第一节　绿色建材的研究现状

一、绿色建材的定义及内涵

“绿色建材”是从“绿色材料”和“生态环境材料”的定义演变而来的。“绿色材料”是20世纪80年代后期世界各国为适应全球环保战略，进行产业结构调整的产物。1988年第一届国际材料科学研究会议上首次提出了“绿色材料”这一概念。1992年国际学术界给其以明确的定义：绿色材料是指在原料采取、产品制造、使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球环境负荷最小和有利于人类健康的材料。

1990年，日本学者山本良一提出“生态环境材料”的概念，认为生态环境材料应是将先进性、环境协调性和舒适性融为一体的新型材料。我国左铁镛院士提出：生态环境材料是同时具有满意的使用性能和优异的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。1998年，在国家科学技术部、国家863新材料领域专家委员会、国家自然科学基金委员会等单位联合组织的“生态环境材料研究战略研讨会”上，提出生态环境材料的基本定义为：具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指所用的资源和能源的消耗量最少，生产与使用过程对生态环境的影响最小，再生循环率最高。

绿色建材是绿色材料和生态环境材料在建筑材料领域的延伸，从广义上讲，绿色建材不是一种单独的建材产品，而是对建材“健康、环保、安全”等属性的一种要求。1999年，在我国首届全国绿色建材发展与应用研讨会上首次提出绿色建材的定义，指出绿色建材是采用清洁生产技术，不用或少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市固态废物生产的无毒害、无污染、无放射性，达到使用周期后可回收利用，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。根据这一定义，绿色建材不仅仅是指在使用中对环境没有危害、对人类健康没有影响的建筑材料，而且还要求建筑材料在原料采集、制备生产、使用消费、循环利用、资源再生等整个生命周期对环境均是有利的。

图2.1通过对传统建材与绿色建材和环境关系的对比，反映了绿色建材与环境保持着良好的协调性。可以看出，传统建材的生产、使用和废弃的过程是一种提取资源、消耗能量，再大量地将废弃物排回到环境之中的恶性循环过程。而绿色建材对资源和能源消耗少，对生态环境破坏性影响小，且再生循环利用率高，有利于环境资源和能源的循环再生。

总体而言，绿色建材区别于传统建材的基本特征可以归纳为以下几个方面。

1.建筑材料的环境特性

绿色建材要在其整个生命周期中对环境产生尽可能少的影响，从原材料获取与加工、生产与制造、使用维护以及废弃处理过程中都应具有良好的环境协调性，不危及人身健康与安全，资源和能源消耗低、环境污染小、废弃物排放少，正常使用寿命内便于维护，当其丧失使用功能时应具有一定的回收利用性。

2.建筑材料的功能特性

绿色建材首先应具有优良的使用功能和可靠的质量保证，又要有优良的功能特性。绿色建材应以改善居住环境为目的，不仅不应损害人体健康，还应有益于人体健康，具有抗菌、防霉、调温湿、隔热、隔声、抗静电等多种功能。

3.建筑材料的多生命周期特性

在进行绿色建材设计和评价时，应从建材的整个生命周期考虑问题，从而实现建材的环境特性和功能特性。绿色建材的生命周期不但包括本代建材的生命周期的全部时间，而且还包括废弃或停止使用以后各代建材中的循环使用或循环利用的时间。

二、在我国发展绿色建材的意义和必要性

截至2012年年底，我国建材行业年工业产值达到40979.17亿元，同比增长36.86％。表2.1是2009～2013年来我国主要原材料的产量统计，表2.1中所有材料的产量都占世界第一。相应地，建筑材料对资源和环境的影响也列第一位。以我国建筑材料生产而言，目前每年生产各种建筑材料要消耗资源50亿吨以上，消耗能源达2.2亿多吨标准煤，破坏农田0.7万公顷。每生产1t普通硅酸盐水泥熟料要排放0.527tCO₂，每生产1t建筑石灰要排放0.4tCO₂，仅这两种产品每年排放CO₂达10亿多吨。再加上生产玻璃、陶瓷、砖瓦等消耗燃料产生的废气，全国建材工业每年排放的CO₂达15亿吨以上，占我国温室效应气体排放总量的1/3，是造成地球温室效应的主要原因之一。

表2.2是我国主要建材产品能源消耗与世界水平的比较结果。可见，我国的主要建材产品水泥、玻璃、建筑卫生陶瓷的能耗都比国外同类产品的能耗高10％～50％。不过我们也应该看到，我国在降低建筑材料综合能耗方面，近些年来已经取得了长足进步。在2005年以前，我国主要建筑材料产品的综合能耗甚至高达世界水平的50％～200％。

长期以来，人们生产与使用传统建材，只考虑其使用性能，而忽视其对生态环境与社会发展的影响。传统建材在生产过程中不仅消耗大量的天然资源和能源，还向大气中排放大量的有害气体（CO₂、SO₂、NO_x等），向地域环境排放大量固体废物，向水域环境排放大量污水。某些建筑装饰、装修材料在使用过程中释放出对人体健康有害的挥发物。废旧的建筑物与构筑物被拆除后，被废弃的建筑材料通常不再利用，而成为又一环境污染源。建筑材料和建筑工程造成的环境问题主要有以下几个方面。

1.产生大气污染

建材工业是仅次于电力工业的全国第二位耗能大户。煤、油、燃气大量燃烧排出CO₂、SO₂、SO₃、H₂S、NO_x、CO等气体。在水泥、石棉等建筑材料生产和运输过程中产生大量粉尘。化学建材中塑料的添加剂、助剂的挥发，涂料中溶剂的挥发，黏结剂中有毒物质的挥发等都对大气带来各种污染。

2.产生建筑垃圾

建筑垃圾也就是建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生的渣土、弃土、弃料、余泥及其他废弃物。还有废建筑玻璃纤维、陶瓷废渣、金属、石棉、石膏、装饰装修中的塑料、化纤边料等都需要再生利用。目前，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30％～40％。以每万平方米500～600t的标准推算，到2020年，我国还将新增建筑面积约300亿平方米，新产生的建筑垃圾将是一个令人震撼的数字。然而，绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费，同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。

3.排放废水产生污染

国家规定，混凝土拌和用饮用水，一般都用自来水，pH要求大于4。但建筑工地废水（混凝土搅拌地）碱性偏高，pH=12～13，还夹杂具有可溶性、有害的混凝土外加剂。水泥厂及有关化学建材生产企业超标废水大量排放。还有窑灰和废渣乱堆或倒入江湖河海，造成水体污染。

4.消耗大量可耕土地

每生产一亿块黏土砖，就要用去1.3×10⁴m²土地，对我国人口众多、人均土地偏少的国家是很严重的资源浪费。

5.产生噪声和强烈的振动

建筑施工中建筑机械发出噪声和强烈的振动。噪声已成为城市四大污染之一，即废水、废气、废渣和噪声。噪声对人的听觉、神经系统、心血管、肠胃功能都造成损害。据测试，有相当部分的施工现场，噪声都在90～100dB，远高于国家规定的白天施工小于75dB、夜间施工小于55dB的噪声控制标准。

