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美国某水泥公司推出新型绿色水泥

发布者:飞龙机械 浏览次数:2375 发布日期:2013-12-11
   干粉砂浆生产线  水泥是促进人类文明发展的一种关键原材料,从具有2000年历史的古罗马万神殿艺术品,到现代摩天大楼、高速公路、机场和码头等,到处都可看到它的踪迹。就从总体积而言,水泥在全世界的使用量仅次于干粉砂浆生产线如果目前印度、中国等发展中国家建筑业的兴旺势头持续下去,明年全球水泥产量所堆积的巨石柱将会更高。然而,水泥制造业是温室气体的主要排放源之一,减少排放意味着需要妥善掌控这种用途广泛、最为复杂的建筑材料。文章详尽介绍了美国麻省理工学院混凝土可持续发展中心(简称CSHub)在绿色水泥研究方面的新进展,以及Ceratech公司的替代性解决方案,干粉砂浆生产线认为如果世界各国工业界目前业已采取的促进绿色水泥可持续性发展的行动取得成功,最终将能使水泥制造业的二氧化碳排放总量减少一半。

  工业革命的基础性材料

  干粉砂浆设备粉状水硬性无机凝胶材料,加水搅拌后成浆体,它能在空气或水中硬化,并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。早在2000多年前,古罗马人把石灰、火山灰以及石块掺在一起形成混凝土,用于建造海港、纪念碑、万神殿和罗马圆形大剧场等建筑物。

    干粉砂浆设备现代水泥的生产工艺一般可分为生料制备、熟料煅烧和水泥制成三个工序。硅酸盐水泥生产工艺在水泥生产中具有代表性,它是以石灰石和黏土为主要原料,经破碎、配料、磨细制成生料,然后喂入水泥窑中煅烧成熟料,再将熟料加适量石膏(或添加剂等)磨细而成。

  不幸的是,采用这种生产工艺,每生产1吨水泥就要向大气中排放1吨二氧化碳。世界各国水泥制造业所排放的二氧化碳,约占全球温室气体排放总量的5%;在美国,水泥制造业的二氧化碳排放量居第三位,仅次于油燃料消费(用于交通、电力、化工制造等)和钢铁工业。

    干粉砂浆设备生产水泥的第一步是将石灰石和铝硅酸盐黏土这两种配料混合在一起。詹宁斯说:“这两种物质分别都有各自的化学成分和一些杂质。将混合物喂入窑中煅烧,温度达到约摄氏1500度时将发生各种反应,最后形成略带灰色的、体积如大理石般的厚块——水泥熟料,它含有硅、铁、氧化铝(大多数来自于黏土)和氧化钙(即生石灰)。在生石灰的形成过程中,石灰石中的碳酸钙向大气中排放二氧化碳。干粉砂浆设备这个过程中的二氧化碳排放是水泥生产工艺中温室气体排放的主要来源,此外,煅烧过程中燃料消耗是另一个来源。待水泥熟料冷却后,将它与石膏混合(其用量将决定水泥的凝固速度),然后再被碾磨成粉末配送到搅拌厂。”

  在搅拌厂里,水泥粉与水混合后形成浆状,并根据特定用途(如用于桥墩、铺路等)来配制其稠度。通常的做法是,将浆状物与砾石、或较大的石块混在一起形成混凝土。然后将混凝土浆运输到建筑工地和浇注于模具中,它很快便开始硬化,但完全凝固可能会耗时数月。

    但干粉砂浆搅拌机指出,水化硅酸钙是一个极其不精确的化学式,其成分没有固定的比例。在既定的硬化混凝土样品中,这种反应产物取决于很多种因素:包括最初用料、掺水量、钙和硅之间的比例,以及添加剂、温度和湿度等。此外,混凝土的不透明特性也增加了分析其形成过程的难度。

  调整配方打造绿色水泥

 干粉砂浆搅拌机 要打造绿色水泥,实现减排目标,就需要设法减少水泥生产过程中的两个主要排放源。从技术线路角度来讲,起码有两个选择:一是选择煅烧过程中二氧化碳排放量少的替代性配料,甚至是无需煅烧的材料直接作为熟料;二是选择煅烧温度较低的配料,以减少燃料消耗量。

