1、生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气混凝土砌块及制备研究* 研究内容摘要（限120字内）探讨利用垃圾焚烧炉渣制备加气混凝土砌块，通过这项技术的研究应用，在不降低性能的情况下可减少硅酸盐水泥用量，还可节约成本，具有很好的应用前景。* 一、项目立项依据（包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势，知识产权情况，项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景，2000字内）生活垃圾的主要处理方式是焚烧，但产生大量炉渣，造成严重污染。环保水泥也叫做生活垃圾焚烧炉渣环保水泥是采用生活垃圾焚烧炉渣，生产过程无需高温煨烧，不采用或少量采用水泥熟料，是一种低Co2排放低耗能的水泥。其成本远低于硅酸盐水泥，是水泥工业
2、的主要发展方向之一。环保水泥包括生活垃圾焚烧炉渣、矿渣、粉煤灰等主要成分，可以部分替代硅酸盐水泥，焚烧后的垃圾残渣化学组成与黏土接近，又可以替代黏土最终成为水泥熟料，是可以用碱来激发的体系。这样既节省能源、保护耕地，又大大降低了水泥厂生产成本。加气混凝土砌块作为一种新型墙体材料，在研制、生产和应用的过程中已有四十多年的历史，是一种符合现代建筑功能需要的非常理想的墙体材料。特别是在我国北方地区和地震区域作为墙体材料，尤为合适。国家先后颁布了JGJ17-84蒸压加气混凝土砌块应用技术规程、GBl1968-89蒸压加气混凝土砌块、GBl1968-2006蒸压加气混凝土砌块、GBl1969-11975
3、89蒸压加气混凝土性能试验方法、89SJ139加气混凝土砌块墙体建筑构造标准图集和QB1-84加气混凝土砌块建筑施工操作规程等标准，为其生产、制作设计、应用、质量检验创造了良好的条件。知识产权情况：国内外对生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气混凝土砌块研究很少，更鲜有人考虑到将生活垃圾焚烧炉渣应用到加气混凝土砌块当中去。将二者结合运用是技术上的创新。加气混凝土砌块组分比较复杂，相对于普通混凝土，它有发气组分铝粉，为了协调发气速度和基体强度增长速度，需加入石灰。铝粉与一些激发剂会发生反应，使基体强度增长速度超过发气速度，造成憋气。因此，必须弄清激发剂、焚烧炉渣及铝粉之间的关系，使发气稳定，孔结构良好，
4、这是需要解决的技术瓶颈问题。另外由于生活垃圾焚烧炉渣的组分也比较复杂，对于其进一步的分炼也是我们后期必须要进行的重要工作。随着国民经济的飞速发展和社会生活对建筑物多功能的需要，加气混凝土砌块行业得到了迅速的发展。随着循环经济发展战略及近期行动计划的制订以及水泥窑协同处置固体废物污染控制标准的实施，新政策与标准的落实将为环保水泥的发展提供更为广阔的空间，这不仅是水泥行业向环保产业转型的标志，更能拓展水泥企业的生存空间。将这种对环境造成严重污染的废料利用起来，制成环保水泥，保护环境的同时也产生巨大的经济效益。通过前期的调研和长时间的实验研究，充分证实了项目的可行性，也预见了即将带来的经济效益。这不
5、仅有利于改善福建省环境，还可以推动福建省经济和社会的发展，因此具有非常好的产业化前景。在我省，建筑能耗已占资源总能耗的27%,成为耗能大户。在建筑能耗中墙体耗能约占60%。随着福建省发展应用新型墙体材料管理办法(福建省任命政府令第99号)和福建省墙体材料“十三五”发展规划的深入贯彻实施，加气混凝土砌块作为一种自保温材料，在我省得到广泛的应用，全省每年用有500万n?。水泥的主要原料是石灰石和黏土,生产1吨水泥要消耗L3-1.5吨石灰石和0.2-0.4吨黏土。破坏山林良田，生态环境破坏。本项目的推广使用有利于改善福建省的建筑能耗,且可节约成本、减少碳排放，其环保性和经济性突出，在我省每天新产生城