6.产生光污染及光化学污染

城市高层建筑群不利于汽车尾气及光化学产物的扩散，使NO_x等气体对人体产生光化学作用，危害人体健康。另外城市高楼的玻璃幕墙产生光污染现象也相当严重。

7.可能造成放射性污染

有些矿渣、炉渣、粉煤灰、花岗岩、大理石放射性物质超量，制成建筑制品对人体造成外照射（γ射线）和内照射（氡气吸入）。人生活在这样的居室中长期受放射性照射，影响身体健康。

在充分关注地球环境问题的今天，上述的环境影响将对建材和建筑工程设计提出新的要求。国家颁布执行《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378）对绿色建材提出具体要求，主要体现在建筑材料能够有助于延长建筑的使用寿命；建筑材料的生产和运输过程本身是节能、节水、节约矿产资源和环保的；建筑材料的功能和性能有助于建筑的节能环保；建筑材料最好能易于回收再利用等。绿色建材是实现绿色建筑的物质基础得到了建材和建筑行业的认同，催生了绿色建材的开发和应用。同时，发展绿色建材也必将推动传统建材行业的技术改造和产品的升级换代，促进建材行业施行清洁生产、材料循环再生制度和能源最大化利用技术，从而形成一批新的产业和新的经济增长点，提升建材行业的科技含量和水平。因此，为了提高人民的居住水平和生活质量，同时保障国民经济建设快速发展，开展绿色建材的研究、开发和推广应用势在必行。

建筑材料的生命周期一般包括原材料的选取和建材的制造、使用和废弃等阶段，各阶段可能对生态环境的影响如图2.2所示。从绿色建材的定义出发，应当针对建材生命周期各个阶段分别加以研究和改进，降低对相关能源、资源的消耗和对环境的污染，进而实现传统建材的绿色化过程。

三、建材原材料选取阶段的“绿色化”研究方向及进展

在我国，由于加工技术落后，导致建筑材料行业对不可再生资源的综合利用率非常低。不合理的开采和浪费更加剧了资源短缺，如冶金矿山中大量石英等矿物被作为脉石丢弃；与煤共生的高岭土、陶瓷土等矿产大都未被利用；石棉矿山中，占采掘量95％的蛇纹石也基本作为尾矿丢弃。生产1t生铁，消耗矿石量3～5t，生产1t钢，消耗铁矿石10t以上。据统计，我国矿产资源总回收率仅30％～50％，与世界先进水平相比低20％。

如表2.3所示，从资源效率看，甚至常用的原材料如钢、铁、铝材的资源效率都低于50％。亦即每生产1t上述建筑材料，要向环境排放一半以上的废弃物，给环境带来难以承受的负担，远远超出了环境的容纳和消化能力。为了解决这一问题，工业废渣和其他废料的建材资源化是一个合理的研究方向。

1.工业废渣的建材资源化研究

据中国环境公报统计，2013年，全国工业固体废物产生量为32.8亿吨，综合利用量（含利用往年储存量）为20.6亿吨，综合利用率为62.3％。建材行业是消化工业废渣的主力军。据统计，全国建材业每年消纳和利用的各类工业废渣约占全国工业废渣利用总量的80％。

我国常见的工业废渣有煤矸石、粉煤灰、高炉矿渣、固硫渣等。多数工业废渣通过技术手段都适合用作建筑材料，是因为：①从化学成分看，多数工业废渣适合做建筑材料的原料；②建筑材料是最大宗的材料，有能力消耗大量的工业废渣，利废为宝；③利用工业废渣生产建筑材料，能产生良好的经济效益。可以说，从综合经济、社会、环境效益来看，工业废渣用于建筑材料方面的资源化程度更高。各类工业废渣的综合利用如表2.4所示。

在以上几类工业废渣中，目前回收利用较为成熟的是煤矸石（采矿废渣）、粉煤灰（燃料废渣）和高炉矿渣（冶金废渣），其相关研究进展表现在以下几个方面。

（1）煤矸石利用方面　利用煤矸石烧结空心砖和制备水泥是煤矸石综合利用量最大、应用面最广、社会效益和经济效益最为显著的两个途径。在我国，利用煤矸石全部或部分代替黏土，采用适当烧制工艺生产烧结砖的技术已经成熟，且生产出来的烧结砖的质量可以达到甚至超过传统黏土砖的质量标准。以煤矸石为原料生产水泥，主要是根据煤矸石和黏土的化学成分相近，再加上煤矸石能释放一定的热量，可节省部分燃料。煤矸石作水泥原料使用时，可改善水泥生料的易烧性，有利于热工制度的稳定，提高水泥熟料的质量。也可改善水泥干缩性和安定性，降低水化热，提高抗耐硫酸盐性能。据不完全统计，我国现有煤矸石制砖厂200多个，年生产能力达到30亿块以上；利用煤矸石等原料生产水泥的粉磨站和水泥厂有100处左右，年生产能力2916万吨左右。

（2）粉煤灰利用方面　20世纪90年代以后，大掺量粉煤灰混凝土已经成了混凝土研究应用的最大主题。近年来，粉煤灰开始作为混凝土的独立组分进行研究，标志着粉煤灰在混凝土中的应用进入了新的阶段，为发展优质高性能混凝土开辟了新的道路。在理论研究方面，甘昌成等围绕粉煤灰混凝土冻融耐久性，研究了不同粉煤灰掺量、冻融方式和混凝土组成材料的变化对混凝土在冻融循环中损伤程度的影响，并取得了一定的研究成果。潘钢华等探讨了强度等级、引气量水平、水灰比等因素对普通混凝土和粉煤灰混凝土抗冻融耐久性的影响。张德思和成秀珍在耐腐蚀方面，高掺量粉煤灰混凝土抗压强度、抗氯离子渗透性能及抗钢筋锈蚀性能。此外，在抗碳化及模型预测等方面我国研究人员也进行了深入研究。这些研究资料和实际应用成果均说明大掺量粉煤灰混凝土具有良好的耐久性。

（3）高炉渣利用方面　目前我国高炉渣的主要用途是用作建筑材料及其制品，大约占总用量的70％。主要用于水泥原料、混合材、制作高炉渣微粉、混凝土集料与掺合料、空心砖、高炉渣刨花板、工程回填、公路路基垫层材料等。在利用高炉渣之前，需要对其加工处理。目前，高炉渣的综合利用已经有很多成熟的技术和经验。如将高炉熔渣水淬成粒状渣（即高炉水渣），是生产水泥的原料；用适量的水处理的高炉渣可以形成浮石状的物质；经过急冷加工成膨胀渣珠或膨胀渣，可以作为轻质混凝土的集料；用气体可以将熔渣吹制成渣棉并制成各种材料。

值得注意的是，虽然以上几大类工业废渣已经广泛应用于绿色建材领域，但是目前仍有大量的较难以资源化的磷石膏、磷渣、电石渣、赤泥等有待开发利用。由于含氟、磷、碱或放射性元素等有害或有毒物质，或水含量高，“三渣一泥”的再生利用，特别是磷石膏、赤泥的利用，是全国乃至全世界的难题。其相应的研究进展和研究方向体现在以下几个方面。

