硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合的生态设计

《硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合的生态设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

摘要生态设计是从根本上节约资源能源、防止环境污染的一种重要的系统过程。传统的硅酸盐水泥在为人类社会进步与经济发展做出巨大的贡献的同时，也逐渐暴露出一定的问题：在生产方面，能源资源消耗大，环境污染严重：在应用方面，耐久性有待于提高。不同系列水泥复合的生态设计，是提高物质利用率的一个重要设计思想，是改善水泥性能的有效途径。本文以硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合新材料为研究体系，探索无机材料的生态设计方法，研究了不同体系水泥复合方面的新理论。本文首先在综合考虑环境性能和使用性能的前提下，选择硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰、石膏作为水泥复合的基本原料，参考以往学者的相关研究结果，设计出综合性能优良的水泥复合配比范围，配制复合水泥。通过测试复合水泥的力学性能(抗折强度、抗压强度)、耐久性能(抗渗性能、抗盐离子侵蚀性能)，并对不同配比的复合水泥性能测试结果进行分析，讨论了硫铝酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰的掺量对复合水泥性能的影响。采用生命周期评价方法(LifeCycleAssessment)，选用符合中国实际情况的特征化因子，分别计算出硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰的环境影响值，进而根据复合水泥中各个基本原料的使用比例，计算出不同配比复合水泥的环境影响值。本文对比了硅酸盐水泥熟料与硅酸盐水泥环境影响差异、硅酸盐水泥熟料与硫铝酸盐水泥熟料的环境影响差异，分析了硫铝酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰的掺入对复合水泥环境性能的影响。在对以上使用性能和环境性能研究结果分析的基础上，本文计算了复合水泥的性能与环境影响比值，比较了单位环境影响的情况下，使用性能的差别，并与传统设计中的性能与经济指标比值进行分析比较，最后计算复合水泥的综合价值指标P／IC(c：Cost成本，P：Performance性能，I：Impact环境影响)，依照生态设计综合价值指标最大化原则，选择优化的复合配比，判断复合的可行性。论文归纳总结了复合水泥生态设计的流程，给出复合水泥生态设计的技术框架，为今后水泥复合设计研究提供一定借鉴。本文不同体系水泥复合生态设计的 北京工业大学工学硕士学位论文研究，对研究水泥产业与环境的协调发展具有一定的借鉴意义。关键词生态设计；复合水泥；环境评价；硅酸盐水泥；硫铝酸盐水泥 ABSTIUL(叮ABSTRACTEco—designistheimportantprocessingtopreventthepollution,reducetheconsumptionofenergyandresourc器．TheSilicatecementhadallimportantroleforsocietyandeconomicdevelopment,butithadsomedisadvantageinproducingandusingprocessing．Therearesomanyconsumptionandsomeperformancedefects．ResearchofEco—designondifferentsystemcementscomplexissignificanttosustainabledevelopmentofmaterialsindustry．Inthisthesis，thecompoundsystemofSilicatecementandSulphoalurninatecementisstudiedtofindoutthewayofEcu-designaboutinorganicmaterials．Silicateclinker,Sulphoaluminateclinker,slag，flyashandgypsumWerOchosenaccordingenvironmentalimpactandusingperformanceinthethesis．Studiedtheresultsofrelevantpapers，wedesignedthemixtureratiosandmixthem．Wetestthemechanicsperformance，impermeability,resistancecorrosion．ThetestresultsofthecompoundcementwereanalyzedtodiscusstheaffectionofSulphoaluminateclinker,slag,flyashtothecompoundcement．Inthisthesis，LCAforsingleoBmentprocessesofChina,includingSilicatecement,Silicateclink．er,Sulphoaluminateclinker,cementmillprocessing,Wasperformed．Thentheenviromentalimpactofthecompoundcementiscalculatedaccordingthecompoundratio．ThethesiscomparedtheenvironmentalimpactofSilicateclinkerandSilicatecement,silicateclinkerandSulpboaluminateclinker．Accordingthecalculationresults，wefoundouttheenvironmentalimpactofthesinglecomponenttothecompoundcement．Theratiooftheusingperformancetotheenvironmentalimpactofthecompoundcementiscalculatedinthethesis．Theresultsshowtheusingperformanceperenvironmentalimpact．Attheend，wecalculatedthecompositevaluedateofthecorapoundcement,P／IC(C：Cost，P：Performance，hImpact)tochosetheoptimumratio．TheflowprocessofEco-designforthecompoundcementisgeneralizedtoprovidethereferenceforthefoundationofEco-cementdesign．．III- 北京工业大学工学硕士学位论文Keywords：Eco—design：Compoundcement；Lifecycleassessment：Silicatecement；Sulphoaluminatecement；-lV． 独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。豁地瞧蛆关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名。弛导师签名：日期：p夕 第1章绪论1．1研究背景1．1．1材料产业与环境人与自然相关的各个环节都直接或间接的与材料相关，材料是国民经济和社会发展的基础和先导，新材料与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。随着经济的快速发展和人类生活水平的提高，对材料及其产品的需求量日益增长。但由于材料工业的生产和使用过程中对生态环境造成很大的负担，使全球的环境问题变得日趋严重。人类的材料生产和使用是从自然资源中获得物质资源，然后又将使用过的材料及废弃物质还给自然环境，从而参与了自然界的物质循环和能量循环，不断影响着自然环境。从资源和环境的角度分析，在材料的采矿、提取、制各、生产加工、运输、使用和废弃的过程，一方面它推动着社会经济的发展和人类文明的进步，一方面又耗费着大量的能源和资源，并排放出大量的废气、废水、废渣，污染着人类生存的环境。在人类社会中大量应用的各类材料，如化工、建材、钢铁、有色金属等等_在原材料及产品的运输、粉碎及由各种原料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排入大气环境中，所排出的污染物的种类及数量、组成、性质因生产工艺、流程、原材料及操作条件和管理水平的不同而有所差异。