6、市垃圾超过2500吨，并以10%的速度逐年递增。近年来，用于处理城市垃圾的固定资产投资超过5.6亿元，现每年用于处理城市垃圾的维持运行费用超过1000万元。如该市垃圾全部由水泥厂作一次性无害化处理，只需投资1.6亿元左右，大大低于建设垃圾堆场、焚烧处理厂和垃圾电厂所需要的费用，运营后每年可节约城市垃圾处理费548万元、燃料费80万元、黏土采掘运输费200万元，每年的综合经济效益超过820万元。以福州大学雄厚的技术力量为依托开展创新性研究，以福建同利建材科技有限公司为产业化试点基地，预期可以顺利开发出满足国家标准蒸压加气混凝土砌块(GBlI968-2006)的系列产品，推动福建省经济健康可持续的
7、发展。目前还未检索到这方面的专利。有望通过本课题的研究，产生这方面的专利群，形成自主知识产权。* 二、研究开发内容及主要创新点(2000字内)1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题；1)具体研究开发内容(1)生活垃圾焚烧炉渣环保水泥的配方研究，生活垃圾焚烧炉渣环保水泥对于普通硅酸盐水泥的取代量的问题，以及为了确保垃圾焚烧炉渣的活性，石灰掺量的问题。确保浇筑稳定性、砌体保持良好的干密度、提升强度的研究。(2)大量试验室试验和工程应用进一步优化生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气混凝土砌块配合比并且验证这种替代比例的优越性及耐久性。根据掌握的规律，修改现有生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块配合比设
8、计方法并充分考虑工业废料组成成分的变异性，开发生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块配合比的设计方法。2)重点解决的关键技术问题(1)环保水泥中硅铝酸盐量物质平衡的问题在生活垃圾焚烧炉渣环保水泥中含有氧化硅和氧化铝，它们的比值是一个十分重要的参数，它们对砌块有强度上的影响，通过改变掺入量，找出他们之间的关系和规律也是一项重要的内容。(2)解决生活垃圾焚烧炉渣环保水泥中的碱激发剂与砌块中铝粉的适配性问题在碱性溶液中，铝表面的氧化铝融解，使铝粉能与水反应，放出氢气，这是发气过程。研究将以中性钠盐为基础，复掺少量其他激发剂，使发气更加稳定，性能指标更好。(3)协调生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块容重与
9、抗压强度的关系生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块容重与抗压强度永远是一对矛盾。正常情况下，想要得到高强度，必需要增加容重。而想要得到容重又轻，但强度又高的生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块，是一件非常困难的事情。为了解决这一问题，我们只能从优化砌块的孔结构入手，一方面增加总的孔体积量以降低容重，另一方面细化孔径，且使孔分布均匀以提高强度。2、项目的特色和创新之处。1）生活垃圾焚烧炉渣环保水泥可以对垃圾进行二次利用项目为数量庞大的城市生活垃圾提供新的处理途径。解决垃圾焚烧后处理的难题。2）将以中性钠盐（硫酸钠）为主的激发剂用于生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块为了解决加气混凝土砌块基体强度的发展
10、与发气速度相协调的问题，通过大量前期试验，我们选择了中性钠盐作为主要激发剂，这不仅节约成本，而且能使发气稳定，不出现塌模现象，在国内外可查得的资料研究中均未见到，具有一定的创新性。* 三、研究开发方案和技术路线（限2000字内）1 .研究开发方案1）实验室小模试验研究实验室试验和中试试验主要存在两个不同点：一是小模试验体积较小，只有100mm100mm100mm,而实际生产过程（大模中试试验）体积很大，为3nP；二是中试试验掺有废浆（将切割后的多余废料，加水搅拌成废浆投入使用，掺量在10%左右，这有环保及经济效益），而小模试验没有废浆。组分复杂性不同和尺寸效应是需要考虑的问题。为了循序渐进地解