（1）磷石膏的利用　由于其所含杂质多、含水率高、质量不稳定，会降低相应石膏产品、水泥制品的强度，且导致产品性能不稳定。因此，磷石膏被用于生产石膏砌块、石膏板材、水泥缓凝剂和硫酸联产水泥时，需要对磷石膏进行净化处理，除去其中的磷酸盐、氟化物、有机物和可溶性盐。国内外目前采用的净化方法有水洗、浮选、筛分、石灰中和等，经过预处理后的精制磷石膏产品基本符合建筑材料的要求。但是，处理后的磷石膏与天然石膏相比，对水泥性能的不利影响，特别是与其他外加剂适应性方面的问题仍然存在，致使磷石膏作为水泥缓凝剂使用受到限制。因此，从目前的磷石膏建材资源化水平来看，磷石膏用于生产水泥缓凝剂和硫酸联产水泥仍然存在较多困难，将磷石膏用于生产石膏砌块和石膏板材是磷石膏建材资源化的主要方向。

（2）磷渣的利用　由于其含磷、氟有害杂质，延缓水泥混凝土凝结硬化，进而影响施工进度。磷渣水泥的应用研究主要集中在外加剂的开发以及少熟料及无熟料水泥的工艺研究方面。李东旭等人运用钠-钙-硫混合激发理论，研制出成本低廉的复合外加剂来生产高掺量磷渣水泥，磷渣掺量为50％～70％时，使用外加剂技术可生产425^#和525^#磷渣水泥。方荣利等开发出FR-2型低碱性固体激发剂，以黄磷渣、钢渣为主要原料，可生产抗折强度高、耐磨性好的少熟料磷渣道路水泥。推荐的水泥配比为：水泥:熟料:磷渣:钢渣:添加剂为15:60:15:6:4。内蒙古工学院成功研究出一种被称为全黄磷渣水泥即无熟料磷渣水泥的技术，在黄磷渣中加入少量氢氧化钠、亚硝酸钠、氯化钙、硫酸钠、高岭土等，经混合不用煅烧，只需经细磨后即可制成。此种水泥能在自然条件下硬化，具有525^#普通水泥的强度。

（3）电石渣的利用　电石渣碱度高（pH=12～13）、比表面积大、保水性强、脱水困难，使之难以取代石灰石烧制水泥，对电石渣碳化砖又缺乏系统研究和相应标准。目前，电石渣在建材方面的研究方向主要包括制作水泥的缓凝剂，与流化床燃煤灰渣、工业废渣混合生产免烧砖、蒸压砖及加气混凝土砌块，以及作防水涂料的主要填料等。其中，利用电石渣-流化床燃煤灰渣制砖可同时利用两种固体废物，具有良好的经济和社会效益。据报道，随着我国新建流化床锅炉的电厂建成投产和国家对燃煤SO₂排放控制力度的加强以及我国电力高速发展，固硫灰渣的排放量近期将很快突破3000万吨。若用电石渣-流化床燃煤灰渣制砖，按500g流化床燃煤灰渣消耗100g的干电石渣计算，需要消耗电石渣600万吨，几乎能消耗全部的电石渣。

（4）赤泥的利用　由于赤泥中的铝铁含量高，导致其烧结范围窄且水硬活性差，苛性碱含量高，使之难以制备烧结砖与免烧砖。然而国内外实践表明，赤泥可生产出多种型号水泥。俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥，生料中赤泥配比可达14％。日本三井氧化铝公司与水泥厂合作，以赤泥为铁质原料配入水泥生料，水泥熟料可利用赤泥5～20kg/t。我国山东铝厂早在建厂初期就对赤泥综合利用进行了研究，在20世纪60年代初建成了综合利用赤泥的大型水泥厂，利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥，水泥生料中赤泥配比年平均为20％～38.5％，水泥的赤泥利用量为200～420kg/t，产出赤泥的综合利用率30％～55％。为更加有效地利用赤泥生产水泥，山东铝业公司已完成国家“八五”科技攻关项目“常压氧化钙脱碱与低碱赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液膜法分离回收碱技术”。使以烧结法、联合法赤泥为原料生产水泥的技术向前迈进了一大步，提高了赤泥配比，使赤泥配料提高到45％，并提高了水泥质量，由以生产425^#普通水泥为主，提高到以生产525^#水泥为主。

2.其他废料的建材资源化

（1）废塑料的利用　在废塑料中加入作为填料的粉煤灰、石墨和碳酸钙，采用熔融法制瓦。产品的耐老化性、吸水性、抗冻性都符合要求。抗折强度为14～19MPa。用废塑料制建筑用瓦是消除“白色污染”的一种积极方法；以粉煤灰作瓦的填料可实现废物的充分利用。

利用废聚苯乙烯经加热消泡后，可重新发泡制成隔热保温板材。将消泡后的聚苯乙烯泡沫塑料加入一定剂量的低沸点液体改性剂、发泡剂、催化剂、稳定剂后，经加热使可发性聚苯乙烯珠粒预发泡，然后在模具中加热制得具有微细密闭气孔的硬质聚苯乙烯泡沫塑料板。该板可以单独使用，也可在成型时与陶粒混凝土形成层状复合材料。亦可成型后再用薄铝板包覆做成铝塑板。在北方采暖地区，该法所生产的聚苯乙烯泡沫塑料保温板具有广泛用途和良好的发展前景。

（2）生活垃圾的利用　利用生活垃圾制造的烧结砖质轻、强度高，既可达到垃圾减量化处理的目的，减少污染，又可形成环保产业，提高效益。

（3）下水道污泥和河道淤泥的利用　日本已成功开发利用下水道污泥焚烧灰生产陶瓷透水砖的技术。陶瓷透水砖的焚烧灰用量占总量的44％，作为集料的废瓷砖用量占总用量的48.5％，该砖上层所用结合剂也是废釉，所以废弃物的总用量达95％。该陶瓷透水砖内部形成许多微细连续气孔，强度较高，透水性能优良。日本还开发了利用下水道污泥焚烧灰为原料制造建筑红砖的技术。中国台湾在黏土砖中掺入重量不超过30％的淤泥，在900℃下烧制砖。这种方法不仅处理了污泥，还在烧制中将有毒重金属都封存在污泥中，也杀灭了所有有害细菌和有机物。

（4）废玻璃的利用　废玻璃的传统利用技术是使用80％的废玻璃生产深色瓶罐玻璃，一般加入10％的废玻璃，可节能2％～3％。另外，利用废玻璃还可以生产玻璃马赛克、泡沫玻璃及玻璃饰面材料等建筑玻璃制品。

①玻璃马赛克　采用低温烧结法和熔融法。低温烧结法废玻璃掺加量为80％以上，熔融法废玻璃掺加量为20％～60％。用作建筑物内外饰面材料和艺术镶嵌材料。

②泡沫玻璃　是一种整体充满微孔的玻璃材料，其气孔占总体积的80％～90％，是一种性能优良的隔热隔声材料。废玻璃掺加量为60％～80％，加热发泡温度为800～850℃。