主要污染物有粉尘、碳氢化合物、含碳化合物、含氮化合物及卤素化合物等。图1．1是2003年我国9种主要原材料工业的能耗和废物排放占总的工业能耗和废物排放的百分比【1】示意图。可以看出，9种主要原材料工业的固体废弃物排放占总的工业排放的55．8％，超过一半以上，废气占46％，能耗占39．5％，废水占20．6％。1．1．2水泥工业的现状与可持续发展水泥是国民经济建设和发展的基础原材料之一，为社会进步和经济发展做出了巨大贡献，水泥工业已经成为我国产量最大的制造业。但水泥工业的快速发展是以高能耗、高资源消耗、高污染物排放为代价的，水泥工业的发展给世界环境保护、资源和能源的合理应用及社会的可持续发展带来了很大的压力。 北京工业大学工学硕士学位论文图1-12003年我国材料产业能耗和废物排放占工业总能耗和废物排放的百分数Fig．1-1Theproportionoftheconsumptionandemissioninthematerialindustry我国是水泥工业大国，水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济中具有举足轻重的地位。2004年我国水泥产量9．7亿吨，占世界水泥总产量的45％【3J。但是在我国水泥高产量的背后是整体水平的落后，是以对资源、能源的超量消耗、对环境的严重污染为代价的，生产效率低阻碍着水泥工业的发展。我国水泥工业还存在着产业结构问题，70％多的水泥产量是由落后的水泥工艺生产的，污染严重、资源不能得到有效利用。2003年中国的水泥制造行业排出的大气污染4牙质如表卜1所示[4】。表1-1水泥制造行业排放到大气中的污染物质量与所有制造业的比率Tablel一1Theratioofemissionincem苟tindustrytomaterialindustry世界水泥技术的发展趋势是以节能化、资源化、环境保护为中心，实现清洁生产和高效集约化生产，在保证高质量水泥的同时加强水泥生态化技术研究与开发，逐步减少天然资源和天然能源的消耗，提高废弃物的再循环利用率，最大程 第1章绪论度的减少环境污染和最大限度的处理工业废弃物及城市垃圾，达到与生态环境完全相容、和谐共存[51。在过去20年中，世界水泥生产线平均生产规模提高了5倍以上，20世纪90年代已达到8000～10000ffd。自上世纪70年代开始，国外一些水泥公司己研究和推进废弃物替代自然资源的工作，90年代中期在日本出现了“Eco．Cement”水泥厂；欧洲把可燃性废弃物作为替代燃料，在回转窑上的应用取得了很大进展；美国水泥厂对有毒有害废弃物处置积累了很多的经验嘲。此外，还出现了用于处置废弃物的破碎机、分选机、燃烧器、专用燃烧炉、环境状态检测装置和仪器，同时掀起了生态水泥混凝土性能的研究与开发热潮。目前，发达国家把研发力量主要集中在高效化装备、利用废弃物等方面，可以说国外一些发达国家已率先走上“生态化”之路，正在逐步将水泥工业变成利废和低污染的生态友好型工业【“。从20世纪90年代中期开始，我国水泥工业提高了对环保问题的重视，由于我国水泥工业存在着严重的产业结构问题，故在环境保护与可持续发展方面进展缓慢，进入21世纪之后我国进一步加强整治力度，但与世界水泥工业的发展现状还是有很大差距。例如，2004年德国、瑞士采用废渣，如矿渣、粉煤灰、硅粉、石膏副产品等取代了全国熟料用量的23％．24％，个别企业烧废料的比例高达80％。而在我国，利用工业废渣和二次能源生产水泥还没有成为企业行为，我国政府提出要走新型工业化道路，也就是要走“循环经济”的道路，使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，我国水泥工业必须向生态化方向转化【“】。发展生态化水泥是解决我国建材工业节能和节约资源以实现可持续发展的重要途径。生态水泥是对水泥健康、环保、安全属性的评价，包括对原料开采、生产过程、使用过程和废弃物处置的四大环节的分项评价和综合评价。目前生态水泥的生产主要从以下几个方面改善：(1)技术与设备革新。不断发展生产大型化，控制过程自动化、能实现废弃物再利用的设备，比如大力发展新型干法水泥生产的技术和设备【”。(2)清洁生产。在生产中贯彻环境意识，全面实行质量管理体系，控制水泥产品在原料、燃料准备、生产过程和水泥产品质量的环境影响，使水泥具有良好使用性能的同时不对环境造成污染和损害【引。并根据水泥自身的生产特点，循环利用工业废弃物和生活垃圾来替代水泥生产中的原料、燃料需求。 北京工业大学工学硕士学位论文(3)水泥复合的生态设计。在现有水泥的原料、燃料和生产技术设备基础上，在现代材料科学和生态设计理论的指导下，根据性能互补原则，通过各系列水泥和辅助性胶凝材料的复合、各系列水泥之间的复合，达到改善水泥性能和降低环境影响的目的。1．1-3水泥的产品现状当前使用的水泥还是主要以硅酸盐系列水泥为主【141，其矿物组成主要是硅酸盐矿物(CaS、C2S)，其水化产物主要是C．S．H凝胶和ca(OH)2(简写为晶体CH)。这种水泥凝结时间适中，力学强度发展持续稳定。然而硅酸盐系列水泥仍然存在一些缺点，影响它在某些领域的应用，如过于集中的水化放热，易使混凝土产生温差裂缝；水化产物C．S—H凝胶失水干缩引起的体积不稳定，易引起混凝土的于缩裂缝；硬化浆体中具有二次反应的水化产物多，易导致抗化学侵蚀性能差；由于CH易在水泥水化浆体与集料界面区域富集形成结构疏松的界面过渡区而对水泥混凝土性能产生不利的影响等‘”】。多年来水泥材料科学和技术研究领域一直在研究改善硅酸盐水泥性能的途径，取得了许多有效的成果，如通过加入矿物或化学外加剂控制和调整水泥的水化进程，改变水化产物的组成以达到改善和调节性能的目的。1．1．4生态设计的发展和应用面对当前资源、能源短缺的日益严重和产品性能缺陷等问题，仅仅采用末端治理的方式是远远不够的，追求可持续发展、实现工业生态化、提高资源效率等，最终都体现在环境协调性设计过程中。据有关专家统计，设计对环境保护的贡献可达到70％以上。只有通过环境协调性设计，才有可能将环境污染从源头开始控制。20世纪70年代，一些从事工艺技术的有识之士就提出生态设计的概念，当时称作“为环境而设计”或“环保设计”，其目的就是在传统的经济活动中保持生态平衡。对材料工业而言，生态平衡不仅要求在材料生产和使用中尽量减少有害气体、液体、固体的产生和排放，而且要求尽量提高材料的再循环利用率，将有害物质转化为有用材料。在工业过程中，传统的设计主要考虑产品的使用性能和成本。进入20世纪80年代后，全球范围内的环保概念使得设计师开始考虑设计的第三个要素，即 第1章绪论产品或工艺的环境性能。把保持生物圈的生态平衡纳入设计的范畴，把可持续发展作为设计的终极目标。这样，通过技术设计、成本设计和生态设计，把性能、利润和环境等目标融为一体，实现经济活动的可持续发展，最终实现人类社会的可持续发展1181。目前，为扩大市场竞争力，发达国家竭力推行环境协调性设计。德国以Wuppmal研究所为代表最早开展生态设计。日本于1993年开始制订可循环设计标准，经过4次修订，1999年6月开始实施。荷兰是广为世人所知的生态设计的先进国家，已编撰出生态设计手册并付与实施。在英国设立了著名的“可持续性设计中心”，国家全力支持生态设计的研究。目前生态设计已经应用到众多的材料和产品的设计中，例如汽车、家电、计算机、复印机以及许多工业机器行业据。专家估计，在未来的10年内，生态设计方法将推广到所有新产品设计和传统产品的重新设计【18】。1．2论文的选题依据针对当前水泥生产面临的严重的环境问题和常用水泥的性能不足，生态设计成为水泥工业可持续发展的重要手段。如上所述，当前改善水泥生产的环境问题和提高水泥的性能问题，主要有设备改善、清洁生产、水泥复合设计等方法，目前水泥的清洁生产和设备改善已经有大量的研究应用，水泥复合的生态设计起步较晚。纵观近年来国内外复合水泥设计的现状，大多数研究集中在各系列水泥和辅助性胶凝材料的复合方面，并且应用广泛，即在三大系列水泥中加入一种或多种混合材，通过控制混合材的掺量和颗粒分布达到设计目的，胡曙光【1刀对特种水泥做了深入研究，在硅酸盐水泥中掺入矿渣、粉煤灰、火山灰等，降低了硅酸盐水泥的水化热，提高流动度并增强其耐久性等。各系列水泥之间复合起步较晚，应用也不是很普遍，与之相关的研究成果屈指可数。目前主要是尝试在硅酸盐系列中引入某些特性水泥改善硅酸盐水泥的某些特性，或反之，在特性水泥中加入硅酸盐水泥，调节特性水泥性能。在第八届国际水泥化学会议印度学剖19】将高强硅酸盐水泥、高铝水泥、硬石膏等配制成快硬、高强复合水泥。我国学者张兴、王复生[20-211等也研究了硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥混合之后性能特点。研究结果都表明，以硅酸盐水泥为基体，掺入一定量的硫铝酸盐水泥后，复合体系水泥的 北京工业大学工学硕士学位论文水泥石具有早强微膨胀性‘22】；在硫铝酸盐水泥中加入少量硅酸盐水泥，在保证强度不降低的情况下，可以降低水泥成本。