外分解技術(shù)的出現(xiàn)，采用干法生產(chǎn)的熟料質(zhì)量不亞于濕法生產(chǎn)，電耗也有所降低，已成為各國水泥工

4、業(yè)發(fā)展的趨勢 濕法生產(chǎn)：將原料加水粉磨成含水為32%40%的生料漿后，喂入濕法窯煅燒成熟料的方法。也有將濕法制備的生料漿脫水后，制成生料塊入窯煅燒成熟料的方法，稱為半濕法，仍屬濕法生產(chǎn)之一種具有操作簡單，生料成分容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量好，料漿輸送方便，車間揚塵少等優(yōu)點，缺點是熱耗高（熟料熱耗通常為52346490焦/千克） 生產(chǎn)方法 球磨：利用下落的研磨體（如鋼球、鵝卵石等）的沖擊作用以及研磨體與球磨內(nèi)壁的研磨作用而將物料粉碎并混合 圓筒球磨、錐形球磨和管磨優(yōu)點：可用于干磨或濕磨；操作條件好密閉，無塵灰；運轉(zhuǎn)可靠，研磨體便宜，便于更換；可間歇操作，也可連續(xù)操作；粉碎易爆物料時，磨中可充入惰性氣體以

5、代替空氣 缺點：體積龐大笨重；運轉(zhuǎn)時有強烈的振動和噪聲，須有牢固的基礎(chǔ)；工作效率低，消耗能量較大；研磨體與機體的摩擦損耗很大，并會沾污產(chǎn)品 立磨：即輥磨，磨輥沿水平圓形軌跡在磨盤上運動，通過外部施加在磨輥上的垂直壓力，使磨盤上物料受到擠壓和剪切的共同作用，并得以粉碎優(yōu)點：效率高；可通風(fēng)，烘干能力強；入磨粒度大；可有效控制生料化學(xué)成分和細度控制；占地面積小，占用空間小，噪聲低缺點：對磨蝕性適應(yīng)差，硬度較高的物料用球磨粉 磨立窯：窯筒體立置不轉(zhuǎn)動的稱為立窯。分普通立窯和機械化立窯普通立窯是人工加料和人工卸料或機械加料，人工卸料機械立窯是機械加料和機械卸料水泥立窯技術(shù)存在環(huán)境污染大、資源消耗高等缺陷

6、，已無法適應(yīng)建設(shè)生態(tài)工業(yè)、建設(shè)資源節(jié)約型社會的需求 回轉(zhuǎn)窯：窯筒體臥置（略帶斜度），并能作回轉(zhuǎn)運動的稱為回轉(zhuǎn)窯。分煅燒生料粉的干法窯和煅燒料漿（含水量通常為35左右）的濕法窯干法窯又可分為中空式窯、余熱鍋爐窯、懸浮預(yù)熱器窯和懸浮分解爐窯濕法窯可分為濕法長窯和帶料漿蒸發(fā)機的濕法短窯，長窯使用廣泛，短窯目前已很少采用。為了降低濕法長窯熱耗，窯內(nèi)裝設(shè)有各種型式的熱交換器，如鏈條、料漿過濾預(yù)熱器、金屬或陶瓷熱交換器煅燒窯回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯（旋窯）是一個有一定斜度的圓筒狀物，斜度為33.5%，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進料在窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進行反應(yīng)。窯頭噴煤燃燒產(chǎn)生大量的熱，熱量以火焰的輻射、熱氣的對流、窯

7、磚(窯皮)傳導(dǎo)等方式傳給物料。物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動 回轉(zhuǎn)窯可消解可燃性廢料和危險性廢棄物溫度高（火焰1850，物料1450），熱慣量大，穩(wěn)定，氣、料流在窯內(nèi)滯留時間長，高溫氣體湍流強烈，堿性氣氛消解可燃性廢料廢料、廢渣、危險廢棄物中絕大部分重金屬元素可固定在熟料中，生成穩(wěn)定的鹽類礦物，沒有二次廢渣排出水泥工業(yè)對廢棄物及其他工業(yè)和生活垃圾的應(yīng)用，賦予現(xiàn)代化水泥工業(yè)新內(nèi)涵回轉(zhuǎn)窯窯外分解技術(shù)：20世紀70年代前后，發(fā)展的一種可大幅度提高回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量的煅燒工藝其特點是采用了預(yù)分解窯，它以懸浮預(yù)熱器窯為基礎(chǔ)，在預(yù)熱器與窯之間增設(shè)了分解爐在分解爐中加入占總?cè)剂嫌昧?060的燃料，使燃

