无机保温砂浆主要由内部多孔且具有保温性质的无机轻质骨料、胶凝材料、添加剂和其他掺合料组成,是一种低密度、耐腐蚀、不易开裂脱落且防火等级高的无机建筑保温材料。近年来,结合工业固体废弃物大量堆存的问题,将其有效地应用到无机保温砂浆中,成为专家学者们的研究热点。

工业固体废弃物(简称工业固废)是指在工业生产加工过程中排出的燃料废渣、冶炼及化工过程废渣、采矿废石或选矿尾矿等不再具有使用价值或已被提取出有用组分的剩余废弃物。2012年我国工信部将尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、副产石膏等作为工业固废重点处理对象。目前固体废弃物资源化利用技术种类多且发展快,例如利用其生产建筑材料、微晶玻璃、干混砂浆、路用材料、轻质陶粒、高性能陶瓷等。作为“放错了地方的资源”,利用工业固体废弃物生产无机保温砂浆,不仅能够大量消耗工业固废,而且还能有效改善无机保温砂浆自身的各种性能,从而实现良好的经济、社会和环境效益。

利用工业固废生产轻骨料

轻骨料在无机保温砂浆中主要起骨架和保温隔热的作用,除了市场上已有的玻化微珠、膨胀珍珠岩等轻骨料,工业固废同样可以达到低密高强的性能要求。有专家采用淤泥陶砂和废弃加气混凝土复合玻化微珠作为保温砂浆骨料,分别制备出两种自保温墙体配套砂浆。还有专家以粉煤灰、电石渣和脱硫石膏为主要原料,采用一次低温烧成工艺,成功制备出具有多微孔结构的新型无机胶凝材料。研究利用废旧资源生产保温砂浆轻骨料,不仅可以有效降低保温砂浆生产成本,而且是综合回收工业废旧陶砂或加气材料的方向之一,同时也为新型无机保温砂浆骨料的研究提供了技术参考。

利用工业固废生产胶凝材料

胶凝材料在无机保温砂浆中主要起胶结作用,同时也使砂浆具有足够的强度和施工性能。常用的胶凝材料是水泥,但近年很多工业固体废弃物(矿渣、粉煤灰、脱硫石膏、煤矸石)被开发成辅助胶凝材料。

1.粉煤灰

粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一,是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰容重轻且具有一定的水硬活性。有专家以工业废渣粉煤灰作为胶凝材料替代部分水泥,用玻化微珠作为无机轻骨料来制备干混无机保温砂浆。研究表明,随着粉煤灰掺量的增大,砂浆的抗压强度呈现先增大后减小的趋势,当粉煤灰的掺量为20%时,可制备出性能较好的保温砂浆。

2.矿粉

向无机保温砂浆中掺加矿粉能够改善砂浆的物理力学性能,增加混泥土的强度和使用寿命,同时提高抗渗性和耐水性。

3.石膏

石膏与适量水拌和后能形成可塑性良好的浆体,随着石膏与水的反应,浆体的可塑性消失而很快发生凝结,硬化后进一步产生和发展强度。

利用工业固体废弃物生产外加剂和掺合料在无机保温砂浆中加入外加剂用于改善砂浆的性能,工业固废也可以起到类似的作用。而向保温砂浆中加入掺合料,目的是在不影响砂浆产品性能的基础上,尽可能地降低原材料的成本。

利用尾矿砂生产集料

尾矿砂作为主要工业固体废弃物之一,其堆存占用了大量的土地资源,增加了企业的治理成本,尾矿砂的综合利用成为专家学者颇为关心的课题。一般来说,砂的掺入可以提高砂浆的工作性、物理力学性能和抗干缩性能,但砂的密度大、热导率高,容易导致砂浆干密度增大,含气量降低,对保温砂浆的热工性能不利。因此,虽然尾矿砂可以掺入到普通干混砂浆中作为集料使用,在保证砂浆热工性能的基础上,必须严格控制砂的掺入量和粒度级配。

工业固废在无机保温砂浆应用中的发展趋势

工业固废应用于无机保温砂浆中,一方面可以改善保温砂浆的性能,提高经济效益;另一方面,可以使现有工业固废得到消耗,从而减轻企业和社会的治理压力。从目前的研究和应用情况看,其发展趋势如下:

一是工业固体废弃物作为原料制备无机保温砂浆时,在满足相关标准的基础上,尽可能地增大掺加量。

二是更多种类的固体废弃物将被应用到无机保温砂浆等建筑材料的生产中来,而有目的性地针对某一类工业固废的相关机理研究也会越来越多。

三是目前针对掺加工业固体废弃物的保温砂浆还没有较为统一的规范标准,不过对粉煤灰、工业石膏、矿渣粉等几种主要掺和成分,应当根据相关研究成果做出统一合理的性质要求。

四是尾矿砂作为集料掺加到无机保温砂浆中时,不同原料配方对尾矿砂的粒度级配有严格限制,因此尾矿砂在无机保温砂浆中的应用会受到一定限制。