资源枯竭与新型建筑材料的开发

郝 建 民

(太原建设工程质量监督站，山西 太原 030009)

资源枯竭与新型建筑材料的开发

郝 建 民

(太原建设工程质量监督站，山西 太原 030009)

为了实现建筑材料节能、节土、利废和环保的发展目标，提出了开发应用先进实用技术和高新技术，对混凝土和墙体材料等产品生产原材料及生产工艺进行了改造和升级，促使建筑材料工业的生产能耗降低。

海砂，再生骨料，轻质砌块，墙体材料，泡沫砖

地球上的资源是有限的，许多资源是不可再生的。尽管人类已经把目光投向宇宙，试图在地球以外的空间寻求到新的资源和能源，但是短时间内没有太大希望。建筑材料的生产和使用量大，消耗资源多，因此土木建筑工程基本上是人类破坏大自然的罪魁祸首。例如，每年全世界混凝土的生产和使用量约为90亿t，为此就要开采大量的矿山进行混凝土的生产。我国实心黏土砖的产量大约是每年5 300亿块，因此要挖掘10亿亩～15亿亩耕地来获得黏土砖的原材料，其中还不包括砖窑、成品等所占用的土地。因此，人类应开发出新的建筑材料来替代破坏河山所产生的建筑材料，选择一种新型建筑材料既能提高混凝土的耐久性又能改善混凝土的各种性能，并且对环境的破坏达到最小。

1 混凝土粗细骨料

早在150多年前，混凝土的问世让人们看到混凝土的原材料容易得到并且原材料价格低廉，深受人们的青睐。但是大量的开采自然资源不仅使地球表面千疮百孔，并且生产水泥和石子所带来的环境污染和生态破坏等问题也越来越严重。当前，大量的山川被采平，骨料生产已经出现危机，寻找新的资源成为目前的当务之急。

1.1 利用海砂的可能性

因为海砂的资源很丰富，用海砂取代石砂和河砂作为混凝土中细骨料是解决资源紧缺的有效途径。由于海砂中含有大量的氯离子和大量的盐分，严重影响混凝土的耐久性，并且这些盐分和氯离子的存在会对混凝土中的钢筋造成腐蚀。海砂中还含有贝壳类动物的尸体和其他杂质，因此选择海砂还应经过一定处理方可使用。目前一些国家使用海砂，都是经过清水清洗筛分之后再使用。当使用散水自然清洗法时，大约清洗1 m3海砂需要0.2 m3的淡水；当使用机械清洗法时，大约清洗1 m3海砂需要1.5 m3的淡水。从中可见使用散水自然清洗法较机械清洗法省水，但是没有机械清洗法效果好[1]。还有一种方法就是自然置放法，这种方法较为经济并且节省资源和能源，它的原理就是通过晾晒和通风使海砂表面的氯离子和盐分结晶最后筛余得到可以使用的工程用砂，但是这种方法需要大面积的场地并且置放时间长达2个月之久，难以满足施工速度的要求。日本是一个资源和能源都严重紧缺的国家，因此在海砂的利用方面日本已经达到了工业化生产水平，1995年时日本的海砂年产量已经高达5 000万t以上，这与日本河砂资源严重缺乏、岛国的自然地理位置有很大关系。

1.2 再生骨料

使用废弃混凝土破碎筛分后得到的骨料作为混凝土中的骨料使用在我国已经有了一段时间的发展，目前再生骨料使用最多的是再生粗骨料，由于再生细骨料吸水率较高导致混凝土的水灰比较大，大幅度的降低混凝土的强度，因此一般建筑领域很少使用再生细骨料作为混凝土的原材料使用。再生粗骨料由于还具有较高强度因此被普遍使用，但是由于再生粗骨料强度的离散性和不确定性，工程实际中很少使用100%的再生粗骨料替代天然粗骨料，一般都是替代30%的天然粗骨料使用，选择这种取代率的原因之一是当再生粗骨料的取代率为30%时，混凝土的各种强度下降最少，和0%的取代率的混凝土强度基本持平。目前再生粗骨料具体使用于道路上作为路基路面等的实际工程中[2]。

1.3 人造骨料

人造骨料一般是使用工业废渣和下水道污泥作为原材料，加入高炉矿渣、电炉氧化矿渣等按照一定比例拌合均匀后煅烧而成[3]。煅烧过后的熔融物质经过急速冷却后会形成玻璃体结构，质地坚硬，可以作为混凝土中的粗骨料使用。这些人造骨料不仅强度高而且质地较轻，可以作为轻骨料使用，很大幅度降低了混凝土的自重。

2 新型墙体材料

黏土砖是几千年来我国和欧洲等国传统的墙体材料。黏土砖性能稳定，耐久性好，兼承重、装饰和保温于一体，并且已经形成了成熟的结构体系和施工方法。但是由于地球表面耕地面积日益减少，黏土砖的生产和使用开始受到限制。欧洲各国近年来已经逐步用空心砖取代了90%以上的实心砖的使用。从1997年开始，我国部分地区已经明确规定不允许再使用实心黏土砖。因此，开发可取代黏土砖的新型墙体材料势在必行。目前国内外的研究成果和正在开发的新型墙体材料主要有以下几种。