③玻璃饰面材料　是利用废玻璃粉与钢渣、着色剂一次烧结法生产的微晶玻璃仿大理石板材。利用废玻璃生产玻璃微珠、玻璃砖、玻璃棉等多种具有重要使用价值的新型材料，进一步扩大了绿色建材的品种和范围。

（5）废旧轮胎的利用　全世界汽车保有量已超过10亿辆，每年因汽车报废产生的固体废物达上千万吨。其中，废旧汽车轮胎是一类较难处理的有机固体废弃物，目前大量的应用也是在建材方面。其应用方向如图2.3所示。

四、建材制造生产阶段的“绿色化”研究

传统建材的制造是一个高能耗过程。表2.5给出了各国建材产品生产能耗比较。可以看出，我国的主要建材产品的生产能耗比国外同类产品的能耗高10％～200％。从1995年我国建材工业消耗能源就突破2亿吨标准煤，且一直保持在全国能源消耗的15％以上的水平。因此，节能降耗技术是我国建材工业大力推广的技术，同时也是绿色建材的必备条件之一。

除了能耗问题以外，传统建材的生产过程也会对环境和人体健康造成较大危害。随着我国近年来建材产业的快速发展，随之产生的排放问题也日益严重。据报道，钢铁、水泥和玻璃工业每年都会将大量工业粉尘、NO_x、SO₂、CO和CO₂排放到大气中，同时产生超标废水、废渣造成水体污染。例如，钢铁行业每年排放的废气和废水分别约占工业总排放量的30％和15％；水泥工业每年年产废水近3亿吨，粉尘的排放更为可观，为水泥产量的2％～3％；玻璃行业每年的废水排放量也达2亿吨左右。建材行业除废水、废气外，另一个污染源是工业固体废物。传统建材生产过程中产生的废料、废渣、粉尘和污泥大约95％都废置在陆地上。据统计，至1999年，工业固体废物累计储存量为64亿吨左右，占地约5.5亿平方米。我国工业固体废物每年产出量6亿～7亿吨，平均每年约产生200万～300万吨废钢铁、600万吨废纸、200万吨碎玻璃、70万吨废塑料、30万吨废橡胶。除了污染环境外，部分传统建材的生产过程本身也会对人体健康造成直接伤害。例如，石棉制品之所以被限制生产和使用，就是因为长期接触石棉纤维会对生产者造成“硅肺病”。现已证实，工业污染物、重金属等会对免疫、神经和生殖系统造成损害。由此可见，抓好建材行业生产过程中的污染治理对我国环保产业具有重要的意义。

为了降低建材生产过程中的能耗和环境污染，国外自20世纪70年代开始着手研究用可燃性废料作为替代燃料应用于水泥生产。大量的研究与实践表明，水泥回转窑是得天独厚处理危险废物的焚烧炉。水泥回转窑燃烧温度高，物料在窑内停留时间长，又处在负压状态下运行，工况稳定。对各种有毒性、易燃性、腐蚀性、反应性的危险废物具有很好的降解作用，不向外排放废渣，焚烧物中的残渣和绝大部分重金属都被固定在水泥熟料中，不会产生对环境的二次污染。同时，这种处置过程是利用水泥生产过程同步进行，处置成本低，因此被国外专家认为是种合理的处置方式。欧盟在2000年公布了2000/76/EC的指令，对欧盟国家在废弃物焚烧方面提出技术要求，其中专门列出了用于在水泥厂回转窑混烧废弃物的特殊条款，用以促进可燃性废料在水泥工业处置和利用的健康发展。

可燃性废物的种类主要有工业溶剂、废液（油）和动物骨粉等。目前，世界上至少有100多家水泥厂已使用了可燃性废物。

2008年日本所有废物再生利用中有15％为水泥再生利用，到2010年，每吨水泥的废物利用量已达469kg；德国水泥工业中用废物作为替代燃料达到了35％，利用较好的厂家达到78％；美国共有37家水泥厂或轻集料厂用危险废物作为替代燃料烧制水泥，处理了近300万吨危险废物，占美国500万吨危险废物的60％，全美国液态危险废物的90％在水泥窑进行焚烧处理；法国、挪威、加拿大、瑞士等发达国家也利用水泥窑焚烧废物，并不断提高工艺技术，提高替代燃料和原料的比率。欧洲每年要焚烧处理100万吨有害废物；瑞士豪西蒙（Holcim）公司可燃废物替代燃料已达80％，其他20％的燃料仍为二次利用燃料石油焦；法国拉法基（Lafarge）公司可燃废物替代率达到50％以上。2009年，各国水泥工业可燃废料对煤的替代率分别是：德国60％、荷兰81％、挪威98％、比利时50％、法国34％、捷克45％、日本12％、美国24％，其原料替代率均在40％以上，极大地减少了化石类燃料的使用，改善了环境。

我国从20世纪90年代开始进行利用水泥窑处理危险废物的研究和实践，并已取得一定的成绩。北京金隅集团在国内最早开始进行水泥窑协同处置城市废物的探索和试验，1999年初在所属的北京水泥厂开始利用水泥窑进行废弃物处置，建成了国内第一条利用水泥窑处置危险废物示范线和处置生活污泥示范线；上海市新建两条5000t熟料生产线，用于协同处置生活污泥；广州市越堡水泥公司于2010年2月建成一条日处理600t生活污水厂污泥的生产线；重庆市与拉法基合作研发污泥处置项目以解决重庆市主城区污水处理后污泥处置的难题；天津市为解决城市废物处置问题依托金隅集团所属的天津振兴水泥公司开展水泥窑协同处置生活污泥的试验，并取得较大进展；2010年4月10日，安徽省铜陵市政府与海螺水泥合作建成铜陵市水泥窑协同处置城市生活垃圾焚烧，实现了生活垃圾“无害化、安全化、资源化、减量化、稳定化”处置。到2012年，国内已投产运行的水泥窑协同处置废物项目约19个企业的20条生产线。“十二五”期间我国水泥工业协同处置废物将取得重大突破。国内外城市废物处理的成功经验表明，利用水泥窑协同处置城市废物不仅安全可行，而且是大势所趋。

北京水泥厂建成的国内第一条利用水泥窑处置危险废物示范线和处置生活污泥示范线，又先后承建运营北京市危险废物处置中心、自主研发建设利用水泥窑处置城市污泥示范线和生活垃圾焚烧飞灰无害化利用中试线等重点循环经济项目。截至2012年，已处置北京现代汽车、京东方、印钞厂等1000多家在京企业的危险废物，累计26万吨；处置城市开发建设过程中地铁10号、5号线、广华新城、化工厂、农药厂、焦化厂等地块污染土壤100多万吨；处置清河、酒仙桥、北小河、北苑污水处理厂生活污泥，累计15万吨；处置高安屯、首都机场、顺义综合垃圾厂生活垃圾焚烧飞灰，累计3万多吨。为首都城市建设做出了积极贡献。