8、料燃燒過程、生料的預(yù)熱過程和碳酸鹽的分解過程從窯內(nèi)傳熱效率較低的地帶移到分解爐中進行，生料在懸浮狀態(tài)或沸騰狀態(tài)下與熱氣流進行熱交換，從而提高傳熱效率，使生料在入窯前的碳酸鈣分解率達80以上，達到減輕窯的熱負荷、延長窯襯使用壽命和窯的運轉(zhuǎn)周期、在保持窯的發(fā)熱能力的情況下大幅度提高產(chǎn)量的目的窯外分解技術(shù)指采用窯外分解干法新工藝生產(chǎn)的水泥其生產(chǎn)以懸浮預(yù)熱器和窯外分解技術(shù)為核心，采用新型原料、燃料均化和節(jié)能粉磨技術(shù)及裝備，全線采用計算機集散控制，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程自動化和高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保新型干法水泥年產(chǎn)100萬噸新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)線 水泥窯窯尾窯外分解窯水泥回轉(zhuǎn)窯中央控制室散裝水泥罐裝車葛洲

9、壩水泥廠先進新型干法水泥生產(chǎn)線華新水泥廠華新水泥廠物料輸送華新水泥廠原料預(yù)均化堆場華新水泥廠水泥庫海螺水泥廠海螺水泥廠海螺水泥廠海螺水泥廠世界規(guī)模最大水泥熟料生產(chǎn)線2009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(shè)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)線水泥立窯小水泥廠嚴重環(huán)境污染主要內(nèi)容 水泥基本知識 水泥生產(chǎn)水泥綠色化水泥生產(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)：11

10、5120KWh/t， 國外：9095KWh/t，約高2030%3、石灰石耗量：噸石灰石/噸熟料，相當(dāng)于噸石灰石/噸水泥4、二氧化碳排放量 水泥生料生成：CO2約生料 燃料燃燒生成：CO2約煤 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、還原氣氛燃燒水泥生產(chǎn)的“環(huán)境負荷”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

11、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 7、煙塵、粉塵排放量：采用高效收塵設(shè)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：較少水泥生產(chǎn)的“環(huán)境負荷”水泥工業(yè)存在的問題企業(yè)平均規(guī)模小，結(jié)構(gòu)不合理窯型比例失調(diào)水泥產(chǎn)品實物質(zhì)量較低強度生產(chǎn)能耗高

12、石灰石資源形勢嚴重：40-50年環(huán)境污染嚴重水泥工業(yè)發(fā)展趨勢節(jié)能、降耗、環(huán)保；改善水泥質(zhì)量和提高勞動生產(chǎn)率；實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效率集約化生產(chǎn)；可持續(xù)發(fā)展 新型干法生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展、推廣 計算機、地礦理論和技術(shù)指導(dǎo)礦山開采及儲運 熟料燒成系統(tǒng)的發(fā)展、改進和新的熟料燒成方法 高效預(yù)熱分解系統(tǒng)，流態(tài)化床法、噴騰爐燒成技術(shù) 高效節(jié)能粉磨的開發(fā)、發(fā)展 自動化控制和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 優(yōu)化工藝參數(shù)、提高運轉(zhuǎn)率的管理系統(tǒng)和控制軟件 提高勞動生產(chǎn)率水泥先進生產(chǎn)工藝節(jié)能、降耗、環(huán)保礦山資源的優(yōu)化開采利用與均化；生料質(zhì)量前饋控制新型燒成系統(tǒng)：高效、低阻預(yù)熱預(yù)分解技術(shù)；劣質(zhì)燃料、二次燃料煅燒技術(shù)；工業(yè)廢棄物、礦渣、生活垃圾、下水

13、道污泥作為原料代替礦物資源；回轉(zhuǎn)窯消解可燃性廢料和危險性廢棄物；新型燃料燃燒器開發(fā)高效節(jié)能粉磨系統(tǒng)：優(yōu)化組合節(jié)能型粉磨；超細粉磨，增大高爐礦渣、粉煤灰、煤矸石用量，磨制混合水泥自動化與計量技術(shù)：生產(chǎn)過程的綜合優(yōu)化控制與裝備；質(zhì)量檢測與控制專用檢測儀器與計量設(shè)備環(huán)保技術(shù)與裝備：收塵技術(shù)與收塵器水泥工業(yè)綠色化途徑生產(chǎn)過程水泥工業(yè)綠色化途徑水泥產(chǎn)品1、高性能水泥的研究與開發(fā)高貝利特水泥：指C2S含量大于40%的水泥，屬低鈣硅酸鹽體系特點：CaO含量降低，燒成溫度降低100以上，石灰石用量減少，相應(yīng)的CO2、NOx、SO2等有害氣體的排放量減少性能：C2S含量高，水化熱低，最終強度高，耐久性好 中國建

14、筑材料科學(xué)研究總院“高貝利特水泥的制備及應(yīng)用”從節(jié)能、降耗及提高混凝土耐久性出發(fā)，解決了高C2S礦物活化和高活性晶型的常溫穩(wěn)定兩大國際難題，榮獲2006年國家技術(shù)發(fā)明二等獎2、利用工業(yè)廢渣制備水泥 利用工業(yè)及城市廢棄物和低品位原料代替原生礦物材料 粉煤灰、粒化高爐礦渣、火山灰水泥工業(yè)綠色化途徑水泥產(chǎn)品3、采用固體廢棄物生產(chǎn)生態(tài)水泥狹義上，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)過燒成粉磨形成的水硬性膠凝材料廣義上，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