2.1 新型墙体材料

1)黏土空心砖。黏土空心砖的原材料仍然采用黏土，但是做成中空形状，能减少黏土砖的使用量，节省烧结所用燃料，同时减轻墙体自重，改善墙体保温性能和隔音性能。空心黏土砖分为竖孔空心砖和水平孔空心砖两种。竖孔空心砖孔洞率在15%以上，通常用来砌筑承重墙。水平孔空心砖的孔洞率一般在30%以上，由于其自重轻并且强度较低，因此通常用于非承重墙[4]。与实心黏土砖相比，空心黏土砖可节省黏土20%～30%，节省燃料10%～20%，用空心黏土砖砌筑的墙体，比实心黏土砖墙体自重减轻1/3左右，工作效率提高了40%，工程造价降低20%左右，并且能有效改善墙体的热工性能。因此，发达国家非常重视空心黏土砖的发展，欧美等国家空心黏土砖已经占砖总产量的70%～80%。空心黏土砖是节省土地资源、保护耕地和生态环境的重要途径。

2)其他黏土质砖。除空心黏土砖之外，人们还开发了以其他黏土质材料取代部分黏土的烧结砖。例如，以火力发电厂排出的粉煤灰为主要原料，掺入适量的黏土烧制的粉煤灰砖，以煤矸石为原料，根据其含碳量和可塑性进行适当配料烧制的煤矸石砖，不仅可以取代大部分黏土，焙烧时基本不需要用煤，或用少量的煤，因此降低了烧制黏土砖时所需的能耗[5]。以粉煤灰、煤矸石等工业废料为原料生产砖，既节省了土地资源，同时又减少了工业废渣的污染和堆放，还可节省大量的燃料煤，一举三得。此外，还有以页岩为主要原料烧制而成的页岩砖。

3)垃圾砖。为节省黏土资源，同时减少垃圾污染，瑞士研制成功了一种以垃圾为原材料的墙体材料——垃圾砖。这种垃圾砖的原材料是将城市固体垃圾捣碎，加水与石灰、水泥等胶凝材料搅拌后，干燥并硬化后形成颗粒状，再以此为骨料制成隔热、隔声和防潮的砖块[6]。用这种方法处理垃圾比直接焚烧的成本低，又可减少垃圾焚烧造成的环境污染，同时又节省了制砖的黏土资源，可谓一举两得。

4)泡沫砖。美国开发了一种泡沫砖，其重量为普通黏土砖的40%，隔热性能是普通水泥混凝土的3倍。这种泡沫砖采用可膨胀的聚苯乙烯为原料，将聚苯乙烯按比例加入膨胀剂中，通入蒸汽，并充分搅拌，使聚苯乙烯颗粒内部的烷气体迅速膨胀、放出，形成一种聚苯乙烯泡沫珠，这种泡沫珠的密度仅为原来的1/10左右。以这种轻质的聚苯乙烯泡沫珠为主要材料，加入适量的水泥、矿粉、细骨料和少量的水，并加入化学胶凝剂，将聚苯乙烯泡沫珠粘结成团，然后在模具中成型为块体材料，放入砖窑中干燥24 h即成为块状的泡沫砖。泡沫砖的砌筑方法与普通黏土砖相同，砌筑好后需要在墙体的两面涂上一层丙烯酸水泥砂浆，这种墙体的抗压强度优于普通黏土砖墙，而且与丙烯酸水泥砂浆形成密实的防渗层，抗裂性能极强。

2.2 新型墙体结构的开发

传统的墙体以砌筑结构为主，以黏土砖、各种砌块为基本单元材料，并且砌筑时需要用砂浆等胶结材料将块体材料粘结，形成砌筑整体。这种墙体结构自重大，消耗大量自然资源和能源，施工速度慢，而且墙体内部没有设置保温层，保温隔热性能较差，所以砌筑的墙体无论从哪个角度分析都不具有可持续发展性，必须开发新的墙体结构。目前，在欧美和日本等发达国家，建筑物的主体骨架大多采用框架结构，墙体采用由外墙板、保温层和内墙板复合而成的板材，从根本上取代黏土砖墙体。

3 结语

使用河砂、再生骨料和人造骨料等可以减少对自然资源的浪费，同时可以提高对建筑垃圾和生活垃圾的利用率。大力发展新型墙体材料，减少黏土使用量，保护我国耕地面积，减少能源的消耗以及对环境的污染。发展新型建材，使用工业废弃物和城市建筑垃圾等制造混凝土用骨料，使再生资源成为一种新型开发技术。

[1] 陈 坚,胡 毅.我国海砂资源的开发与对策[J].海洋地质动态,2005(7):4-8.

[2] 许岳周,石建光.再生骨料及再生骨料混凝土的性能分析与评价[J].混凝土,2006(7):41-46.

[3] 冯乃谦.人造轻骨料的试制与研究[J].新型建筑材料,1995(12):19-22.

[4] 李临平,吴志根,李增耀，等.黏土空心砖结构优化的数值模拟[J].工程热物理学报,2008(5):845-849.

[5] 王瑞荣,宁成立.煤矸石烧结砖生产技术[J].新型建筑材料,2007(7):32-33.

[6] 杨久俊,张茂亮,张 磊，等.非蒸养建筑垃圾砖的制备研究[J].混凝土与水泥制品,2007(2):53-55.

Resource depletion and the development of new building materials

HAO Jian-min

(TaiyuanSupervisionStationofConstructionProjectQuality,Taiyuan030009,China)

In order to realize the energy saving, saving soil and waste utilization and environmental protection goal of building materials, this paper put forward the development and application practical and high-tech technology, made transformation and upgrading to concrete and wall materials and other products production raw materials and production process, prompted the production energy consumption reduce of building materials industry.

sand, recycled aggregate, lightweight block, wall material, foam brick

1009-6825(2014)35-0135-02

2014-10-08

郝建民(1973- )，男，高级工程师

TU506

A