虽然以往学者的研究都都证明了不同水泥体系的复合研究改善水泥某些性能是可行的，但已有的水泥复合研究主要是硅酸盐和硫铝酸盐水泥复合体系的研究，而且都是单纯的对复合水泥的使用性能研究，缺少对各系列水泥复合后的环境影响和经济指标的讨论。1．3论文的主要工作本课题是在综合考虑水泥使用性能指标、环境性能指标和经济指标的情况下，计算并比较硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及其复合后的水泥的综合指标值，判断水泥生态复合设计的可行性。课题主要研究内容如下：(1)对以往学者的相关水泥复合的成果进行研究，明确不同组分和复合配比对复合水泥的力学性能、耐久性能、化学性能的影响趋势。从使用性能、经济性能、环境性能出发，选择复合使用的基本材料并初步确定复合配比。(2)根据配比配制复合水泥，测试使用性能。为了能表征出复合水泥的特点，主要测试复合水泥的力学性能(抗压、抗折强度)、耐久性能(抗渗性能、抗盐离子侵蚀性能等)；(3)选择适合中国国情的环境性能评价方法，计算所选用的基本材料的环境影响，进而设计计算不同配比的复合水泥的环境影响值；(4)结合以上的使用性能和环境性能结果，计算分析复合水泥的性能与环境影响比值，比较单位环境影响的情况下，使用性能的差别。(5)计算复合水泥的综合价值指标P／IC(C：Cost成本，P：Pe放帕nallce性能，I：Impact环境影响)，依照生态设计综合价值指标最大化原则，选择最优的复合配比，判断复合的可行性。综合研究结果，给出生态设计的基本技术框架。 第2章复合水泥生态设计的技术构架2．1生态设计的概念与准则生态设计就是“设计+LcA”，这是日本学者山本良一教授提出的概念，生态设计的概念见图4．3。可以说随着IS014000和环境标志在世界的推行，材料、产品的设计和开发不引入LCA方法将是不可能的。生态设计的目标是降低各个过程综合环境影响指标和降低总影响评估值。匡圃=匝匿圃+[互巫面塑亟习生态材料=材料设计+生命周期评估生态产品=产晶设计+生命周期评估生态服务=服务设计+生命周期评估图2-I生态设计的概念Fig．2-1TheconceptofEco-design要理解生态设计，必须以产品生命周期为中心认识产品的以下三个要素【181，即成本(Cost，简写c)，包括原料成本、制造成本、运输成本、循环再生成本、处理成本等生命周期全程的费用；环境影响(Impact，简写I)，包括地球温室效5应，臭氧层破坏、资源枯竭等给地球造成的影响；性能(Performance，简写P)，包括安全性、是否方便实用、是否符合审美观、施工难易程度等产品性能。也就是说，产品价值、经济价值和环境价值的总和即为生态设计产品的综合价值指标。由上述关系可知，生态设计产品的综合价值指标可用P／IC表示。因此，设法使P趋于最大、l与c趋于最小就可以实现生态设计。在这种情况下，成本是一个必须慎重考虑的问题。成本是由市场需求与供给间的关系决定。这里的成本中并不包括对环境破坏的修复成本，也就是说，环境成本并未被全面地包含在市场成本里边。那么，排除环境影响1只去考虑P／C，即追求产品的性能最好、成本最低。这正是基于传统经济价值的方法。我们必须摆脱传统经济价值观，要设法使P／IC趋于最大，这就是生态设计的基础；排除成本因素C，用P／I来衡量一下产品的 北京工业大学工学硕士学位论文综合价值指标。P／I即产品性能除以环境影响，所以可将其称之为环境效率。生态设计必须在使用资源丰富的材料的同时要有效地利用可再生资源；要认识到存在隐含于资源中的物质流的问题，要尽量设法使用物质集约度(MI=MaterialIntensity)更低的物品；并且要选择材料综合环境影响值(Eeoindicator)更低的物品。一般再生材料的环境影响值要比新鲜材料的小【18】。2．2复合材料生态设计材料的复合设计是通过将两种或更多种材料结合在一起，通过合适的相设计，使单组分结合在一起而形成的复合或复相材料具有单一组成相所不具备的优良性能。传统的复合材料设计，主要追求复合材料的力学性能和其它物理性能，而复合材料的生态设计不仅仅重视其使用性能，同时考虑环境性能、经济性能，但目前设计方法和方向还处于探索阶段，目前提出的主要是研究、设计、LCA分析、检测一体化方法。复合材料多功能化是生态设计的方向，传统上复合材料是以追求力学性能为主的设计，使不同材料的性能和功能可以并存，但到目前为止已利用的功能非常有限，必须认识到复合材料的多功能性还未得到充分利用。复合材料是可以将现有的材料巧妙地组合，按人为使用目的制造出来的系统技术。不仅可以将不同的材料组合起来，在同一材料中也凝聚材料所具有的各种功能，包括可解体、可再组合、可自分解、可自修复等生态性能，本文中研究无机材料的复合生态设计，无机材料的复合具有以下的特点：(1)与金属材料不同，多数无机非金属材料的性能对成分的微小变化不敏感。那么适量的替代无机材料的某些组分，不会对材料性能造成不良影响。(2)传统无机非金属材料自身及其原料，几乎全都是复相物质，成分范围很宽，复相或复合化对环境的危害，没有金属材料严重。(3)无机材料废弃后，不存在复杂的相分离回收过程，不会加重废弃物的环境污染。根据无机材料的复合特点，考虑材料的整个生命周期环境负荷和性能，是无机材料生态设计的主要特点。2．3复合水泥的生态设计水泥的生态设计是生产高环境效率(Eco．efficiency)的水泥产品的有效手段，生态设计要考虑水泥生产的整个生命周期。根据上文生态设计的论述，其设计的 第2章复合水泥生态设计的技术构架基本原则是要使水泥产品的综合价值指标最大，依据原则初步制定复合水泥的生态设计流程如下所示。图2-2复合设计的沉程Fig．2-2Theframeworkofcomplex-design2．3．1复合水泥单组分的选择由于当前水泥市场中硅酸盐水泥的使用占有绝对的优势，但传统的硅酸盐水泥逐渐暴露出不少问题：在生产方面，能源资源消耗大，环境污染严重；在应用方面，力学性能不足，耐久性有待于提高。那么面对硅酸盐水泥暴露出的问题，有针对性的对其进行改善研究具有重要的作用，所以复合选用的基本原材料之一就是选择用硅酸盐水泥。根据无机材料复合的理论，选取有利于改善硅酸盐水泥性能的单组分，达到水泥性能互补、节能降耗、经济实用的目的。从性能角度出发，要改善硅酸盐水泥的性能，必需选用与硅酸盐熟料具有互补矿物组成的熟料。硫铝酸盐水泥熟料有不同于硅酸盐熟料的矿物组成，其水化过程和水化产物也有别于硅酸盐水泥。针对硅酸盐水泥耐久性较差的现状，硫铝酸盐水泥具有早强性和微膨胀性能，在硅酸盐水泥中掺入少量硫铝酸盐熟料的时候，水泥的水化得到促进，水化产物中的钙矾石的量增多，水泥具有早强微膨胀性，那么其结构致密，其抗水渗性能和抗盐离子侵蚀的能力增强，已有相关研究证明硅酸水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料复合可以实现性能的互补【26】。从环境影响角度和经济角度出发，我国水泥工业可持续发展的出路就是提高水泥性能、增加水泥中工业废弃物利用量，改善性能，减少环境影响。中国每年的矿渣产量非常大，如果这些矿渣得不到有效利用，必须会对环境造成难以估量的污染。同时大量的研究也表明，硅酸盐水泥熟料掺入矿渣后具有很多优良性能， 北京工业大学工学硕士学位论文如后期强度高，水化热低，可以提高抗渗、抗腐蚀能力和耐久性；有效地抑制碱一骨料反应等‘2刀等。矿粉已经成为水泥生产中的主要物料加以使用，为复合水泥掺入矿渣提供理论基础。同时，粉煤灰在水泥工业中的应用也得到了证明，它可以替代水泥熟料节约宝贵的资源，并且能有效地改善水泥的应用性能。已有资料表明粉煤灰可以提高水泥的流动度，改善水泥的工作性能[2e-30]，增强水泥抗海水侵蚀的能力，为复合水泥掺入粉煤灰提供理论基础。考虑复合水泥的凝结时间、标准稠度用水量等水泥和易性方面，水泥制备中须掺入石膏。石膏在硅酸盐和硫铝酸盐水泥中有不同的作用，在硅酸盐水泥中石膏的主要是用于调节凝结时问，在硫铝酸盐水泥中石膏掺量的不同可以决定其性能和相应水泥品种。2．3．2复合水泥的性能设计水泥作为建筑胶凝材料，其性能在实际应用中非常重要。但是水泥基是多元的复合材料，其性能受多种因素影响，包括原料的基本特性和体系材料组成配比。因此在研究复合体系性能之前，首先要了解组成复合体系的各种原料的基本性能，首先要明确所使用原料的化学成分和颗粒细度等性能，进而通过控制原料的之间的配比，实现水泥熟料化学组成和理论矿物组成的优化，使熟料矿物组成达到最佳配比，使复合水泥有良好的性能。本章参考以往学者的研究脚】，在矿渣或粉煤灰与硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的复合中，综合考虑力学性能和凝结特性，得出复合系统中硫铝酸盐水泥熟料的合适掺量为4-5％，石膏的适宜掺量为5％．10％【261。同时，矿渣微粉与粉煤灰联合掺用时，矿渣微粉与粉煤灰的比例为4：1或3：2均可获得较好的效果[2虬301。通过研究以往的学者在硅酸盐水泥熟料中掺入硫铝酸盐水泥熟料、矿渣或粉煤灰后，水泥性能的变化规律，初步确定复合配比。复合水泥的性能设计主要是根据所设计的复合配比，结合本文生态设计的目的和所选用的基本材料的性能特点，选取能表征复合水泥特点的性能进行测试。