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创新驱动墙体材料科技发展

作者:中国建材报    发布时间:2016-01-07    点击:

近年来,我国新型墙体材料发展较快,新型墙体材料产量达到6500亿块标砖,占墙体材料的比例由44%增长到60%。墙体材料生产企业由12万家降低到7万多家,墙体材料总量由8000亿块上升到11000亿块。初步建立了建筑节能复合墙体体系,形成了一批以烧结保温空心砌块为主的各种符合建筑节能标准要求的多功能节能墙体材料生产和应用技术,并且也形成了一批城市污泥、建筑垃圾、尾矿等固体废弃物资源化墙体材料关键工艺技术与装备,以及一批新型的墙体材料节能工艺改造技术,推动了新型节能、利废墙体材料在建筑中的应用,及我国循环经济与节能墙体材料工业的快速发展。
  墙体材料新产品与新技术发展
  近十年间,墙体材料开发了烧结保温空心砌块、铁矿尾矿再生节能保温墙体板材、夹心复合墙体、再生骨料及其混凝土、再生混凝土砌块和砖、再生混凝土墙板、烧结保温砌块破碎设备和均化设备、成型设备和干燥焙烧设备、再生骨料生产设备、烧结保温空心砌块应用技术与标准体系等多项新产品与新技术。
  1.国家与地方科研项目承担情况
  (1)节能新型墙体材料
  我国建筑能耗已占全社会总能耗的三分之一,实行建筑节能和发展低碳经济刻不容缓。
  国家863计划列入“铁矿尾矿再生节能保温墙体板材的研究”,“十一五”国家科技支撑计划“新型墙体材料绿色制造工艺技术与装备”、“十二五”科技支撑计划项目“功能化复合墙体板材成套应用技术”研究,这些研发项目的开展,对我国墙体材料实现创新驱动行业科技进步,发展节能墙体材料,降低产品生产与应用能耗,起到了积极的作用。
  (2)固体废弃物资源化技术
  我国每年产生大量的固体废弃物,有建筑垃圾、生活污泥、生活垃圾、尾矿、粉煤灰、煤矸石等,这些废弃物如果大量堆存,势必会对环境造成较大的压力和破坏。
  国家“十一五”和“十二五”科技支撑计划项目“地震灾区建筑垃圾再生混凝土制品生产技术及其示范生产线”、“建筑垃圾资源化利用及生产技术研究应用”与地方科技攻关项目“建筑垃圾资源化技术及其示范生产线”、“城市污泥生产烧结保温空心砌块的研究”等研究课题,成为近十年来墙体材料由资源依赖型产业转变为废弃物消纳型产业的强大动力,相继建成大批示范生产线和产业化基地、循环经济产业园区等,对我国墙体材料未来的发展,开辟了一条暂新的发展之路。
  (3)新型墙体材料应用技术
  新型墙体材料的发展和进步,必须与新型墙体材料的应用技术,不可分割。
  国家“十一五”科技支撑计划项目“节能型复合墙体与结构材料的研究开发”、“地震灾区建筑垃圾再生混凝土梁柱板组合装配结构体系房屋示范”;国家“十二五”科技支撑计划项目“节能烧结类墙体材料成套应用技术研究”等,以及地方诸多应用类科研项目得以开展,形成了《装饰夹心复合墙体技术规程》、《再生混凝土技术规程》、混凝土用《再生粗、细骨料》应用标准、《烧结保温空心砌块应用技术规程和图集》等,这些成果无疑支撑了新型墙体材料的应用和推广。
  (4)环境保护与清洁生产技术研究
  大气污染已成为全社会所关注的焦点,墙体材料工业,特别是烧结砖瓦工业窑炉,生产过程中排放出大量的烟气、粉尘,以及影响大气中溴氧的温室气体。
  联合国工业发展组织(UNDP)组织的“砖瓦工业节能减排”项目,由西安墙体材料研究设计院实施砖瓦企业60余家,获得较大的经济效益与社会效益。UNDP/GEF中国气候变化伙伴框架“煤矸石砖厂余热发电推广”项目的研究,已取得推广和应用。国家“十二五”科技支撑计划项目“砖瓦窑炉大气污染物治理关键技术研发”项目,已取得突破性成果。
  (5)新型墙体材料装备的研究开发
  新型墙体材料的生产离不开新型工艺技术,新型墙体材料生产工艺又需要新型装备的实现。
  西安墙体材料研究设计院承担的国家“十一五”科技支撑计划“新型墙体材料绿色制造工艺技术与装备”课题的研究,开发了烧结保温空心砌块的成套装备,并已在示范生产线上得到应用。特别是开展的基金项目“煤矸石烧结空心制品切码运装备研发”,已在生产中得到大量的推广和应用,以及多个机械厂家对码坯机器人的研发,并成为烧结墙体材料行业装备工业化发展的重大突破,既节约人力成本,又使生产自动化程度更高,生产效率大幅度提高。
  (6)新型墙体材料与环境评价方法体系
  新型墙体材料的发展,与国家政策的引导息息相关,研究国家软课题,开展研究调查,为政策的推广提供切实的依据。
  墙体材料行业承担国家环保总局“砖瓦行业污染物排放标准”、“烧结砖瓦及建筑砌块制造产业排污系数核算”,地方科研项目“利用城市污泥和焚烧垃圾生产烧结砖的可行性及二恶英等有害物质检测技术研究”、中国工程院项目《建材工业行业空间布局与区域协调发展研究》和《墙体材料制造过程的生态化增值服务化转型战略研究》等软课题研究,已取得重大政策性建议和成果。
  2.重大技术突破