11、决问题，先进行小模试验。从小模试验中找出规律，将较好的配方用于大模试验，以便在大模试验中减少影响因素。小模试验采用生活垃圾焚烧炉渣代替矿渣的试验方法。通过正交试验和对比试验，研究碱激发剂的类型（硫酸钠、硅酸钠等），以及合适的石灰产量。参考通用硅酸盐水泥GB175-2007中的指标，筛选出适合于生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块的水泥。并不是所有性能较好的环保水泥配方在生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块中都适用，因为砌块需要发气，生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气混凝土砌块有铝粉这个组分。通过前期研究，我们发现以中性钠盐为主的激发剂比较合适。再检测水化产物的生成，用电镜扫描其成分，不同温度环境下水化生
12、成物的区别，检测其孔结构。检测生活垃圾矿物的成分比例。用软件进行演示计算预测其结果。3）生产过程中试大模试验研究由于大模试验与小模试验存在配方复杂性和尺寸效应的区别，所以，一方面需要确定增加的组分（如废浆）对生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块的影响，另一方面需要确定因为砌块体量不同，导致养护环境（砌块降温较慢）不同对生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块的影响。因为这两个因素的干扰，小模试验最优的配方不一定能直接用于工业化生产，需开展中试研究。根据小模试验得到的生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块配方和规律，按实际的生产流程，开展中试试验。使浇注稳定性满足生产要求（不出现塌模和憋气情况）。主要的控制
13、指标包括出釜抗压强度、7天抗压强度和容重。针对大模试验得到的数据，根据需要重新开展一些小模试验，直到得到满足要求的抗压强度和容重指标。在满足这两个指标的基础上，进行其他性能指标的测试和研究。一般情况下，容重满足要求，其热工性能也会满足要求。然后在微观层面上进一步验证，查验生活垃圾矿物的成分比例，电镜扫描该砌块的成分，检测其孔结构。用软件进行模拟结果等。2 .技术路线1）先试验室（小模）试验，然后是工厂中试（大模）试验，最后为生产工艺改进和工程应用。小模试验主要弄清垃圾炉渣、石灰、碱激发剂的有关的参数变化规律、最佳取代量、最佳配比等。大模试验主要研究尺寸效应和废料的影响。生产工艺改进和工程应用主
14、要解决环保水泥在砌块生产过程使用工艺，以及进行实际工程跟踪调查，优化配方等。这种层层递进的研究为新技术的产业化应用铺平道路。2）先宏观试验研究，后微观试验研究在掌握宏观试验规律的情况下，再有针对性地开展微观研究，用孔结构、水化产物来解释宏观数据，用电镜扫描其成分，观察不同温度环境下水化生成物的区别，检测其孔结构。检测生活垃圾矿物的成分比例。用软件进行演示计算预测其结果以确保研究的可靠性和科学性。四、项目考核内容与指标*1、主要技术指标（限IoOo字内）研发的生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气砂砌块系列产品由以下一个产品组成：（1）强度级别A5.0,干密度级别B07这三个产品还应满足以下性能（1）干燥
15、收缩值标准法（mmm）W0.5;快速法（mmm）4）.8（2）抗冻性质量损失5%；冻后强度（MPa）2.8（3）导热系数（干态）Wm.KW0.16*2、经济社会效益（700字内）福建同利建材科技有限公司年产品为25万方，按每方平均节约8元（碱矿渣水泥的成本比硅酸盐水泥和石灰低，通过前期试验数据进行测算，每立方加气混凝土砌块原材料成本节约6-10元）来计算，节约成本约200万元，如果在福州地区推广该技术，福州地区生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块用量为约240万方，可节约成本约1920万元；如果在福建省推广该技术，福建省生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块用量为约500万方，节约成本可达4000万