性能的测试结果要能反映水泥的力学性能和耐久性能，常用的力学性能指标有抗压、抗折强度，耐久性指标包括抗盐离子侵蚀、抗冻融循环、抗水渗、抗碳化等性能。 第2章复合水泥生态设计的技术构架2．3．3复合水泥环境性能设计环境性能的正确评估就需要有恰当的方法，目前评价材料的环境协调性主要是采用生命周期评价法(LifeCycleAssessment)，生命周期评价法己成为对材料和产品进行环境表现分析的一种重要的方法。本文选择生命周期法对复合水泥的环境性能进行评估。其技术框架如下所示【3l】：2．3．3．I目标与范围定义由于生命周期评价的对象是一个系统和过程，评价的目的是为了表征该系统和过程的影响及其程度，所以，生命周期评价工作的第一步就是确定评价对象的范围。LCA研究目的中须明确陈述其应用意图，开展该项研究的理由以及它的使用对象，即研究结果的接收者或预期交流对象。在目标与范围的定义中，应明确说明以下几个方面的内容‘2233】：(1)产品的功能与功能单位功能单位确定了量化这些选定功能的基础。功能单位必须与研究的目的与范围相符。功能单位的主要作用之一，是提供一个统计计量输入与输出的基准。因此，功能单位必须是明确规定并且可测量的。(2)初始系统边界确定系统边界，即确定要纳入待模型化的单元过程。在理想情况下，建立产品系统的模型时，应使其边界上的输入和输出均为基本流。7t。但在许多情况下，没有充足的时间、数据或资源来进行这样全面的研究，因而必须决定在研究中对哪些单元过程建立模型，并决定对这些单元过程研究的详略程度。不必为量化那些对总体结论影响不大的输入和输出而耗费资源。(3)数据类型的表述LCA研究需要哪些数据取决于研究目的。这些数据问从系统边界内与单元过程有关的生产现场收集，也可从公开文献中直接获取或通过计算实现，在实际操作中，所有数据类型中都可能含有通过测量、计算和估算取得的混合数据。(4)输入输出初步选择准则在确定范围时，初步选定了用于清单的一组输入输出。在此过程中将所有输入和输出都纳入产品系统进行模拟分析是不实际的。识别应追溯到环境的输入输出，亦即识别应纳入所研究的产品系统内的，产生上述输入或承受上述输出的单元过程，这是一个反复的过程，一般都是先利用现有数据做出初步识别，并随着研究进程中数据的积累对输入和输出做出更充分的识别，最后通过敏感性分析加以验证。 北京工业大学工学硕士学位论文2．3．3．2清单分析清单分析是生命周期评价的第二步，这是在生命周期评价的第一步的基础上进行的。在本阶段，将对所研究过程的边界的所有输入输出参数或边界参数进行定量描述，它包括该系统的物质、能量、各种形态污染物的定量描述。清单分析是LCA四个组成部分中研究最成熟、理解最深入和应用最充分的一个，其目的是最终得到一个具体的、明确的指标参数来表征该系统或过程对环境影响的程度或强弱。主要步骤和基本原则如下[321：(1)数据收集的准备。(2)计算程序。收集数据后，要根据计算程序对该产品系统由每一单元过程和功能单位求得清单分析结果。(3)物流、能量流和排放物的分配。清单分析有赖于将产品系统中的单元过程以简单的物流或能量流相联系。2．3．3．3环境影响评价影响评价是生命周期评价的第三步，它是在生命周期评价的前两步的基础上进行的。它在清单分析的基础上，把评价系统或过程的各种输入和输出参数转化成定量的或半定量的指标来表征该系统或过程对环境造成的影响程度。影响评价可以给出被评价对象与环境之间相互影响的整体轮廓。影响评价主要针对生态平衡、环境安全、人体健康、资源消耗或能源消耗等对象进行评价分析。具体针对的对象取决于事先确定的生命周期评价的研究目的或目标，从中选择出相关的环境损害项目进行评价。目前国际上关于环境影响评价尚无统一的方法。一般采用SETAC建立的框架，将环境影响评价分为分类、特征化和评估三个步骤。而在最新的IS014042标准基本承认了SETAC的方案，但进行了必备要素和可选要素的划分，即将分类和特征化以及影响类型、参数、评价模型作为必备要素，而将评估阶段列为可选要素，又进一步将其划分为归一化、分组、加权以及数据质量评价四个步骤[221。(1)分类分类是一个将清单分析的结果划分到影响类型的过程。在LCA中环境损害总体上分为资源消耗、人体健康和生态环境影响，通常又可以确定为以下十个具体种类，即不可再生资源消耗(ADP)、温室效应(GWP)、臭氧层破坏(ODP)、环境酸化(AP)、富营养化作用(NP)、光化学烟雾(POCP)、土壤污染(ECT)、水污染(ECA)、人类健康损害(HT)和土地破坏与占用(LE)。 第2章复合水泥生态设计的技术构架在分类中当清单分析结果只与一种环境影响类型有关时，就直接将其归类，由于产品和产品系统相联系的环境交换因子之间常常存在着复杂的因果链关系，因此对生态系统和人体造成的环境影响也常常难以归为某一因子的单独作用，这时就需要考虑并联和串联的问题。(2)特征化特征化是根据环境影响指标分类，依据一定的模型将各编目分析的数据转化为相应的环境影响指标。特征化通常采用相对定量的方法，即对每种环境影响指标选定一种参照物，将其它污染物的环境影响作用以这种参照物的当量表示。因此各环境指标都是以参照物的总量表示的，可称为环境污染当量数。(3)归一化对参数结果进行归一化的目的是更好地认识所研究的产品系统中每个参数结果的相对大小。该步骤是以类型参数计算结果除以选定的基准值来加以转换。基准值可以选定特定地域范围内总排放量或资源消耗量，这样的地域范围可能是全球、区域、国家或当地。可以用环境影响当量数与整个研究范围(地区、国家或世界)相应环境影响总当量数的比值表示环境影响相对指数。(4)加权加权是使用基于价值选择的数值系数，将不同的影响类型指标结果进行换算的过程，还可包括加权后参数结果的合并。加权是一个可选要素，包括两个可能的步骤：①用选定的加权因子对参数结果和归一化的结果进行转换；②可能对各个影响类型中转换后的参数结果和归一化的结果进行合并。在确定各种环境影响的相对权重时，这里采用层次分析法来进行计算。层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，简称AHP法)是美国运筹学家T．L．Satty提出的一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法，把复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化，并能把数据、专家意见和分析者的主观判断直接而有效地结合起来。它主要采用一系列数据模式和计算方法，确定每一层次的相对重要性并给予定量表示，通过结果分析和相关加权矩阵计算，求解所提问题的优化解答[471。为使问题简化，计算中仅考虑了各环境指标的生态重要性，未考虑环境贡献大小。通常采用表2．1所示的重要性标度方法来对不同环境指标的重要性进行标度【47】，根据重要性标度得到的判断矩阵，可以决定各个环境影响类别的相对权重系数，从而可以将各个环境影响类别进行相加，得出整个系统的环境负荷。 北京工业大学工学硕士学位论文表2-1重要性标度表Table2·1Thefactorsofimportance标度的定义1i因素与J冈素相同重要3i因素比／因素略重要5i因素比，因素较重要7i因素比J因素非常重要9i因素比J因素绝对重要2，4，6，8为以上两判断之间的中间状态对应的标度值倒数若，因素与i因素比较，德到判断值为apl／aF，au=l2．3．3．4生命周期解释生命周期解释是生命周期评价中根据规定的目的和范围的要求对清单分析和影响评价的结果进行归纳以形成结论和建议的阶段。生命周期解释的目的是基于生命周期清单分析和影响评价的发现，分析结果、形成结论、解释局限及提出建议，并以透明化方式报告解释结果。根据IS014043的要求，生命周期解释阶段包括3个要素，即识别、评估和报告。识别主要是基于LCA中清单分析和影响评价阶段的结果识别重大问题；评估主要是对整个生命周期评价过程中的完整性、敏感性和一致性进行检查；报告主要是形成结论，提出建议。．根据以上生命周期法计算出复合使用的基本原料的环境影响值，进而根据各种原料的配比值采用加权加和的方法计算出不同配比的复合水泥的环境复合值。2．3．4综合价值指标的计算与总体设计依照生态设计的综合价值指标P／lC(c：Cost成本，P：Performance性能，I：Impact环境影响)最大化原则和检查清单等方法、技术，设计硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合，设法使P趋于最大、I与c趋于最小。分析各个单组分的掺量对复合水泥性能产生的影响，调整配比重新进行实验和环境影响计算，优化复合配比，直到得到满足生态设计要求的复合水泥产品，实现生态化设计。在确定了体系的配比、原材料特性和实验项目之后，具体的复合水泥设计流程如下图： 第2章复合水泥生态设计的技术构架图2-3复合水泥设计流程Fig．2-3Thedesignframeworksforcompoundcement2．4本章小结本章依据材料生态设计的理论和材料复合研究方法，给出了水泥复合生态设计的基本技术构架，介绍了复合设计的基本思想、设计流程及设计中所使用的理论方法。