建筑产业化背景下的建材产业链优化途径探析——以垃圾焚烧发电固体副产物在建材产业链中的应用为例

高倩

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

建筑产业化背景下的建材产业链优化途径探析——以垃圾焚烧发电固体副产物在建材产业链中的应用为例

高倩

（重庆建筑工程职业学院，重庆400072）

国家在“十二五”期间，已经将“推动建筑产业化”列为十大重要任务之一，建筑产业化是建筑行业的一大趋势。为实现建筑产业化的大发展，需开拓新的思路，对建筑产业的各个环节进行梳理并合理优化，其中建材产业链的优化创新尤为重要。其中一条道路是，利用垃圾焚烧发电生成的固体副产物生产建材，进行资源综合利用，为建筑产业化提供新思路。该过程的固体副产物主要为垃圾焚烧炉渣和垃圾焚烧飞灰，可在水泥生产、混凝土骨料制作、制砖和路基材料上得以应用，该文将简单介绍。

建筑产业化；资源综合利用；建材；垃圾焚烧发电

1　关于建筑产业化和建材产业链优化创新的思考

建筑产业化是建筑工业化和市场经济的有机结合，指整个建筑产业链（包括建材的产业链）的产业化。所谓产业化，通俗地讲，就是以工业制造的思路，结合工业经济的原则，将建筑形成的过程进行优化升级。建筑过程中从设计到选材，到构建安装的整个过程都可以实行建筑产业化的思路，具体地讲可以是前后端的建筑产品的开发、建筑材料的运用、建筑能源的合理运用、建筑产品的销售延伸等等，是整个建筑行业在产业链条内资源的更优化配置。如果说建筑工业化更着重技术的先进性和过程的标准化，建筑产业化则增加了与经济和市场的结合［1］。

建筑产业化应当不仅仅着眼于标准化的设计、工业化的生产、装配式的施工等建筑技术手段，还应当对建材的制作和运用进行深入思考，因为建材是建筑的根本，其经济性和技术性的提高直接决定了建筑产业化的发展程度。

我国提倡资源综合利用，即将以往被认为无价值的物品加以综合的利用，实现资源二次利用的价值。垃圾焚烧发电中产生的固体副产物在建筑行业中具有被利用的价值，可充当材料资源，节约建材生产制作成本，从产业链上促进建筑产业优化，下面作简单介绍和探究。

2　垃圾焚烧发电及其固体副产物

在目前我国的环保形势和社会进步程度下，生活垃圾直接填埋的方法已逐渐趋于淘汰，垃圾焚烧发电被认为是目前垃圾处理的最可行方式之一，该方法科技含量高，垃圾减量化明显，资源占用小，因而得到政府和社会各界的大力推广［2］。

垃圾焚烧发电会产生固体副产物，其总流程大致如下：

（1）由当地政府（环卫处）负责的垃圾收运体系通过村-镇-市三级收运，将每天产生的生活垃圾运往垃圾焚烧发电厂。

（2）垃圾运输到垃圾发电厂后，先在垃圾给料系统完成贮存工序，其作用：一是调节垃圾数量；二是对垃圾进行混匀和脱水处理，调节垃圾理化性质；三是对垃圾起发酵作用，以提高进炉垃圾的热值和焚烧效果。

（3）垃圾进入焚烧炉进行焚烧，历经干燥、燃烧和燃烬三个阶段。其中大部分有机物在高温下完全燃烧，生成烟气，释放热量；少部分有机物和大部分无机物经燃烧后生成垃圾焚烧炉渣，该副产物作为原材料可制成各种建材。

（4）垃圾焚烧所产生的烟气通过除尘后可过滤生成垃圾飞灰，该副产物也可制成各种建材［3］。

综上，通过垃圾焚烧过程所产生的固体副产物主要有两个：垃圾焚烧炉渣和垃圾飞灰。

根据被焚烧垃圾的组分，炉渣的组成成分会有一定波动，而其主要成分为熔渣、有色金属、黑色金属、玻璃、陶瓷碎片、未燃烧的有机物和其它不燃物质。和其它固废同样的道理，炉渣能否被用于制作建材，主要应考虑其熔融块和灰分的重金属浸出毒性有多大。大量实验证明，垃圾焚烧所产生的炉渣的重金属浸出浓度非常低，远远低于固体废物浸出毒性鉴别标准，可认为基本上没有什么毒性，重金属多数被稳定在固体内部。由于炉渣具有重金属浸出浓度小的特点，可按照一般固体废弃物处理并制成建材。根据炉渣的各种特性，比较符合用作骨料和砾石的制作工艺要求。

垃圾飞灰较炉渣相比更具有活性，其主要成分为氧化钙和二氧化硅，也伴有三氧化二铝和三氧化二铁等，这些活性物质含量占46%以上，活性强的物质在常温下易生成具有胶凝性的水化产物。而且飞灰颗粒较细，比表面积大，这种物理特性使得其水化反应生成胶凝相更加容易。飞灰（主要矿物相属于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3体系），同一些矿物掺合料如矿渣、粉煤灰等胶凝材料的矿物相成分较为相似，可将其作为掺合料代替部分水泥掺入混凝土中，在性能达标的同时可起到节约水泥和环保的作用。飞灰本含有高重金属浸出毒性和大量二噁英，属于危险固体废弃物，需经环保解毒后方可投入建材制作当中。但现已有成熟环保科技可将飞灰中的重金属以络合物的形势固态化，大大降低浸出毒性；针对二噁英将其链上的氯离子剥离并固化后生成无害有机物，去除其毒性。所以飞灰也可以用于制作建材，且飞灰环保处理的成本不高，其本身是无成本的，故其作建材的经济价值较高，有利于建筑产业化［4］。