我国所采用的可燃性废物中，较为值得研究的是煤矸石和秸秆。

1.利用煤矸石作燃料

煤矸石是可燃固体废物的主要组成部分。煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废物，其中含有一定量的可燃的碳成分。如果长期放置，煤矸石不但占用大量土地，还可能由于其硫铁矿物和碳物质的存在，在干旱季节自燃引起森林火灾，排放大量的SO₂、NO_x和烟尘，造成严重的大气污染。据有关部门分析测算，我国由煤矸石排放每年带来的直接经济损失高达120亿元。因此，燃烧和热量回收是实现煤矸石能源化和资源化利用的有效方式之一。然而，与传统燃料相比，煤矸石还具有热值低、难燃烧的特点，因此需要对其燃烧过程（加热、挥发分析出、挥发分着火和燃烧及固定碳着火、燃烧4个阶段）进行详细的研究，以深入了解煤矸石的燃烧特性和规律，进而提高煤矸石的综合利用水平。

2.利用秸秆作燃料

据统计，随着我国粮食连年增产，2013年全国秸秆总产量已达8亿吨。同时，随着我国农业、农村经济的发展，农作物产量呈逐年增加之势，秸秆产量也势必增加。长期以来，秸秆是我国农村居民主要生活燃料、牲畜饲料和有机肥料的原料，少部分秸秆会作为工业原料和食用菌基料，但大量资源尚未有效利用。近年来，随着农村劳动力转移、能源消费结构调整和各类替代原料的应用，加上秸秆综合利用成本偏高、经济性差、产业化程度低等原因，开始出现了地区性、季节性、结构性的秸秆过剩。如何处置大量剩余的秸秆成为一个新问题，特别是在粮食主产区和沿海经济发达地区，违规焚烧现象屡禁不止，秸秆的任意焚烧不仅浪费资源、污染环境，还严重威胁交通运输安全。

自1999年《秸秆禁烧和综合利用管理办法》实施以来，各地加强对秸秆禁烧和综合利用力度，并研究秸秆资源合理化利用方法，发现实现秸秆工业化利用是秸秆综合利用的关键；同时由于利用秸秆生产建筑材料不会产生游离甲醛，具有环境友好性，可为我国建材工业的发展提供广阔前景。因此将秸秆用作建材原料，以及生产建材时的燃料，都是秸秆综合利用的有效方法。

五、建材使用阶段的“绿色化”研究

1.降低建材使用阶段能耗的研究

建筑物是建筑材料使用的最主要的表现形式，建筑物的使用和维护要消耗大量能源。建筑物生命周期能源消耗主要有三个方面，包括建筑材料制造的能耗、建筑材料运输和施工的能耗以及建筑物使用能耗。由表2.6可知，建筑物使用能耗与建筑材料制造能耗比大致是1:4，建筑物使用能耗与整个生命周期能耗比大致是1:6，也就是说建筑使用6年后其使用能耗将超过总建筑能耗。

据估计，全球一次性能源高达1/3用于建筑物的使用和维护。大部分建筑物能源消耗是用作室内温度调节、采暖、空调、照明及设备运转需消耗大量的能源。我国建筑使用能耗中，仅占全国人口14％的采暖人口每年用于采暖的能源高达1.3亿吨标准煤以上，占全国能源生产的15％，单位面积能耗相当于发达国家的3倍。降低建筑物的使用能耗取决于建筑设计和建筑材料，我国每年因保温不良的墙体造成的热损失估计达1.2亿吨标准煤。由于建筑物的外墙、屋面与窗户是降低建筑能耗的关键，因此开发保温隔热材料用于建筑物墙体和窗户，是降低建材使用能耗的重要研究方向。

（1）保温墙体材料　目前，我国绝大多数建筑的外墙仍采用实心黏土砖，实心黏土砖的热导率是矿棉等保温材料的20倍左右，保温效果很差。其他一些普通的墙体材料（低容重的加气混凝土除外）也不能满足建筑节能的要求，必须与一些高效的热绝缘材料相复合，诸如岩棉板、玻璃棉毡、膨胀珍珠岩、阻燃的聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、改性酚醛泡沫树脂板等。为实现建筑节能新标准的要求，根本出路是发展高效保温节能的外保温墙体和自保温墙体。

外墙外保温体系就是在基层墙体外面附加聚苯板，聚氨酯等保温性能良好的绝热保温材料作保温层或外涂保温砂浆。这种技术既能完全消除墙体中的热桥，达到比较满意的绝热效果，同时提高居住面积和舒适性。我国外墙外保温的发展是伴随着中国建筑节能工作的不断推进，在学习和引进国外先进技术和理念的基础上进行的，但主要集中在北方采暖地区。20世纪90年代出现了一种透明绝热材料（transparent　insulated material，TIM）。可将TIM与外墙复合成透明隔热墙（transparent　insulated　wall，TIW）。TIW由保护玻璃、遮阳卷帘、TIM层、空气间层、吸热面层和结构墙体组成。不仅可以得到太阳辐射热，还可以得到TIM的反射能。TIM层在黑色吸热面外侧，在冬季可阻止吸热面向室外散热，在夏季可避免室外过多的热量进入室内。玻璃内的遮阳卷帘（卷帘外表面为高反射面）可调节抵达墙面的太阳辐射量。

另一类是自保温体系，指的是以单一墙体材料即能满足现有节能要求的外墙保温体系，墙体自保温技术作为近年来国内学者提出的一个新技术方向，随着外墙外保温系统应用中存在的问题特别是防火问题的出现才逐步得到关注，但现有研究主要集中在自保温墙体材料方面，针对墙体自保温系统性研究少且基本停留在讨论阶段。目前，我国应用较多的自保温墙体材料有加气混凝土砌块、轻集料混凝土小型砌块、陶粒自保温砌块、泡沫混凝土砌块等。

①加气混凝土砌块　加气混凝土制品在国外已有近百年的发展历史，我国引进该技术也有近40年的历史，其生产工艺和设备趋于成熟。加气混凝土砌块是目前最常见的自保温墙体材料，由含钙材料（水泥、石灰）、含硅材料（石英砂、粉煤灰、页岩）和加气剂（铝粉）等原材料，经磨细、配料、搅拌、浇注、切割、蒸压养护等工序生产而成，具有轻质、高强、保温、隔热、吸声、防火、可加工等特点，且原材料丰富。目前市场上的加气混凝土砌块的干密度一般在300～850kg/m³之间，上海伊通有限公司与同济大学合作开发的加气混凝土砌块干密度在400～850kg/m³之间，传热系数在0.12～0.16W/（m²·K）之间，但抗压强度较低。此外，已于2006年9月竣工的福建大学建筑节能示范公寓以加气混凝土砌块作为墙体材料，采用专用砌筑砂浆、界面剂、抹面砂浆等配套材料进行干法施工，在实践中完善了加气混凝土自保温体系。该体系具有适用范围广、工艺简便合理等优点。