复合水泥的生态设计思想，就是综合考虑水泥生产生命周期的性能价值、经济价值和环境价值三要素。具体介绍了复合水泥设计选择复合使用的单组分的方法和原则，及环境性能研究所使用的生命周期法的基本框架等，为以后复合设计研究的具体实施提供理论基础与技术准则。 第3章复合水泥性能设计与研究按照第二章的复合水泥生态设计准则与技术构架，开展复合水泥的性能设计研究。影响复合体系性能的因素很多，最直接的有三个，即体系材料组成(配比)、原材料特性和体系颗粒特性。对比以往学者的研究，本文实验方案的设计着重对这三个条件给予明确的规定。3．1实验方案设计3．1．1实验用原材料依据上一章复合水泥生态设计中单组分的选择的要求，最后确定复合使用单组分包括硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和矿渣、粉煤灰，实验用原材料均为工业原料。硅酸盐水泥熟料和二水石膏由北京某水泥厂提供，硫铝酸赫水泥熟料由河北省某特种水泥股份有限公司生产，矿渣微粉、粉煤灰来自北京市某搅拌站。各实验原料的化学成分如表3—1所示。表3，1原料的化学成分Table3．1Chemicalcomponentoflawmaterials3．1．2复合水泥配比的设计本文的实验属于有约束的配方实验，组成体系的原材料有硅酸盐水泥熟料(PC熟料)、硫铝酸盐水泥熟料(CSA熟料)、矿渣、粉煤灰、石膏。在本论文中的研究中，主要研究通过把硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料和矿渣、粉煤灰、石膏复合之后，与硅酸盐水泥性能相比，复合水泥的性能变化情况。结合本课题的目的和生态设计框架，可以得出如下表所示的实验配比方案。 北京工业大学工学硕士学位论文对表3-2配比的设计做以下说明：l和1’，2和2’，3和3’，4和4’分别比较了复合水泥中掺入硫铝酸盐水泥熟料后对复合水泥的影响；1和2，l’和2’，3和4，3’和4’分别比较了相同水泥熟料掺量的情况下，矿渣(或粉煤灰)掺量的对复合水泥性能影响；1、2、3、4、5、5’比较了复合水泥和硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的性能差异。3．1．3复合水泥的制备复合体系水泥采用先分别粉磨后混合的方法制备，采用实验室球磨机粉磨而成。将硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料和二水石膏分别粉磨控制比表面积在350士10m2瓜g的范围之内，矿渣采用比表面积为430m2／kg的矿渣细粉，然后根据试验配比方案将各种物料混合均匀制成复合体系水泥。水泥密度的测定按照GB／T208．1994标准规定的方法进行。水泥密度(g／cm3)的测定使用李氏瓶。将无水煤油注入李氏瓶中，将李氏瓶静置于恒温水槽中，使用液体排开体积的方法测试水泥密度。水泥比表面积指单位质量的水泥粉末所具有的总表面积，以m孤g来表示，水泥比表面积的测定按照GB8074--1987标准中规定的方法进行。经过粉磨后测定各种物料的密度和比表面积结果如表3．3： 第3章复合水泥性能设计与研究表3．3物料的密度和比表面积Table3-3DensityandofRawmaterials物料(茄)器80嘴余硅酸盐水泥熟料3．173493．43硫铝酸盐水泥熟料2．853493．36二水石膏2．413493．3矿渣微粉2．824300．1l粉煤灰2．253304．153．1．4性能测试方法水泥常用的性能指标主要有强度指标(抗压、抗折强度)，耐久性指标(抗盐离子侵蚀、抗冻融循环、抗水渗等性能)。根据设计目的、所用基体材料的特性，选择能反映复合水泥性能的项目。本文根据性能设计的技术框架选择抗压、抗折强度来反映复合水泥的力学性能，选择抗水渗、抗盐离子侵蚀实验来反映复合水泥的耐久性能，具体实验项目如下表所示。表3_4复合水泥性能试验Table3-4Performancetestforcompoundcement3．1．4．1水泥胶砂强度检验本研究采用国家标准GB／T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，测定复合水泥试块抗折和抗压的强度值。3．1．4．2抗水渗试验由于砂浆试块的抗渗试验没有国家标准，参考混凝土试块的抗渗标准GBJ82--85和砂浆渗透仅的使用说明书，具体操作规定如下：．(1)试件的制备试件尺寸为上底直径70mm，下底直径80mm，高30mm的圆台，每组试验需要6个试件，考虑到实验的易操作性，一次制备两个试件。配制一份两个试件所用的胶砂，需要称取200克水泥、600克砂子、100克水。先把水放到锅里，再加水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置，低速搅拌30s，在第二个30s开始时匀速的将砂子加入。快速搅拌3分钟，拌毕立即将胶砂分别 北京工业大学工学硕士学位论文装入两个成型的模具，用蘸水的小刀轻轻插捣15次，终了时应使胶砂高出模边缘l厘米左右，然后放在振动桌上振30次，振动时用手压住成型模，以防止模子移出。振毕后，将成型模连同试体在空气中养护30分钟左右，将多余的胶砂用沾水的小刀刮去，使胶砂与模上端面平齐，编上号码立即放入养护箱内养护。试体成型后在标准养护箱中养护24小时，然后脱模。将试块放入养护箱中养护28天，进行抗渗试验。(2)渗透试验抗渗试验参考国标混凝土抗渗标准GBJ82--85进行，试体与试模之间用石蜡密封。试验水压从0．2MPa开始，保持2h，增至0．4MPa，以后每隔1h增加水压0．2MPa，直至所有试件顶面渗水为止。如果水压增至2MPa，而试件仍未透水，则不再升压，持续6h后，停止试验，劈开试块测其平均透水高度。3．1．4．3抗盐离子侵蚀试验参考国家标准GB／T17671．1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，制备40ram×40mmXl60mm砂浆试块，脱模。在21℃±l℃淡水中养护28天，然后分别放入侵蚀溶液中浸泡90天【271，取出后根据标准测定盐离子侵蚀后的抗折、抗压强度。其中盐水按照1公斤海水中含氯化钠26．709，氯化钾0．729，氯化镁2．389，氯化钙1．1lg，硫酸镁3．339配制【301。3．2性能实验结果及分析3．2．1抗折强度结果不同配比的复合水泥的抗折强度测试结果示于表3．5中。表3-5复合水泥抗折试验结果Table3-5Testresultofantiflexofcompoundcement．20． 第3章复合水泥性能设计与研究根据表3．5绘制出不同配比复合水泥的抗折强度的变化图，见图3-1。图3-1复合水泥抗折试验结果Fig．3—1Testresultofantiflexofcompotmdce'mealt通过分析上图，可得出以下结论：(1)比较复合水泥和硅酸盐水泥，编号14号的试块抗折强度与编号5’的试块相比较，可以看出，其抗折强度都略有降低。3天抗折强度4’号的降幅最大，为1．2MPa，28天抗折强度4号的降幅最大为1MPa。但都高于国家标准中关于42．5强度等级(3天抗折强度大于3．5MPa，28天大于6．5MPa)水泥的最小值要求一(2)比较掺入硫铝酸盐水泥熟料的情况，掺入硫铝酸盐水泥熟料后的砂浆试块3天抗折强度都有所提高，编号1钧3天抗折强度低于编号1的0．93MPa，编号2’的3天抗折强度低于编号2的0．92MPa，编号37的3天抗折强度低于编号3的0．46MPa，编号4，的3天抗折强度低于编号4的O．5MPa。硫铝酸盐熟料的加入提高了砂浆试块的早期抗折强度。掺入硫铝酸盐水泥熟料后，砂浆试块的28天抗折强度变化规律有所不同。编号l7的3天抗折强度低于编号1的0．3MPa，编号2’的3天抗折强度低于编号2的0．25MPa，编号3，的3天抗折强度高于编号3的0．25MPa，编号4’的3天抗折强度高于编号4的0．35MPa。(3)1和2，3和4的试块相比，矿渣掺量多的复合水泥其抗折强度高，编号l的抗折强度高于编号2的抗折强度，编号3的复合水泥的抗折强度高于编号4的。3号试块的矿渣和粉煤灰的掺量为50％，试块的28天抗折强度最大。3．2．2抗压强度结果不同配比的复合水泥的抗压强度测试结果示于表3-6中。 北京工业大学工学硕士学位论文表3．6复合水泥抗压强度试验结果Table3-6Testresultofcompressionforcompoundcement根据表3-6绘制出不同配比复合水泥的抗压强度的变化趋势图，见图3．2。图3-2复合水泥抗压强度试验结果Fig．3-21btresultofcompressionforcompoundcement通过分析上图，可以看出：(1)比较复合水泥和硅酸盐水泥，编号l~4号的试块与编号5的试块相比较，可以看出，其抗压的强度都略有降低。3天抗压强度4号的降幅最大，为5．7MPa，28天抗压强度4’号的降幅最大为7MPa。但都高于国家标准中关于42．5强度等级(3天抗压强度大于17MPa，28天大于42．