綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的應用分析

王靜

摘 要：本文以煤矸石資源化利用的現狀為研究視角，分析綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的意義，針對技術攻關的必要性、市場需求分析、專利等知識產權情況進行綠色建筑煤矸石資源化利用的市場需求分析。提出綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的應用分析，以上海世茂“深坑酒店”為例，分析設計特點、施工難點、裙房施工情況以及應對措施，以適應市場和客戶的需要，以期實現以煤矸石為主制備新型墻體材料的技術推廣和示范應用。

關鍵詞：綠色建筑；煤矸石；資源化利用；新技術；應用分析

中圖分類號：TD849 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8122（2016）10-0159-03

一、煤矸石資源化利用的現狀

20世紀 50 年代開始即開展煤矸石綜合利用方面的研究，但利用率一直都不高。在20世紀 50 年代至 80 年代，主要用于制磚，利用率不到 2%；20世紀 80 年代中期至 90 年代中期，除了用于制磚還開始用于發電、鋪路和回填，但利用率仍然很低。90 年代以來煤矸石綜合利用雖取得了明顯成效，但也還存在不少突出問題。

1.綜合利用率仍然較低。國有煤矸石利用率只有近 30%。

2.地方煤礦排放的只要是采掘矸石，不利于大規模利用，從而出現地方煤礦煤矸石利用率很低的問題。

3.綜合利用相對單一。煤矸石大宗利用項目較少。

4.綜合利用技術水平滯后。

5.綜合利用優惠政策落實難。目前對生態環境和經濟社會科學發展將會產生越來越大的壓力，因此開展煤矸石資源化利用研究勢在必行。

二、綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的意義

1.提高資源循環利用率和無害化處理率。在建筑領域，可以利用當地工業生產的大量廢棄物，如煤矸石和粉煤灰等廢渣，進行綜合利用，大大減輕經濟發展所帶來的工業廢棄物處理壓力，保護脆弱的高原生態環境。

2.變廢為寶，充分實現節能減排。大大降低水泥和石灰等材料的用量，減少生產水泥、石灰等對環境的破壞和污染，降低二氧化碳和有害氣體的排放，減少空氣污染，有利于地方經濟和生態環境的改善；同時可以為地方提供數以百計個工作崗位，并帶動周邊原材料供應和運輸等相關產業的發展，具有顯著的經濟效益、社會效益和生態環境效益。

三、綠色建筑煤矸石資源化利用的市場需求分析

（一）技術攻關的必要性

我國已進入快速城鎮化時期，實現城鎮化和城市協調發展，對于開發資源節約型、高耐久性綠色建材，提高城市資源和能源利用效率需求若渴，對科技提高迫切需求，為改變國內傳統粗放型經濟增長方式，節能減排，“建筑節能與綠色建筑”列為優先主題。綠色建筑煤矸石資源化利用新技術所屬 2016 年陜西省科學研究發展計劃項目中社會發展科技攻關的重點支持領域“資源環境及節能減排”和方向主題“建筑垃圾處置與資源化利用技術”，符合國家的可持續發展戰略。本文重點研究煤矸石的資源化利用以及通過優化提升水泥的品質，降低單方混凝土水泥消耗量，開發綠色高性能混凝土，綠色建筑設計技術，建筑節能技術與標準。

（二）市場需求分析

目前國內煤矸石堆存量巨大，達 40 多億噸，占用大量土地并嚴重污染了環境，綠色建筑煤矸石資源化利用新技術將可大量節約利用資源、改善環境、并對產業鏈延伸，推動煤矸石資源綜合利用領域的技術進步，貫徹了國家的節能減排產業政策。綠色建筑煤矸石資源化利用新技術充分利用煤矸石固體廢棄物制備高性能混凝土，建造高質量的住宅，可以改善人居環境，提高居住水平，保護環境，節約土地，節約能源，增加就業崗位，將極大地促進經濟社會的發展，實現國家循環經濟的發展要求。因此，綠色建筑煤矸石資源化利用新技術市場需求的潛力巨大。