16、元。如果考虑对生活垃圾焚烧炉渣消耗，以及因减少硅酸盐水泥的使用而产生的减少CO2排放等效益，其经济效益将进一步提高，且有明显的环保效益和社会效益。六、现有研究开发基础和已具备的条件（包括承担单位概况，研究工作基础与知识产权状况，研发队伍与科技服务管理能力等）（IoOO字内）1 .承担单位概况福建同利建材科技有限公司是我省“生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块”及其配套材料生产的龙头企业（获我省科技型企业称号，证书编号：201305910365）。目前该公司获授权专利3项，企业标准加气混凝土砌块界面剂（Q/FJTL201-2010）已备案，闽候科技局的企业研发中心绿色低碳环保新型建筑材料研发中心已
17、通过验收。福州大学是国家“211工程”重点建设高校，福建省人民政府与国家教育部共建高校。福州大学土木工程学院具有“结构工程”国家重点（培育）学科、土木工程一级学科博士点和博士后流动站，“土木工程防震减灾信息化，国家发改委创新平台。福州大学测试中心具有高端的材料与结构性能实验设备。福州大学土木工程学院实验中心是福建省高等学校重点实验室，建筑材料实验设备和试验数据自动采集系统齐全。2 .研究工作基础与知识产权状况福州大学开展环保水泥及其在系列产品中应用的研究已有数十年之久，研究内容包括：环保水泥隧道防火涂料（已通过国家建筑防火产品安全质量监督中心检测）、生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块等，开展这
18、方面研究的研究生已毕业10多名。福州大学季韬课题组十多年来一直从事新型建筑材料研究，承担国家十二五支撑计划、国家自然科学基金（重点和面上）、福建省产学研重大项目等，发表论文200多篇，被SCI、El录用70多篇，授权发明专利10多项，在新型建材方面具有深厚的研究基础。3 .研发队伍与科技服务管理能力课题组是由高级博士生导师、硕士生导师、技术人员和研究生组成的年青实干队伍，各成员具有团队精神，能够很好合作完成本课题的研究工作。项目负责人江其东，男，董事长，具有很好的科技服务管理能力。七、进度按排2开始年月结束年月主要工作内容通过实验室试验,研制适用于生活垃圾焚烧炉渣环保水2017.4.01201
19、8.4.10泥和生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块,并弄清其内在机理和规律。开展中试研究，验证实验研究成果的可行性，弄清废浆2018.4.102019.4.10和尺寸效应对生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块性能的影响，并对实验室研究成果进行调整。开展生产工艺改进和工程应用的研究。根据用户反馈的2019.4.102020.4.10问题，对现有生活垃圾焚烧炉渣环保水泥加气碎砌块配方和生产工艺进行改进和完善。结题。2020.4.102020.7.10项目验收八、科技经费申请科技厅资助经费支出预算（承担单位）承担单位：福州大学土木工程学院科目科技项目经费申请科技厅资助经费预算计算依据（限250字）经费
20、支出定义（一）直接费用O在项目研究开发过程中发生的与之直接相关的费用八设备费O指研乐开发项目过程中所发生的仪器、设备、样机购置和自行试制,以及对现有仪器设备进行升级改造和租赁外单位仪器设备而发生的费用。已在“福建省大型科学仪设备协作共用网，上登记的大型科学仪器设备,其共享服务能够满足项目实施需要的,管理部门不再批准利用财政性资金重复购置、试制。其中：购置O须注明购置设备名称、型号、单价、数量、用途，拟安置单位、购置设备的开放共享方案试制O须注明试制设备名称、数量、用途，试制设备的方案和成本构成升级改造O说明改造前后仪器设备的主要技术指标及功能的区别租赁O说明租赁设备的次数、期限、支付标准等的测