5MPO水泥的最小值要求。(2)掺入硫铝酸盐水泥熟料后，砂浆试块的3天抗压强度变化规律有所不同，编号1’的3天抗压强度低于编号1的O．36MPa，编号2’的3天抗压强度低于编号2的O．55MPa，编号3’的3天抗压强度高于编号3的1．8MPa，编号4，的3 第3章复合水泥性能设计与研究天抗折强度高于编号4的2．9MPa。掺入硫铝酸盐水泥熟料后，砂浆试块的28天抗压强度也都有所提高。(3)1和2，3和4的试块相比，矿渣、粉煤灰总掺量相同的情况下，矿渣掺量多的复合水泥其抗压强度高，编号1的抗压强度高于编号2的，编号3的抗压强度高于编号4的。但l和3相比，矿渣、粉煤灰总量掺量越大，抗压强度都降低。3．2．3抗渗性试验结果本文的试块在抗水渗试验时，水压增值2MPa后，持续6个小时，复合水泥的各个试件均未出现透水现象。持续6个小时，停止试验，将各个试件劈开，测量其透水深度。不同配比的复合水泥的抗渗高度测试结果示于表3，7中。表3-7抗渗性能试验结果Table3-7Theresultofimpervioustest根据表3．7绘制出不同配比复合水泥的抗水渗透平均高度的变化趋势图，见图3．3。 北京工业大学工学硕士学位论文图3．3抗渗性能试验结果Fig．3—3Theresultofimpervioustest复合水泥和硅酸盐水泥，编号1~4号的试块与编号5的试块相比较，其抗水渗能力增强，抗渗高度远小于硅酸盐水泥的抗渗高度。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的平均渗水高度都大于20mm，而复合水泥的平均渗水高度都不高于lOmm，编号3的复合水泥的抗渗性能最好，水渗高度为5ram。3．2．4抗盐离子侵蚀结果不同配比的复合水泥的抗盐离子侵蚀测试结果示于表3．8中。表3-8复合水泥抗盐离子侵蚀试验结果Table3—8Theresultofcorrosiontestforcompoundcement3-4。根据表3．8绘制出不同配比复合水泥的抗盐离子侵蚀后的变化趋势图，见图 第3章复合水泥性能设计与研究图3-4复合水泥抗盐离子侵蚀试验结果Fig，3-4Theresultofcorrosiontestforcompoundcement(1)比较复合水泥和不掺硫铝酸水泥熟料、混合材的情况，编号10号的试块与编号57的试块相比较，抗盐离子侵蚀的能力都增强，其中2号的抗盐离子侵蚀性能最好，高于硅酸盐的11．2Mpa。(2)掺入硫铝酸盐水泥熟科后，试块的抗盐离子侵蚀能力增强，试块1被盐离子侵蚀后其抗折强度和抗压强度都高于试块1’的。2与2’、3与3’、4与4『的抗折、抗压强度变化也符合这个规律。(2)可以发现，5’硅酸盐水泥的抗盐离子侵蚀强度比同龄期的抗压强度高11．9MPa，1～4号试块的抗盐离子侵蚀强度比各自的同龄期抗压强度分别高5．4MPa，2．7MPa，8．3MPa，7．0MPa。说明复合水泥在盐离子侵蚀的情况下，强度依然增长幅度大，抗盐离子侵蚀性能好。图3-5复合水泥抗盐离子侵蚀抗折试验结果Fig．3-5Testresultofantiflexofcompoundcementcorrosiontest 北京工业大学工学硕士学位论文图3-6复合水泥抗盐离子侵蚀抗压强度试验结果Fig．3-6Testresultofcompressionforcompoundcementcorrosiontest由以上的柱状图看出，复合水泥的同龄期的抗盐离子侵蚀强度下降幅度小，强度基本持平。其中抗压强度硅酸盐降低19．8％，而复合水泥最高降幅为13％，最小降幅仅为4．8％。硅酸盐水泥抗折强度降低16．5％，而复合水泥的抗折强度可以实现强度不下降，如1、2’、3、4号的抗折强度所示。实验结果汇总如表3—9所示。表3-9复合水泥的性能测试结果Table3-9Theperfommcztestresultofcompoundcement3．3本章小结。本章对复合水泥的性能进行了设计与研究。从性能、环境、经济价值三方面选择硅酸赫水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、矿渣、粉煤灰、石膏作为复合单组分，初步设计了复合水泥的单组分配比，按照配比制成复合水泥之后，对复合水泥试块的抗折强度、抗压强度、抗水渗透、抗盐离子侵蚀的性能做了测试与分析。得 第3章复合水泥性能设计与研究出以下结论：1．由测试结果可以看出，复合水泥相对于硅酸盐水泥的性能相比，其抗折、抗压强度都有所降低，其中3天抗折强度4’号的降幅最大，为1．2MPa，28天抗折强度4号的降幅最大为1MPa。3天抗压强度4号的降幅最大，为5．7MPa，28天抗压强度4’号的降幅最大为7MPa。但都高于国家标准中关于42．5强度等级水泥的要求。2．复合水泥的抗渗和抗盐离子侵蚀的能力都增强，抗渗效果最好的3号复合水泥，抗水渗高度低于硅酸盐水泥抗渗高度16ram。3．复合水泥的抗盐离子侵蚀性能也都增强，3号水泥抗盐离子侵蚀抗压强度高出硅酸盐水泥11．2MPa。 第4章复合水泥环境性能设计与计算本章首先采用生命周期评价法计算复合使用的各个单组分的环境影响值，对其进行生命周期解释，分析单组分的环境影响值对复合水泥环境影响值产生的影响，再根据第三章初步选取的复合配比，采用加权加和的方法，计算出不同配比的复合水泥的环境影响值，进而识别不同配比复合水泥的环境性能差异，优选设计配比。4．1普通硅酸盐水泥的环境影响计算本节采用北京某大型硅酸盐水泥生产企业2004年水泥生产的实际资源、能源消耗及污染物排放数据进行生命周期评价，在计算中采用中国的不可再生资源能源消耗归一化基准和特征化因子，最后给出水泥生产的生命周期结果解释。4．1．1目标与范围的确定4．1．1．1研究目的与研究对象研究的目的是评价典型企业硅酸盐水泥生产的环境影响，通过计算该厂水泥生产生命周期的环境影响，进而识别硅酸盐水泥生产中环境影响比较重的方面。4．1．1．2功能单位的确定本节规定lk942．5普通硅酸盐水泥所具有的使用性能为功能单位。4．1．1．3初始边界系统本节研究范围，由水泥原料开采、能源生产、生料制备、熟料煅烧及粉磨到水泥储存为止。主要考虑水泥生产工艺过程及与水泥生产相关的原料开采、电力生产和煤炭生产过程产生的环境影响。由于同一水平水泥企业中的运输过程各不相同，考虑本节的研究目的，运输中的消耗本文不予考虑。4．1．2生命清单分析4．1．2．1基础调研数据该厂为大型一类水泥厂，拥有两条现代化的新型干法水泥生产线，并建立了余热发电装置利用水泥生产产生的余热，并采用各种除尘器回收和去除产生的粉尘。该厂的技术水平可以代表目前中国大型水泥企业的水泥的生产的状况。具体数据见表禾1。 北京工业大学工学硕士学位论文表4-l典型水泥企业水泥生产基础数据(2004年)Table4．1Theenvironmentalimpactdataforcementproduction项目生产的资源消耗总量4．1．2．2缺失数据的处理所调研的数据没有水泥生产的C02、NOx排放。废气排放量按下列公式计算[37】。(1)C02排放量计算C02生成主要产生于燃料、燃煤等化石能源的燃烧以及水泥生产原料中的石灰石分解。①化石能源燃烧的C02排放量计算E=3．67FQka(4一1)式中萨—_C02的排放量(k曲卜—-l然料的消耗量(k曲9——燃料发热量(MJ／k曲l|卜——燃料的碳排放系数口一燃料的碳氧化率表4-2中国化石燃料的碳排放系数平¨碳氧化率m1Table*一2Thecarbonemissioncoefficientandcarbonoxidationcoefficientforfossilfuels碳氧化率0．90o．!!!：塑 第4章复合水泥环境性能设计与计算②水泥生产过程中，原料石灰石的化学反应产生大量的c02，其化学反应见式：CaC03。CaO+C02t石灰石含量按96％估算，IKg分解生成约0．54kg的CaO，同时生成O．42蚝的c02。最后得c02排放量的估算公式为：c02排放量=石灰石消耗量xCaC03含量×!Q2坌三墨+E(4．2)CaCO，分子量(2)NoI的排放量Nox的排放量估算公式为：E=0．001Fa(1-r0(4-31式中E--NOx的排放量(1【g)p——燃料的消耗量(k曲萨—-j然料燃烧时NO，排放因子卜一脱氮设备的覆盖率厂一平均脱氮效率目前国内脱氮设备较少，不考虑脱氮问题。原煤和原油的排放因子分别为9．95kg／t和g／m3【43-44]。(3)CO的排放量CO的排放量估算公式为：E-FQa式中豇——C0的排放量(kg)卜燃料的消耗量(kg)口一燃料燃烧时CO排放因子9——燃料发热量q鸵比中的百分比+粉磨负荷(4-8)根据以上计算的单指标环境影响值和公式(4_8)，可以得到表4-31，显示出不同配合比的复合水泥的环境影响值。复合水泥的环境负荷计算中需要注意，矿渣、粉煤灰的环境负荷值使用负值。同时为了能明确的显示出复合水泥与硅酸盐水泥的环境性能差异，把编号5’硅酸盐水泥的环境影响值作为基准值作归一化处理。 北京工业大学工学硕士学位论文表4-31复合水泥的环境影响值Table4-31Theenvironmentalimpactresultsforoompoundcement将上表画为柱状图如下。