2010 年，我國水泥產量 18.68 億噸，通過綠色建筑煤矸石資源化利用新技術研究，提升水泥的品質，開創綠色高性能混凝土技術，降低單方混凝土水泥消耗量降低 25%～40%，可節約材料成本 20 元；節能減排和環保意義、經濟效益和社會效益巨大。通過示范工程的示范效應，有利于推動我國煤炭產業基地煤矸石綠色高性能混凝土的應用，尤其是相應的建筑體系示范，有利于我國混凝土工程和建筑產業充分利用固體廢棄物，有利于改善環境，節約建設費用，提高建設效率，經濟和社會效益顯著。

（三）專利等知識產權情況

中國專利技術網收錄煤矸石制備及應用專利原文 184項：煤矸石鋼筋混凝土排水管、煤矸石工業廢渣用激發劑及其制備方法、煤矸石混合水泥、煤矸石混凝土制品及制備方法、煤矸石建筑粉灰及其制造方法、煤矸石墻地磚的快燒方法、煤矸石輕集料混凝土輕質隔墻板、煤矸石燃料的配制方法等多項發明專利。收錄煤矸石制備及應用期刊文獻701項：大摻量煤矸石水泥混凝土耐久性研究、大摻量煤矸石水泥混凝土碳化性能的研究、大摻量煤矸石水泥抗硫酸鹽性能研究、我國利用煤矸石生產墻體材料的現狀及其技術措施、我國利用煤矸石生產磚瓦的現狀和前景、我國煤矸石的綜合利用現狀及存在問題等多項研究文獻。

通過對相關文獻、專利等知識產權情況進行回顧發現，既有的理論成果，對于研究和探索煤矸石綜合利用技術具有非常重要的學術價值和現實意義。但在這些研究中，對于綠色建筑發展迅速背景下煤矸石資源化利用新技術，尤其是開發綠色高性能混凝土，綠色建筑設計技術，建筑節能技術與標準，并使其產業化發展方面并沒有針對性的專業研究。缺少以適應市場和客戶的需要，以煤矸石為主制備新型墻體材料的技術推廣和示范應用。

四、綠色建筑煤矸石資源化利用新技術的應用分析

位于上海佘山國家旅游度假區核心的上海世茂“深坑酒店”，由英國阿特金斯進行設計。

（一）設計特點

1.整體布局特點。在酒店的整體規劃上，與主體建筑相連的裙房在限高10米的控制下，盡可能在水平方向展開，使建筑各個功能部分既可相通，又保有各自單獨的出入口。為此，整體建筑布局需要滿足設計要求。

最大限度利用基地周邊的景觀資源。酒店客房設置于主體建筑內，沿崖壁而建，面向橫山，充分利用“柔性要素”，使酒店主體依靠巖壁以最大面展開，尋求自然的生長和演變。所有酒店客房都設置退臺的走廊和陽臺，強化“空中花園”理念的同時，充分吸納外部景觀。

主體建筑布局。地上部分的裙房平面以主樓為西邊邊界，向東、北和南水平鋪展；坑下至水面部分以建筑主樓為主；水下部分是酒店的特色客房區和特色水下餐廳。建筑平面上延續主樓的曲線形式，客房布置在曲線的外延，滿足觀看水景的要求。

（二）施工難點

主體異型鋼結構施工難度大?，F場地形特殊，構件倒運不便。本工程主體鋼結構大部分處于深坑之中，給現場構件倒運帶來一定困難。

垂直運輸難度大?？拥着c坑頂高差達74米，坑壁為懸崖，導致人員、材料等垂直運輸難度大增，需要布置向下的人貨電梯，以滿足人員到坑底作業、材料向下運輸的需要，但人貨電梯的布置方式確定困難。