②轻集料混凝土空心砌块　轻集料混凝土空心砌块由于原材料的种类不同，其产品表观密度差别较大，进而造成其热阻差异较大，这些都直接影响了产品的保温隔热性能。而且因受力需要，砌块必须具有一定厚度的混凝土肋，这就形成了热流通道，即“热桥”。同时，孔洞中的空气在冷热面温差的作用下产生对流传热，也加快了热量的传递。因此，轻集料混凝土空心砌块的保温效果并不理想。

③陶粒自保温砌块　陶粒自保温砌块是一种新型轻质自保温节能砌块，规格品种多样，具有优良的技术性能和热工性能。陶粒自保温夹芯砌块的主砌块规格与陶粒自保温空心砌块相同，是为了进一步降低其传热系数而在陶粒自保温空心砌块中填充了轻质保温材料。根据设计墙体对传热系数的不同要求，可以填充其中的一排或两排孔，也可以将孔全部填满。浙江大学与浙江上虞科元自保温墙体材料有限公司联合研制的陶粒增强加气砌块以河道淤泥、粉煤灰、混凝土管桩厂的离心余浆为主要原料，经过轻质陶粒和引气浆体制备、混合、浇模、静养、自动切割、蒸汽养护等工艺制备而成。其干体积密度为450～750kg/m³，可有效减轻墙体施工的劳动强度，减小建筑物的自重，其传热系数为0.11～0.18W/（m²·K），是黏土砖的1/5、混凝土的1/8。该产品已在浙江和江苏两省推广应用。在夏热冬冷地区，240mm厚的陶粒增强加气砌块墙体即可满足建筑节能50％的要求，与其他措施相结合则可实现建筑节能65％的目标。陶粒自保温墙体坚固耐用，施工方法简单易操作，且造价相对于其他外墙外保温体系低很多。

④泡沫混凝土砌块　泡沫混凝土是将专用发泡剂与水按一定比例混合，经机械搅拌或与空气强制混合后产生大量气泡，再与水泥浆等物料进行混合而形成的一种保温性能好、强度高的低密度材料。在制作过程中可掺入粉煤灰、炉渣、聚苯颗粒等大量固体材料，以改善其自身的物理性能。在容重为500kg/m³的情况下，发泡水泥的传热系数一般≤0.09W/（m²·K）。实际生产中的容重一般控制在400kg/m³左右，此时的传热系数约为0.085W/（m²·K）。在容重一定的情况下，泡沫水泥的强度随水泥标号及掺和料数量的变化而变化。在不掺加任何混合料，选用525^#水泥，容重不足300kg/m³的情况下，每立方米发泡水泥的抗压强度可达到3MPa以上。与加气混凝土相比，发泡水泥的性能更加优良，这是由于二者的发泡机理不同。加气混凝土的气泡不规则、大小不均匀且离散，而发泡水泥的气泡周围均挂满了水泥浆，形成了一层光滑的水泥浆壁，气泡光滑、独立、均匀，密集的气泡群结合在一起，构成了具有一定特性的发泡水泥。若使用发泡水泥砌块作为外墙砌体材料，传热系数按0.1W/（m²·K）计算，在厚度不足300mm的情况下，用于寒冷地区的墙体自保温体系中，完全可以实现建筑节能65％的标准。

（2）保温门窗玻璃材料　随着对居室美观、舒适要求的不断提高，建筑玻璃门窗所占面积逐渐增大，已经占到总墙体面积的15％左右。为解决现代建筑功能要求和节能的矛盾，国内外正在积极研究开发具有保温功能的玻璃门窗体系。国际上从传热系数为2～3W/（m²·K）的红外反射覆面层玻璃窗、到内充氩气的双层玻璃窗，再到传热系数仅为0.4W/（m²·K）的内充硅气凝胶的抽真空的双层电镀玻璃窗，门窗材料的发展适应了建筑节能的要求。北欧和北美国家的窗户传热系数一般小于2.0W/（m²·K）。目前，我国除采用低辐射中空玻璃的PVC塑料双层窗外，其他类型窗很少达到这样的要求。

玻璃是目前门窗材料的主体。但由于玻璃不仅传热系数高，更会通过热辐射散失大量热量，玻璃材料保温隔热技术的研究至关重要。目前节能保温玻璃主要可以分为热传导阻碍型玻璃、热辐射阻碍型玻璃、变色玻璃等。

①热传导阻碍型玻璃　其主要原理是阻碍声子在玻璃中的传播，从而降低热传导系数。因此除了保温功能，热传导阻碍型玻璃还可以有效地隔绝室外噪声，一举两得。热传导阻碍型玻璃具体又可分为中空玻璃和真空玻璃两种。前者类似于双层玻璃，这种玻璃是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开，并对其周边黏结密封。玻璃层之间是一层有干燥气体的空腔，这层被限制了流动的气体层具有极低的热导率，从而降低了玻璃整体的传热系数。与普通玻璃相比，中空玻璃的传热系数至少可降低40％；真空玻璃类似于中空玻璃，区别是真空玻璃空腔内的气体非常稀薄，气压极低，接近真空。真空中声子不能传播，因此其热导率近乎为零。与中空玻璃相比，其保温性能更好，热阻更高，因此具有更好的防结露性能和隔热节能。澳大利亚悉尼大学是真空玻璃研发成功的鼻祖，该大学应用物理学院于1993年首家研发成功真空玻璃，1996年转让专利使用权给日本板硝子（NSG），进行商业化生产。目前悉尼大学对真空玻璃的研发工作仍在继续，研究主要集中在传热机理、力学研究、真空的稳定性、热流量的测量、产品技术和成本等方面。

②热辐射阻碍型玻璃　主要通过调节对不同波长的光的吸收或反射，从而在达到理想采光效果的同时，降低进入室内的热辐射。热辐射阻碍型玻璃又可具体分为反射型玻璃和吸收型玻璃。反射型玻璃主要通过镀膜的方法，提高对红外光的反射率，从而实现隔绝热辐射的玻璃。这种玻璃一般在表面镀一层或多层金属，例如铬、钛或不锈钢等，或使用其他化合物组成的薄膜。与普通玻璃相比，反射型玻璃提高了遮阳性能，但基本不改变热导率，因此通常需要与中空玻璃复合，将金属镀层放置在中空隔层内，既保护了镀层免受风吹雨淋的侵蚀，又降低了热导率。吸收型玻璃与镀膜的反射型玻璃不同，吸收型玻璃将金属离子分散在内部，这些离子能强烈吸收特定波长的光，并再次辐射。其保温效果与温室效应类似，只不过此时“温室”变成了室外环境。对光线的吸收率越高，返回环境中的二次辐射就越多，越能隔绝外界光辐射的进入。相关研究中，A.Seeboth等采用聚醚/聚羟基凝胶填充在玻璃夹层中制取了温致透光率可逆变化材料，该材料透光率可由20℃以下的10％左右变化至30℃以上的90％左右，但其温致变化方向性与建筑方面要求相反。Haruo Watanabe教授等采用一种水溶性聚合物与其他材料配合填充于玻璃夹层中，制取了温致透光率可逆变化材料，该材料透光率可由28℃以下的90％左右变化至32℃以上的10％左右，结果表明基本符合建筑方面的需要。