图4．7复合水泥的环境影响值Fig．4-7Theenvironmentalimpactresultsforcompoundcement由表中可以看出，l和1’，2和27，3和3’，4和4’相比，掺入硫铝酸盐熟料的复合水泥的环境影响都略大于不掺入硫铝酸盐熟料的环境影响，由于硫铝酸盐水泥熟料的环境影响值较高，所以单单从环境性能方面，掺入硫铝酸盐熟料是增大复合水泥环境影响。由表4．31可以看出硅酸盐水泥的环境影响最大为1．16E一14。1～4号的复合水泥的环境影响都小于硅酸盐水泥，说明掺入矿渣、粉煤灰后，减少了熟料用量，减少了水泥的环境影响。4．7本章小结本章采用生命周期评价法对复合水泥的环境性能作了计算和研究。首先分别计算了硅酸盐水泥、硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、矿渣粉煤灰的环境影响值，并对单组分的环境影响值进行了比较，分析单组分的掺入对复合水泥环境．48． 第4章复合水泥环境性能设计与计算性能的影响。分析得出：1．硫铝酸盐水泥熟料的环境影响值高于硅酸盐水泥熟料，所以单从环境影响的角度，复合水泥中掺入硫铝酸盐水泥熟料后，环境影响会交大。2．硅酸盐水泥熟料和硅酸盐水泥的环境影响相比较，可以看出硅酸盐水泥熟料的环境影响明显高于水泥的环境影响，那么水泥中降低熟料的用量是降低水泥环境影响的有效途径，所以为掺入矿渣、粉煤灰提供理论依据。3．根据单组分的配比和各自环境影响值，采用加权求和的方法，计算出不同配比的复合水泥的环境影响值。可以看出，硅酸盐水泥的环境影响最大为1．16E一14，l～4号的复合水泥的环境影响值都小于硅酸盐水泥的。 第5章复合水泥综合价值指标计算与分析5．1复合水泥的性能与价格比值计算性能与价格的比值是传统设计使用的经济价值指标，本章为了与生态设计方法比较，先对此指标进行计算。表5-1是调研得到的复合水泥各单组分的价格。表5-1复合水泥各单组分的价格Table5-1Thepriceofmaterials由表5．1可以看出，硫酸盐水泥熟料的明显高于硅酸盐水泥熟料的价格，那么从经济角度出发，掺入硫铝酸赫水泥熟料会增加复合水泥的成本。按照复合配比，计算出复合水泥的价格，同时为了明确表示出价格的差别，把编号5作为基准值将其他配比的价格作归一化处理，如表5—2所示。表5-2复合水泥的价格Table5-2Thepriceofcompoundcement用表3-9中的性能值除以表5-2中的复合水泥的价格值，可得到性能与经济价值的比值，计算方法如公式(5．1)所示。性能环境影响比值可评价单位价格，材料性能的相对大小，是从经济的角度评价性能优劣的判据。性能价格比值=性能指标值／价格指标(5—1)计算结果如表5．3所示。 北京工业大学工学硕士学位论文表5-3性能与价格的比值TableS-3Ratioofperformanceandpri∞良3天28天3天28天抗水渗平均盐离子侵蚀抗譬抗折强度抗压强度抗堆强度高度折强度压强度。(MPa／Ⅱ)(MPa／元)(MPaJ)t：)(MPa／元)(mrn／元)(MPa／元)(MPa／)C)11．68E-022．78E一027．41E-021．60E-012．65E．023．65E．021．9lE-oll’1．44E-022，82E-027．77E-021．47E-0l3．49E．023．25E-021．96E-012】．65E一022．76E-027．2lE．021．60E-0l2．33E．023．3lE-021．97E-ol2’l，4lE-022．82E-027．40E-021．46E．0l2．45E-022．94E-022．04E-ol31．49E-022．67E-026．58E-021．53E-011．67E．023．23E-021．80E-013’1．40E一022．90E-027．56E-021．50E．Ol2，46E．023．02E-021．87E．0l41．45E-022．55E-026．05E-021．49E-0l2．35E．023．23E-021．83E-0l4’1．35E一022．81E-027．40E-021．48E一0】2．48E-022．94E-02l，89E-0l51．50E一022．67E-027．00E-021．55E-017．33E．023．13E．021．68E-0l5’1．59E-022．69E一027．41E-021．52E加17．19E．022．82E．021．50E．0l表5-3中显示的就是单位经济指标的性能值。可以看出，单位经济指标的情况下标号为1的试块3天抗折强度最大为1．68E．02；标号为3，的试块28天抗折强度最大为2．90E—02；标号为1、2的试块28天抗压强度最大为1．60E．01：标号为2’的试块抗盐离子侵蚀强度最大为2．04E．01，；抗渗性能为3试块最好，平均渗水高度最小。但总体比较可以看出，各配比的性能与价格的比值差别不大。在复合水泥的实际使用中，可以根据实际的使用需要，结合表3-9和表5．3来选择复合配比。以往的设计都是在性能指标满足使用要求的情况下，选择单位经济指标影响值大的配比，同时考虑使用性能和生产成本。为了明确表示出各复合水泥性能与价格比值的差别，将其采用单一指标值表示出来。那么需要把性能值用单一的指标表示出来，综合性能指标值的计算需要对产品各性能分别取权重再累加起来。本文的性能涉及3天、28天的抗折、抗压强度，抗渗性能，抗盐离子侵蚀性能，其权重的确定仍可以采用层次分析法，为了计算简便，本文选择等权重来计算，但在复合水泥设计的实际应用中，可以根据复合水泥设计的使用需要，确定各项性能的权重关系。综合性能指标值=∑单项性能值×权重值(5．2)为了计算综合性能指标值，把性能值、价格无量纲化。由于本文的目的首先比较复合水泥和当前硅酸盐水泥的性能差异，现选择5’的性能值为基准将表3-9做归一化处理，得到性能相对比值，结果如表54所示，在计算时，由于抗渗高度越大越代表其抗渗性能差，为了便于计算，在计算抗渗高度相对值时，采用抗渗高度倒数值，这样所得值越大代表抗渗性能越好。 第5章复合水泥综合价值指标计算与分析表5．4性能相对比值TableS-4Performancerelativevalueofcompoundcement由公式(5．2)和表5_4数据，得到综合性能指标值。表5-5综合性能指标值Table5-5Compositevaluedataof弹dbIm∞ce壁曼缠量簋盒丛递堡盒丝篚l11．3l21’1．15321．3542’1．27531．4863’1．27741．2784’1．25950．97105’1_00由表5．5可以看出，编号3的复合水泥的综合性能值最大，综合性能最好。复合水泥的综合性能优越于普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。根据公式(5．1)和表5．2、表5-5，可以等到综合性能与价值的比值。表5-6综合性能与价值比值Table5．6RatioofcompositeperformanceandpdOclI1．39521’1．303321．43442’1．447531．602，63’1．440741．37884’1．419951．029105’I．000．53． 北京工业大学工学硕士学位论文由表5-6可以看出，3号试块的综合性能与价值比值最好，但是复合水泥之间相比较，差别不明显。复合水泥的综合性能与价值优于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的。5．2复合水泥的性能与环境影响比值计算用表3-9中的性能值除以表4．31中的复合水泥的环境影响值，可得到性能与环境影响值比值【锕，计算方法如公式(5．3)所示。性能环境影响比值可评价单位环境影响时，材料性能的相对大小，是从环保的角度评价性能优劣的一个有用的判据。性能环境影响比值=性能指标值／环境影响值(5-3)计算结果如表5．7所示。表5-7性能与环境影响值的比值Table5．7Ratioofperformanceandenvironmentalimpactvalue。3天28天3天28天抗水渗平盐离子侵蚀=抗折强度抗压强度均高度抗折强度抗压强度。(MPa)(mln)(MPa)11．41E+152．34E+156．23E+151．35E+162．23E+153．07E+151．60E+16171．17E+152．30E+156．34E+151．20E+162．84E+152．65E+151．60E+1621．38E+152．31E+156．03E+151．33E+161．95E+152．77E+151．65E+162’1．15E+152．29E+156．00E+151．18E+161．99E+152．39E+151．66E+16囊”35雾2．84E+15“5．1lE+15。。“1，26E+16。i麓．93E+167i勺．83E+15。举6．18E+157⋯i23．45E+16j冀3‘2．68E十155，54E+151．44E+162．86E十16。