  干粉砂浆搅拌机说,尽管面临上述挑战,他和同事们在降低二氧化碳排放方面依然取得了一些进展,其中很有希望的一个研究途径就是寻找各种方法以降低煅烧温度。目前研究的主要目标是硅酸三钙和硅酸二钙,它们是水泥熟料中能产生C–S–H的两种主要矿物成分。相比之下,硅酸三钙更具活性,其水化反应快,在加入水后数小时就开始硬化(形成混凝土的早期强度)。但是硅酸三钙的形成条件要求煅烧温度完全达到1500摄氏度,而硅酸二钙所要求的温度约为1200摄氏度。虽然硅酸二钙的强度更好些,但需要在数天甚至数月之后才能开始硬化过程,因而不宜适用于建筑项目。干粉砂浆搅拌机和其同事正在研究,某些硅酸二钙晶体结构是否具有硅酸三钙同样的活性,以便降低煅烧温度,节约燃料。

  干粉砂浆搅拌机解决该问题需要从原子量级上入手(如晶体中的电子分布情况等),研究人员通过量子力学方法来计算铝、镁和其他杂质如何影响C–S–H的结构。佩林克指出:“为了对水泥熟料进行量子工程学研究,就需要知道电子究竟在哪里。”CSHub的研究人员发现,硅酸三钙晶体总有一个平面相对更易溶解于水,但在硅酸二钙晶体中,所有晶面都很相似,因而其晶体不易与水发生反应。这就是硅酸二钙的硬化速度较硅酸三钙慢的原因。但佩林克认为这一结果也暗示某些杂质(如镁等)有助于硅酸二钙溶解于水,这将能加快硅酸二钙的硬化过程,从而成为建筑水泥的主要成分。

     虽然某些水泥生产商数年前就已采用含有粉煤灰的混合物生产水泥,但其粉煤灰的比例只有15%。Ceratech公司行政副总裁马克·瓦西库指出,按照公司开发的新配方,粉煤灰比例高达95%,其余5%为液态添加剂。此外,由粉煤灰水泥制成的混凝土其强度高于各类传统水泥,因而可以减少建筑物的水泥使用量。以一座面积为4600平方米、典型的三层建筑物为例,使用该公司生产的粉煤灰水泥可以大大减少混凝土和加强型钢筋的使用量——能分别减少183立方米和34吨。同时也能使废弃物填埋场减少粉煤灰处理量374吨,二氧化碳减排效益可达320吨。

  绿色水泥没有坦途

  瓦西库说,目前Ceratech在水泥行业只是一个小不点,对于年产规模以亿吨来计量的水泥制造业来讲,其贡献对总体减排重任来说只是“杯水车薪”。只有当建筑行业数以千计的生产商、工程师、建筑师、城市规划者、建筑监察员等都能以积极的态度对待绿色水泥时,才能实现大规模的减排效益。从经济效益等角度来考虑,相对于经过长期检验的传统水泥,选择绿色水泥目前有一定的风险,只有在上述条件下这种风险才会降低。美国国家标准与技术研究院水泥专家辛德尔调侃说,这种担忧就是“如果此路不通,老板将会打我板子”。

  詹宁斯也强调指出,水泥工业的经济重要性日渐提升,其在科学上的重要性也在不断提高,研究人员需要努力探索各种更好的方案。他说:“世界正在改变,将需要每一个人(包括所有的水泥公司)都尽可能地更加环保,并设法让世界变得更加美好。”

  干粉砂浆搅拌机展望未来,如果更多国家采用碳税或者限量与交易计划,势必将提高排放碳成本,人们对绿色水泥的认可程度肯定会发生积极的变化。目前可以采用一个更为实际的做法——建立示范性绿色水泥建筑物(如桥梁、道路和其他各种建筑物),以证明绿色水泥和各种混凝土材料的实际应用价值。瓦西库指出其公司每年完成数十个这样的项目(如美国乔治亚州萨凡港的码头建筑,德州加尔维斯顿市海湾硫服务署的化学处理基地等),干粉砂浆搅拌机希望这些项目能发挥示范作用。
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