③变色玻璃　为了解决反射型玻璃和吸收型玻璃光学特性单一，在日照状况波动时不能自动调节的问题，人们又开发出了一系列变色玻璃，其在阳光强烈时颜色变深，提高吸收率或者反射率；采光不够时颜色变浅，提高透过率。变色玻璃主要包括主动型与被动型两种。主动型变色玻璃主要依靠人为地提供指令，改变玻璃的颜色，最常见的一种类型就是液晶调光玻璃。液晶调光玻璃又称为电致变色玻璃、智能调光玻璃，它的中间夹有液晶膜，并经过特殊工艺方法添加透明电极制作而成。当液晶分子取向与传播光的光轴方向一致时，光线可以透过；当液晶分子混乱排列时，光线被强烈反射或者吸收。由于液晶分子不导电，电场改变其取向时耗能极低。合理的调节程序可以使室内保温能耗下降约48％，大大低于其自身能耗。被动型变色玻璃主要依靠化学方法使玻璃根据室外光学或者温度条件自行调节吸收率与反射率。

2.降低建材使用阶段环境污染的研究

（1）室内污染及控制　建筑材料使用阶段的污染主要是对人体健康的影响。人的居住环境是由建筑材料所围成的与外环境隔开的微小环境，居室内空气的污染物，除我们人体放出的CO₂和有机氨基酸等外，还有化学物质、细菌等生物物质，有时甚至有放射性物质。另外，还有穿墙而过的电子磁波辐射等。建筑材料特别是装饰装修材料对室内空气质量有很大的影响。据美国环保局对各类建筑物室内空气连续5年的监测结果，发现室内空气中某些有毒化学物质含量比室外绿化区高出20多倍。而新完工或新装修的建筑物室内空气中有害物质更是比室外含量高出100多倍。一项调查报告显示，美国的120万幢商业建筑中有2500万名工作人员患“不良建筑物综合征”，由此可见，室内空气的污染对人体直接危害比室外大气污染更大。

建筑材料引起室内污染，影响人的健康主要有三个方面：一是建材本身造成的污染，如混凝土中的外加剂，混凝土砌块中含有氡，矿渣砖里含有放射性物质；二是装饰材料带来的污染，如花岗岩往往含有放射性元素，涂料、油漆中含有甲醛、苯、甲苯等，这些化合物对人体都是有害的，甚至会致癌；三是家具带来的污染，如家具用各种板材、涂料、油漆同样会释放出甲醛等有害气体，严重影响人的身体健康。

为了改善居住环境，各国研究出无毒无污染的绿色建材。在结构建材方面，经过处理的工业副产物石膏，在化学、物理性能方面可与天然石膏等效，不含放射性、不污染环境，是生产纸面石膏板、石膏木质纤维板、石膏纸质纤维板、石膏砌块、石膏天花板、石膏人造火埋、粉制石膏等绿色建材制品的价廉物美的原材料；在装饰材料中，现流行欧美的纸基壁纸、布基壁纸、石英纤维装饰物则是绿色墙壁装饰材料的典型代表。这些产品以天然植物石英纤维为基本原料，在防火、耐酸碱、抗冲击、防开裂、抗静电、透气性等方便表现优越，不会产生有毒物质，已在国内外高级建筑物广泛应用；在涂料方面，建筑涂料的水性化是建筑涂料发展的必然方向。水性涂料的制备均选用水作为溶剂，代替了有害的有机溶剂，减少了有机溶剂对环境的污染。目前已开发的绿色涂料有有机硅丙烯酸树脂、含氟树脂、水乳型乳氨酯等，绿色地面涂料如水性环氧地坪、水性聚氨酯地坪等。

（2）噪声污染及控制　噪声对人的听觉、神经系统、心血管都造成损害。据测试有相当部分的施工现场的噪声都在90～100dB，远高于国家规定的噪声控制标准。目前由于环境噪声日益严重，已经成为污染自然环境和人类社会环境的一大公害，消除噪声一直以来是人们控制污染的重心之一。

选用适当的材料对噪声源进行吸声和隔声处理是噪声控制工程中最常用、最基本的技术措施之一，早期的噪声控制材料为植物纤维制品（棉麻纤维、毛毡等）、有机合成纤维材料（腈纶棉、涤纶棉等）和无机纤维（玻璃棉、矿渣棉和岩棉等）等纤维状材料，主要利用它们膨松多孔、易于吸收噪声的特点。砖、木材、石材等可以隔绝噪声的材料在建筑领域中发展得比较早，例如隔声墙等，主要利用此类材料厚实的特点来阻断声音的传播，隔绝外界噪声对室内的影响。随着工业的发展，铝质纤维和变截面金属纤维等金属吸声材料，有机高分子材料与金属基复合材料等隔声材料迅速发展，目前已经广泛应用到音乐厅、展览馆、教室、高架公路底面中，适用于社会生活与生产的各个领域。

噪声控制材料按照噪声控制方式可以分为吸声材料和隔声材料。前者主要利用声音传播时与材料发生特定相互作用导致声音能量的衰减而实现降低噪声的目的，后者主要利用材料对噪声的隔绝、隔断、分离等作用而实现。在工程处理上，吸声处理和隔声处理所解决的目标和侧重点也不尽相同，吸声处理所解决的目标是减弱声音在室内的反复反射，也即减弱室内的噪声；在连续噪声的情况下，这种减弱表现为室内噪声级的降低，这一点是针对声源与吸音材料同处一个建筑空间而言。隔声处理则着眼于隔绝噪声自声源处向相邻处的传播，以使相邻房间免受噪声的干扰。在具体的工程应用中，两种材料常常结合在一起，以发挥综合降噪效果。

（3）噪光污染及控制　噪光是指对人体心理和生理健康产生一定影响及危害的光线，噪光污染主要指白光污染和人工白昼。近年来，我国许多城市大面积采用玻璃幕墙和白色瓷砖装饰建筑外墙面，由此造成的白光污染是严重的。研究发现，长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人，易导致视力下降，同时还会产生神经衰弱症状。因玻璃幕墙对周围建筑和街景的折射而造成的错觉，影响着车辆和行人的交通安全。

为了降低噪光污染，目前研究认为应避免使用反射系数较大的装饰材料。据报道，一般白粉墙的光反射系数为69％～80％，镜面环境的光反射系数为82％～88％，而白色瓷砖装修的光滑墙壁、地面和洁白纸张的反射系数高达90％，这个数值大大超过人体所能承受的生理适应范围。因此，家庭装修使用的瓷砖最好选择亚光砖，书房和儿童间最好用地板代替地砖。

六、建材废弃阶段的“绿色化”研究

建筑废物也是建筑施工阶段的主要污染形式。由于相应的法律法规不完善，目前我国建筑废物数量增长迅速，已占到城市垃圾总量的30％～40％，堆存侵占土地面积达5亿平方米，全国有200多座城市陷入垃圾包围之中。据统计，废弃混凝土是建筑业排出量最大的废弃物，但废弃混凝土用于回填或路基材料是极其有限的。作为再生集料用于制造混凝土、实现混凝土材料的自己循环利用是混凝土废物回收利用的重要发展方向。