混凝土向坑底輸送困難?？拥状蟮装寤炷列枰蛳逻\送74米，坑壁為懸壁，運輸難度大。

現場坑頂裙房地質情況復雜。工程樁為一樁一探，施工難度高，由于工程樁必須打至巖石持力層到中風化層，但現場情況復雜，巖石風化程度不同。

坑頂、坑壁、坑底爆破工作量大，精度要求高?？拥捉Y構形式復雜，崖壁不規則，導致爆破量較大。爆破過大，將會影響坑頂大梁，因此精度要求高。

（三）裙房施工情況

施工現場排水難度大?？拥追e水約30米左右，初期抽水較為困難，周圍排水復雜。

現場結構復雜，變化大，測量要求高?？拥?、崖壁地形復雜，結構為異型結構，且鋼結構對接精度要求高。

現場高空作業、臨邊作業多，安全控制要求高。爆破施工、崖壁加固施工、坑頂大梁施工、人貨梯方案實施等一系列施工作業都存在較大安全隱患。

結構防水要求高。該工程坑底有24米永久處于水下，為箱形基礎，設計功能為地下室水下觀光，故對結構、防水等要求較高。

（四）應對措施

針對主體異型鋼結構施工難度大的問題，首先采用鋼結構專業計算軟件對整個安裝過程進行模擬分析，得出結構在安裝過程中產生的變形量?，F場安裝時根據計算的變形量，在施工過程中確定是否需要設置臨時支撐架和撐桿。根據目前的定性分析，臨時支撐可取消。

針對坑頂坑底高差達74米，人員材料垂直運輸難度大的問題，目前已編制專項人貨電梯配置安裝施工方案。

為解決混凝土向坑底輸送困難采取的措施：對泵管進行排布，目前已有兩種方案。一是在豎直方向，汽車泵外架溜槽配合固定泵進行混凝土輸送；二是附著已有人行馬道上的崖壁進行輸送。對于坑頂、坑壁、坑底爆破工作量大，精度要求高的問題，配置專業測量人員，每次爆破進行測量復核。

根據施工現場排水難度大的問題，利用坑底形成的湖坑進行加固及施工攔水壩，形成圍堰湖，將坑底施工用水集中排至圍堰湖內，再利用大功率排水泵將圍堰湖內施工用水抽至坑頂，經凈化達標后排至市政管道。

配置專業測量工程師，實施多次復核，以滿足測量的高要求；編制專項安全施工方案，加強過程安全監控，確?，F場高空作業、臨邊作業的安全控制。

利用堆石混凝土施工工藝。充分利用崖壁爆破所形成的粒徑300～800毫米的石頭，分層澆筑自密實混凝土，每堆高1.5米石頭，即澆筑一次自密實混凝土，如此往復直至到頂。在該工程中，綠色建筑煤矸石資源化利用新技術——堆石混凝土施工流程包括：施工準備→坑底巖石爆破→巖石清理→坑底箱形基礎施工→預應力錨桿（索）施工→石頭入倉、自密實混凝土澆筑。

采用綠色建筑煤矸石資源化利用新技術。以煤矸石為主要原材料生產環保節能型建筑材料，其中煤矸石、粉煤灰和磷石膏等各類工業廢渣摻量可達60～80%，大大降低了水泥和石灰等材料的用量，同時政府對利用固體廢棄物的建材制品還有扶持和優惠政策，因此與市場同類產品相比，將在價格和市場競爭上具有明顯的優勢，市場前景良好，經濟效益將非?？捎^。同時將煤矸石應用于墻體材料中，具有顯著的經濟與社會效益，以及生態環境效益。

五、研究啟發

以陜西市場為例，今后十年，由于陜西省仍處于經濟周期的上升階段，綠色建筑墻材正處于旺盛的市場時期，據調研其市場需求是：“十二五”期間，在7%以內的幅度增長，僅以西安地區為例，據陜西2015年相關數據研究統計，2014年全年西安市生產和銷售墻體材料折合成標磚達55億。據市場調查和預測，2016年到2020年以6%的遞增幅度預測，全省墻材的市場需求量將達到近270億標塊。而且，在國家“建筑節能”政策的影響下，新型節能墻材的材料將占據20%左右的市場份額，且會逐年上升。市場調研結果說明隨著經濟社會的進一步發展，西安地區墻體材料的市場需求巨大。本文根據市場需求研制以煤矸石為主的建材制品，以適應市場和客戶的需要，以煤矸石為主制備新型墻體材料的技術推廣和應用前景良好，市場潛力和產業化前景巨大。

本文根據市場需求研制以煤矸石為主要材料的建材制品，綠色建筑煤矸石資源化利用新技術符合國家“建筑節能”的政策和“循環經濟”的產業政策，經濟效益顯著。以煤矸石為主材的環保節能型墻體材料投產以后，市場前景良好，經濟效益非?？捎^，是一項極具投資價值的研究。

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