  近十年间,完成包括烧结保温空心砌块、建筑垃圾资源化墙材制品、污泥烧结砖等一批新产品,及其工艺技术与装备等重大技术突破数十项。
  (1)开发出高效节能烧结保温砌块成套工艺技术
  “十一五”期间,西安墙体材料研究设计院承担的国家科技支撑计划项目“新型墙体材料绿色制造工艺技术与装备”研究,取得烧结墙体材料领域革命性、重大技术突破,开发了单一材料满足建筑节能65%的目标要求的烧结类墙材产品“烧结保温空心砌块”,29排孔和21排孔的尺寸均为365×248×249mm,导热系数0.19W/m2·k,370mm厚墙体传热系数达到0.381W/m2·k,抗压强度达到10MPa以上,填补国内空白,达到国际领先水平。同时,开发了烧结保温空心砌块原料处理设备、均化设备、成型设备与高效干燥及焙烧设备等成套生产工艺设备,建立示范生产线。目前该产品已开始大面积推广,推广面积已达50万平方米以上。
  (2)开发了建筑垃圾资源化成套工艺技术与装备
  为了解决“512”地震后建筑垃圾处置难题,西安墙体材料研究设计院承担的“十一五”国家科技支撑计划项目“地震灾区建筑垃圾资源化成套生产与应用技术研究”项目,开发了建筑垃圾处置成套技术,包括再生骨料生产技术、二次防疫技术、建筑垃圾分离技术、建筑垃圾除渣与分离装置,以及诸多应用技术,如建筑垃圾再生混凝土墙板工艺技术、墙板防裂技术、再生混凝土构件生产工艺技术,特别是再生混凝土墙板安装技术规范和图集、梁柱板砌体组合结构体系、抗震节能示范房屋施工要点与图集等一批国内首创的应用技术,解决了建筑垃圾再生骨料吸水率高、再生混凝土墙板收缩大,以及再生骨料替代天然沙石率低的难题。
  随之,西安墙体材料研究设计院将这一成果进行了推广,设计并建成陕西建新环保科技发展有限公司年处置200万吨建筑垃圾与年产2亿块建筑垃圾再生混凝土制品生产线,并设计陕西交通集团通宇置业有限公司年处置50万吨建筑垃圾及年产5000万块再生混凝土道路制品生产线,以及设计了安徽铜陵凌阳建筑垃圾资源化项目等,取得较大的经济效益。
  (3)污泥资源化技术的发展
  目前我国城市生活污泥实际年排放量已经超过4000万吨/年,并以5%的速度递增。长期以来污泥被用于投海、填埋方式处置,带来大量的生态问题,已被明确禁止。焚烧是目前比较多的处置方式,但由于焚烧成本较高,而且易产生空气污染和飞灰等残留物。而污泥原料化学成分均是低SiO2、Al2O3含量,但发热量在10506kJ/kg(2550大卡/公斤)~14626kJ/kg(3550大卡/公斤),高热值、高烧失量。因此,污泥可掺配其他原料生产烧结砖,成为消纳污泥最好的途径之一。
  墙体材料长期分布于城市周边,可作为消纳污泥的最好途径,既解决了污泥的运输问题,又有效解决了污泥的处置问题,必然会对城市发展过程提供较大的支持和保障,具有良好的应用前景。
  (4)生活垃圾资源化技术的发展
  生活垃圾处置长期以来困扰着城市化发展进程,我国对生活垃圾大多采用焚烧和焚烧余热发电处置方式,但是,生活垃圾焚烧过程中产生的大量有害气体难以控制,并且焚烧后产生的残渣,不能有效的利用,会对环境造成二次污染。
  生活垃圾资源化生产烧结砖,可以一次性将生活垃圾处置完,实现零排放,不会对环境造成二次污染。主要工艺是将生活垃圾首先进行分选,将塑料、废纸、金属等回收利用,无机物分拣用于制砖原料。针对城市生活垃圾分拣出的有机物,可通过热解气化和厌氧发酵处理,产出沼气和热解气体,用于烧结墙体材料的外部补充燃料,热解气化渣和沼渣,可用于生产墙体材料的原料,通过干燥焙烧,实现生活垃圾的资源化利用。
  “十三五”墙体材料科技发展展望
  1.指导思想和目标
  以建筑节能和循环经济为主要目标,重点研发各类利废墙体材料,适应建筑工业化技术的发展,特别是围绕新型城镇化,大力发展非烧结新型墙体材料与烧结墙体材料协同处置技术,最终实现新型墙体材料的节能、低碳、本地化和体系化、工业化。
  2.重点研究方向和内容
  以市场为先导,遵循循环经济思路,进一步加强发展节能、节地、低碳、利废环保类墙材产品,提升产品质量和档次,实现多功能和多用途;大力发展资源综合利用研究,充分研究低品位原料生产墙体材料制品,促进人与自然和谐发展;重点发展新型墙体材料部品化构件设计、生产与应用技术,适应建筑工业化发展需要,实现结构保温一体化,产品模数多样化,设计、生产和应用标准化。
  近十年来,依靠科技进步墙体材料行业获得快速的发展,开发了诸多的新产品和新工艺,特别是一批现代化的工艺装备,如码坯机器人、原料自动配料系统、上下架系统等,支持了行业的产品升级和更新换代,实现了行业结构的初步调整和改造。然而,由于我国墙体材料生产企业和装备制造企业大多属于乡镇企业,规模化程度不大,而其发展也不平衡,有些企业还是简单的工艺设备,产品档次低、自动化程度不高,污染排放基本没有实现由组织排放,对环境造成较大的威胁。要实现行业整体的结构调整和产品升级换代,需要市场的引导,政府政策的支持。淘汰落后产能,创新驱动行业科技发展,这是墙材行业发展的趋势和潮流。