再生集料混凝土是指利用废弃混凝土破碎加工而成的再生集料，部分或全部代替天然集料配制而成的新混凝土。再生集料是指废弃混凝土经特定处理、破碎、分级并按一定的比例混合后形成的以满足不同使用要求的、粒径在40mm以下的集料。其中粒径在0.5～5mm的集料为再生细集料，粒径在5～40mm的集料为再生粗集料。再生集料混凝土一般为表面包裹着部分水泥砂浆的石子，小部分是与砂浆完全脱离的石子，还有极少一部分为水泥石颗粒，RFA主要由砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒、表面无水泥浆的砂粒、水泥石颗粒及少量破碎石块所组成。目前相关研究集中于对再生集料混凝土制备工艺、力学性能和耐久性方面。

1.再生集料混凝土制备工艺研究

废弃混凝土块的回收、破碎和再生集料生产工艺是废弃混凝土再生利用的前提。废弃混凝土经破碎加工后，集料表面粗糙度加大，棱角效应增加，集料表面包裹着相当数量的水泥砂浆，混凝土块解体过程中的损伤积累导致再生集料内部形成大量微裂纹。上述因素使得再生集料与天然集料相比，压碎指标及孔隙率较高，密度较小，吸水性强，黏结力弱，集料强度较低，所以再生集料主要用来配制中低强度的混凝土，道路建设中用于路基、路面、路面砖、马牙砖等工程，建筑工程中用于基础垫层、底板、填充墙、非结构构件等部位。再生集料的加工方法是将各种破碎设备、传送机械、筛分设备、清除杂质设备一体化，经破碎、筛分、去除杂质等工序，获得符合质量要求的再生集料。日本采用加热碾磨法、螺旋粉碎法、机械粉碎法、重力浮选法等先进工艺改善了再生集料的品质，其性能与天然集料相当，可用以配制高强度混凝土。加热碾磨法是指将废弃混凝土加热至约300℃，包裹于再生集料表面硬化的旧水泥浆逐渐软化，然后通过碾磨工序将其与废弃混凝土分离，获得清洁的原生集料。螺旋粉碎法是指利用螺杆轴去除再生集料表面的水泥浆。机械粉碎法的主要装置是以钢球为媒介物、内部设有隔板的转筒。它在转动时，钢球沿水平、竖直方向移动，混凝土块在转筒内旋转，相互碰撞、摩擦、碾磨，利用隔板去除附着于集料表面的水泥浆和砂浆。

2.再生集料混凝土力学性能研究

对再生混凝土主要力学性能的研究，大多侧重于抗压性能和弹性模量。巴西S.C.An-gulo等人研究了混凝土再生集料的孔隙率对混凝土力学性能的影响，结果表明：混凝土的抗压强度和弹性模量与再生集料的孔隙率成指数关系；使用特定功率的机械分离机足可以生产出孔隙率平均值为6.7％的再生集料，此种再生集料可以配制出性能良好的混凝土制品；李俊、尹健等采用三因素、三水平的正交试验设计方法，建立了再生混凝土强度与水胶比、再生集料掺量、超细粉煤灰掺量的经验公式。结果表明水胶比是影响再生混凝土强度的最主要因素，也是最显著因素；陈兵研究表明，与天然集料混凝土相比，部分再生集料混凝土后期抗压强度较高。全部使用再生集料的混凝土抗压强度比天然集料混凝土下降约8％。掺加微细硅粉与高效减水剂后，再生集料混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度显著提高；夏琴对再生混凝土与普通混凝土的单轴受压性能进行了对比试验，发现在相同配合比条件下，再生混凝土弹性模量比普通混凝土降低8％～15％；石建光在水灰比0.55，水泥、细集料、粗集料的配合比为1:2:2.75时，测试了不同粗集料级配情况下的再生混凝土工作性能和抗压强度，结果表明采用再生集料自然级配制备的混凝土尽管γ值较小，但工作性能差，抗压强度低；邓旭华结合超声和回弹的测试方法，探讨了水灰比对再生混凝土抗压强度的影响，结果表明：当水灰比大于0.57时，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而减小；当水灰比小于0.57时，再生混凝土的抗压强度随着水灰比的增大而增大。基准混凝土和再生混凝土超声声速和回弹值随水灰比的变化规律与其实际抗压强度值的变化规律基本一致。

3.再生集料混凝土耐久性能研究

对再生混凝土的研究大多集中在物理性能与力学性能方面，而对其耐久性方面的研究相对较少，尤其对于多因素复杂环境条件下再生混凝土耐久行为与特性的研究尚显薄弱。对再生混凝土在多种破坏因素作用下的耐久性能进行研究，可为再生混凝土耐久性评估体系的建立提供科学的理论依据。

崔正龙研究表明随着水灰比的增加，全再生混凝土抗冻融循环的耐久性指数及抗碳化能力均有所降低；水灰比分别为0.45、0.55时，全再生混凝土的耐久性指数比普通混凝土分别降低6％和9％，抗碳化能力差，碳化速度比普通混凝土几乎快3倍。张雷顺发现，加入引气剂后再生混凝土能达到甚至超过普通混凝土的抗冻融性能；降低水灰比，再生混凝土抗冻性能提高；宜于采用强度损失表征再生混凝土抗冻性能。宋少民研究表明再生混凝土收缩较大，抗碳化和抗氯离子渗透性能中等，抗冻融性较差。掺加粉煤灰和高效减水剂、降低水胶比可以提高再生混凝土耐久性。掺加粉煤灰后，再生混凝土密实度增大，抗氯离子扩散性能增大，碳化深度稍有增大，深度为10mm，可以满足工程需要。孙家瑛研究表明：再生混凝土坍落度随再生集料的增加而降低，抗渗性和抗碳化能力较普通混凝土差；掺加活性掺和料后，再生混凝土工作性可有效改善，抗气渗性和抗碳化能力大幅度提高。朱崇绩研究了颗粒整形对再生集料混凝土耐久性的影响，结果表明颗粒整形去除了集料表面黏附的水泥石，再生集料变得圆滑，混凝土需水量减小，显著改善了混凝土收缩性、抗氯离子渗透性、抗碳化性能和抗冻性能。陈爱玖发现：随着再生粗集料掺量的增加，再生混凝土抗冻融能力减弱，但较普通混凝土的抗冻性降低不多；引气减水剂掺量是影响再生混凝土抗冻性的主要因素，再生粗集料掺量为70％、聚丙烯纤维掺量为0.7kg/m³、引气减水剂掺量为0.6％的配合比拌制的再生混凝土抗冻耐久性较好，抗冻等级可达到F250以上；提出将饱和面干吸水增长率作为评判再生混凝土抗冻性能的技术指标。考虑再生混凝土的强度和耐久性，吴红利建议再生混凝土水胶比不高于0.36，在不影响早期强度的情况下尽量掺加30％左右粉煤灰，再生集料的最大粒径建议使用16mm。