3　垃圾焚烧发电固体副产物在建材产业链中的创新应用

上面提到垃圾焚烧的两种固体副产物（炉渣和飞灰）可在建材制作上得以运用，下面具体介绍其主要的应用点。

3.1水泥生产

传统的水泥制备是由石灰石CaCO3、黏土和其他材料混合后经高温煅烧后而完成的，煅烧属吸热反应，成分的分解过程需消耗大量的能量，并释放出大量温室气体CO2污染环境。而垃圾飞灰本身即含有生石灰（CaO），以及一些活性组分，如氧化铝A l2O3、二氧化硅SiO2，根据上文介绍具备一定胶凝性，所以用飞灰代替石灰石生成水泥，既能节省因煅烧石灰石所需能量，又能实现二氧化碳减排，在经济和环保方面实现双赢。另根据有关实践经验，添加了垃圾飞灰的水泥生料，其易烧性大大提高，有效降低了煅烧成本，真正实现了资源的综合利用。此外，水泥水化后垃圾飞灰中少量残留的重金属也能被有效地固化，浸出毒性得到进一步降低。可见，将飞灰代替石灰石进行水泥生产是可行的［5］。

3.2混凝土骨料

相对于飞灰，炉渣由于不具有胶凝性，故不适宜水泥工业。然而，炉渣的物理化学性能与混凝土所需天然骨料相似，且本身其重金属浸出浓度远低于国家标准，因此可以直接用于建筑材料中替代骨料制备所需的原材料。炉渣的物理组成、级配、坚固性等均符合沥青混凝土和水泥混凝土替代骨料的要求。另外有研究发现，垃圾焚烧炉渣中含有一定量的活性SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，具备一定的火山灰活性，故将炉渣用作水泥混凝土骨料对强度有一定的促进作用。生活垃圾焚烧发电厂炉渣可以替代普通矿石作为混凝土粗骨料配置混凝土，但采用垃圾炉渣作为全部或部分混凝土粗骨料，其抗压强度远低于天然粗骨料，因此焚烧垃圾炉渣比较适合配制强度不高的混凝土，而且从经济角度来讲，只有大掺量垃圾炉渣骨料才有意义，因此焚烧垃圾炉渣更适合配置C20和C25的混凝土，尤其适用于对抗压强度要求不高的道路工程领域，如道路垫层等。

焚烧垃圾的飞灰相较于炉渣，飞灰具有胶凝性可以替代部分水泥用于混凝土制品。但飞灰由于含有大量重金属，属于危险固体废弃物，传统的做法是将其进行水泥固化并掩埋。而研究表明，单掺10%飞灰替代水泥的混凝土抗压强度、耐久性符合国家标准，而且飞灰混凝土重金属浸出试验结果表明，除Cr元素外，其余重金属元素都被很好地固化在混凝土中，浸出量几乎均为零，固化率接近100%，飞灰混凝土中Cr在116周总浸出量是0.0007mg/m l（浓度限值为0.01mg/m l），未超过国家标准，对环境无影响，符合废弃物制备混凝土的安全性要求。

3.3利用焚烧炉渣制作砖

炉渣是垃圾焚烧的主要废弃物，炉渣的主要矿物为石英、钙长石、斜方石，组成类似粉煤灰，但由于炉渣矿相的结晶程度比较高，故生活焚烧垃圾的炉渣不具有火山活性，属于具有潜在活性的废渣，实际应用在制砖中需要添加其它激发材料。

3.4道路底基层材料

焚烧垃圾灰渣用作停车场、道路等的建筑填料，成为欧洲目前焚烧垃圾灰渣资源化利用的主要途径之一，在美国、法国、瑞典等发达国家也有一些示范工程应用。研究表明，选择粒径＜19mm并经过磁选除去金属杂质的焚烧垃圾灰渣，同一定比例的碎石、水泥制成混合料，可满足高等级道路（包括高速路和一级公路）路基基层和底基层的强度要求，同时，水泥稳定灰渣混合料较常规水泥稳定碎石混合料成本降低30.2%，总体体现了基层整体性好、早期强度增长快、水稳定性强和适宜机械化施工的优点［6］。

4　结论

综上，将环保产业的副产物进行综合利用，嫁接到建筑行业里实施产业整合，可实现建筑产业链的优化，从而推动建筑产业化的发展。本文介绍的仅是垃圾焚烧发电过程中的两种固体副产物在建材产业链中优化创新的使用，在其它行业中也具有广泛的实例，这就需要对其进行深入挖掘，结合建筑产业化每个环节的特点进行整合，实现产业优化革新。

［1］乔龙德.靠创新驱动把建材行业推向新的发展时期［J］.中国建材，2016（1）：21-22.

［2］郭文刚.关于垃圾焚烧发电行业现状分析和发展建议［J］.民营科技，2016（1）：257.

［3］张剑.垃圾焚烧发电技术现状研究与发展［J］.山东工业技术，2016（10）：202-203.

［4］陶景忠.城市生活垃圾焚烧飞灰资源化利用研究［J］.污染防治技术，2015（6）：25-27.

［5］靳美娟.城市生活垃圾焚烧飞灰水泥固化技术研究［J］.环境工程学报，2016（6）：3236-3239.

［6］吴世杰，张海霞，赵嘉欢.城市生活垃圾焚烧底灰的特性及资源化利用途径分析［J］.环境卫生工程，2015（23）：11-13.

责任编辑：孙苏，李红

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本刊编辑部

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，陕西宝鸡人，研究生，讲师，主要研究方向为经济工程和工程管理。