21、算依据2、材料费17矿渣、石灰、激发剂等在项目研究、开发过程中消耗的各种原材料、辅助材料等低值易耗品的采购及运输、装卸、整理等费用，详细列支各种材料的名称、规格、型号、购买单价、购买数量以及总金额。3、测试化验加工费5微观检测在项目研究、开发过程中支付给外单位（包括项目承担单位内部独立经济核算单位）的检验、测试、化验及加工等费用，说明测试化验加工的任务内容、任务承担单位、次数、费用等4、燃料动力费0.5水、电、气、燃料消耗费用等在项目研究、开发过程中相关大型仪器设备、专用科学装置等运行发生的可以单独计量的水、电、气、燃料消耗费用等，所需数量、单价等测算依据5、差旅费3在项目研究、开发过程中开展
22、科学实验（试验）、科学考察、业务调研、学术交流等所发生的外埠差旅费、市内交通费用等。差旅费的开支标准应当按照国家、省内有关规定执行。6、会议费4参加国内学术会议在项目研究、开发过程中为组织开展研讨、咨询，以及协调项目等活动而发生的会议费用。项目承担单位应当按照国家、省内有关规定，严格控制会议规模、会议数量、会议开支标准和会期。7、国际合作与交流费3用于外国教授来华和课题组成员出国访问交流在项目研究、开发过程中项目组人员与国外科研机构合作、培训及邀请有关专家来闽工作等费用。国际合作与交流的费用应当严格执行国家外事经费管理的有关规定。8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费2资料费、专利申请费项目
23、研究、开发过程中需要支付的出版费、书籍购买费、资料费、文献检索费、专用软件购置费、专业通信费、专利申请与维护费，以及知识产权顾问费等各项费用。9、劳务费8用于研究生的劳务支出在项目研究、开发过程中支付给项目组聘用人员的劳务性费用和社会保险补助等。项目组聘用人员中非工资性收入人员，可在劳务费中列支劳务性支出和社会保险补助，其他聘用人员只列支劳务性支出。10、专家咨询费1咨询专家在项目研究、开发过程中按标准支付给临时聘请的咨询专家的费用。专家咨询费不得支付给参与项目管理的相关人员。11、其他支出0与项目研究开发相关且不能列入上述费用的其他必要费用，其他支出应当严格控制，加强审核和监督，在申请项目经
24、费预算时单独列示并注明开支的具体内容，单独核定。间接费用6.5在组织实施项目过程中发生的无法在直接费用中列支的相关费用。主要包括:仪器设备及房屋，水、电、气、暖消耗，关管理费用的补助支出，以及绩效支出等。其中，绩效支出是指承担项目任务的单位为提高科研工作绩效安排的相关支出，可不纳入项目承担单位绩效工资总额。项目承担、合作单位不得在核定的问接费用以外再以任何名义在科技项目经费中重复提取、列支相关费用。间接费用使用分段超额累退比例法计算并实行总额控制，按照不超过科技项目经费中直接费用扣除设备购置费后的一定比例核定：科技项目经费预算在100万元（含100万元）以下的部分按照不高于20%的比例核定；超
25、过100万元至500万元（含500万元）的部分按不高于13%的比例核定；超过500万元的部分按照不高于8%的比例核定。其中：绩效支出0间接费用中绩效支出按不超过直接费用扣除设备购置费后的5%核定。合计O九、人员安排江其东季韬陈贤玉林旭健郑登登潘晓鑫樊静宜辛东升张山曾学鹏杨宇十、申报条件和要求一般项目1 .申报单位必须与国（境）外合作单位签订项目合作协议，开展实质性的科技合作。申报时须附申报单位与（国）境外单位的合作研发协议书。2 .申报单位为高校的，鼓励产学研联合，与企业合作联合申报，并签订项目合作协议。3 .项目负责人在项目结束时年龄原则上不超过60周岁，同期主持的省科技计划项目数原则上不超过1项（含省科技重大专项的专题项目，原科技重大项目/重点项目、区域发展项目、高校产学合作项目、对外合作项目、星火项目、引导性项目、软科学项目、科技型中小企业技术创新资金项目，以及自然科学基金项目）。4 .每个项目申请资助经费额度不超过15万元。5 .申请书相关附件：合作协议书。申报时间：各学院应于9月10日之前完成网上申报工作，并于9月10日之前提交在线打印项目申请书和汇总表各2份（注：项目汇总表要求推荐排序，由学术委员会主任（或分管科研院领导）签字，并盖院章。）报校科技处。联系人：陈宪荣，电话：22865525；邮箱：kych（福州大学科技处2016年5月7日