4．70E十155．77E+153．62E+16*i42．76B}154．87E+151．15B+t62．84E+163．20E+156．15E+153．4lE+16祷。4一。j2．56E+15。s．33E+1s一1．40E+16，。3，80E+16一i3．35E+15；一。5．57E+15⋯⋯3．64E+16赢54．84E+148．60BH42．26E+155．OOE+152．37E+151．01E+155，74E+155’4．39E+147．40E+142，04E+154．19E+151．98E+157．77E+144．33E+15表5．7中显示的就是单位环境影响的性能值。可以看出，单位环境影响的情况下标号为3的试块3天抗折强度最大为2．84E+15：标号为3’的试块28天抗折强度最大为5．54E+15；标号为3的试块28天抗压强度最大为2．93E+16，；标号为3的试块28天抗盐离子侵蚀强度最大为3．69E+16，；抗渗性能为3试块最好，平均渗水高度最小。可以看出，编号3和编号4的复合水泥，性能与环境的比值明显高于其他配比。各复合水泥的性能与环境的比值优于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。与5．1节中传统的性能与成本的比值对比可以看出，性能与成本比值高的，性能与环境影响比值不一定好，二者关系不统一，体现了传统设计的弊端。为了实现水泥的可持续发展，生态设计要求在实际生产中不能只考虑价值指标，必须．s4． 第5章复合水泥综合价值指标计算与分析同时考虑环境指标。在复合水泥的实际使用中，可以根据实际的使用需要，结合表3-9和表5-7来选择复合配比。在性能指标满足使用要求的情况下，选择单位环境影响值大的配比，做到同时考虑环境性能和使用性能。为了明确表示出各个配比性能与环境影响比值的关系，根据公式(5—3)和表5．2、5．5，可以计算等到综合性能与环境影响的比值。表5-8综合性能与环境影响比值Table5-8Ratioofeompositep,nfommeeandenvironmentalimpactvalue序号l234编号ll’22’综合性能与环境影响比值425l3．8544．3464．257910512051．000表5-8显示出了单位环境影响下，复合水泥综合性能的情况。可以看出，编号3与编号4的复合水泥的综合性能与环境影响比值明显高于其他配比的比值，单位环境影响下的性能较好。7％5-3复合水泥的综合价值指标分析’‘根据生态设计的综合价值指标P／IC(C：Cost成本，P：Performance性能，l：Impact环境影响)最大化原则‘18】，设法使P趋于最大、I与C趋于最小，从而综合考虑复合水泥的性能、环境、成本。5．3．1单项性能综合价值指标值首先对各配比复合水泥的单项性能综合价值指标进行计算。单项性能综合价值指标值=性能相对值／(价格相对值×环境影响值相对值)(5-4)采用公式(5-4)将表4-31、表5-2、表5-4的数据进行处理可以得到复合水泥单项性能的综合价值指标值，如表5-9所示。一曼|孵渤；董}孵麒爹；酝爨藏互∥匕 北京工业大学工学硕士学位论文表5-9单项性能的综合价值指标值Table5-6Compositevaluedataforeveryperformance霉抗淼度茹鑫抗蒜度簇鑫抗渗性能嚣嘉箍嚣亲蓑号抗折强度抗压强度“9““蚀抗折强度蚀抗压强度9．8464．1908．4663．81611．3lO3．79812．1583．4541936．427％。”8．5t72i鬻霉s28．7708．36726．2628．526+?28．954巍麓=⋯8．127。i戤#。1．3931．3921．0001．003表5-6所显示的综合价值指标值就是综合考虑了使用性能、环境性能、价格的结果。编号为3’的试块3天抗折强度最大为6．910；标号为3’的试块28天抗压强度最大为7．659；标号为4’的试块抗盐离子侵蚀强度最大为9．783；抗渗性能为4号试块最好。编号3和编号4的复合水泥的综合价值指标明显高于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的，在综合考虑生态设计三要素的情况下，编号3和编号4的综合性能较好。在选择使用材料时，结合表3-9所示的使用性能值，在单项使用指标合乎使用要求的情况下，选择单项性能综合指标大的配比，可以保护环境同时降低生产成本。5．3．2综合价值指标值为了能明确的表示出各个配比复合水泥生态设计的状况，我们根据PflC计算出复合水泥的综合价值指标值。归一化处理后试件5’的综合价值指标值就是l，如果其他编号试件的综合价值指标值大于l，那么代表其综合性能好于硅酸盐水泥的综合性能。结合表4-31、表5．5和表5．7，根据P／IC计算出复合水泥的综合价值指标值。计算结果如表5．10所示。由表5—10可以看出，硅酸盐水泥的综合价值指标最小为1，标号为3、4的复合水泥的综合价值指标值都大于10，其综合价值指标远远高于硅酸盐水泥，由此选出复合水泥的性能优良的配比。蘩瓣％《¨≯oom挪Ⅲ螂啪弼嗡缁奶咖48991l狮m螂姗懈啪研渐m咖磊摇抛荔翟舢；"¨}篇嚣摇攘盔{j3，8，8ll潞瓣嚣兹裟嚣船黔一嚼≯；}。r：z◇。拶。弭。黔，y 第5章复合水泥综合价值指标计算与分析表5一IO综合价值指标值Table5·10Compositevaluedata序号1234编号ll’22’复合水泥综合价值指标4．5l4．304．63477缪黪溺㈣繁㈥燃㈤④㈧溺燃缪燃溅嬲￥矧燃㈧繁鬻溺黪63‘11．21。凌笺7410．24⋯”瀵麓豢。蕊j，瀚缀蠡‰愿；j灏巍蕊滋※簌l瀚瀚l{。雌i％麓凌蠢懿滋i滋9lO51．291．∞5．4本章小结本章根据第三章的性能测试值和第四章的环境影响值，分别计算了各配比复合水泥的性能与价格的比值、性能与环境影响的比值、综合价值指标，并对各项指标进行分析，得出以下结论：1．从复合水泥的性能与价格比值的总体比较可以看出，各配比的性能与价格的比值差别不大，复合水泥的优越性不明显。2．计算出单位环境影响的性能指标值，可以看出，在性能指标满足设计要求的情况下，标号为3、4的复合水泥的指标值都远远高于硅酸盐水泥的。对比单位价格的性能指标值可以看出，性能与成本比值高，但性能与环境影响比值可能低，反映了传统设计的弊端，生态设计不能仅仅考虑价值因素。3．根据生态设计的综合价值指标P／IC(c：Cost成本，P：Performance性能，hImpact环境影响)最大化原则，计算出综合价值指标，同时考虑环境指标、使用性能指标、价值指标的情况下得出，标号为3、4的复合水泥的综合价值指标值都大于10，其综合价值指标远远高于硅酸盐水泥，由此选出复合水泥的性能优良的配比。 结论1．本论文的主要结论本文对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合的新材料体系进行了研究，综合考虑了复合材料的使用性能、环境影响和经济指标，探索了无机材料生态设计方法，主要研究成果体现在如下几个方面：(1)本文综合考虑水泥生产生命周期的性能价值、环境价值和经济价值三要素，给出了硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合生态设计的基本技术框架与基本计算方法。(2)本文从性能、环境、经济角度综合考虑，选取硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、二水石膏和矿渣、粉煤灰为复合使用的单组分，研究设计了复合水泥单组分的配比。(3)按照配比制成复合水泥，对复合水泥试块的力学性能、耐久性能进行了测试，对环境影响进行了计算。对抗折强度、抗压强度、抗水渗透、抗盐离子侵蚀的测试结果显示出，所设计的复合水泥与硅酸盐水泥的相比，其抗折、抗压强度都有所降低，但都高于国家标准中对于42．5水泥的强度要求，同时复合水泥的抗渗和抗盐离子侵蚀的性能优越。论文对复合的单组分的环境影响情况做了计算，分析单组分的环境影响对复合水泥环境性能的影响。根据第三章初步选取的复合配比，采用加权加和的方法，计算出不同配比的复合水泥的环境影响，可以看出，硅酸盐水泥的环境影响最大为1．16E一14，1～4号的复合水泥的环境影响值都小于硅酸盐水泥的环境影响。(4)文章最后结合复合水泥的性能和环境影响、经济指标计算复合水泥的综合价值指标。计算结果显示，标号为3、4的复合水泥的综合价值指标值都大于10，其综合价值指标远远高于硅酸盐水泥，由此选出复合水泥的性能优良的配比。在复合水泥的实际使用中，可以根据实际的使用需要，在性能指标满足要求的情况下，选择综合价值指标值大的复合配比，做到同时考虑环境影响、使用性能和经济指标。本文为设计新品种水泥和提高水泥产品的资源效率研究提供了技．S9． 北京工业大学工学硕士学位论文术基础。2．工作展望通过本文的不同体系水泥复合生态设计研究，对材料产业环境协调、可持续发展具有重要意义，但是，由于相关的复合研究方法很少，本文复合水泥的生态设计中还存在一些问题，有待进一步解决，还需要不断完善：(1)本文首次提出矿渣和粉煤灰的环境影响值计算方法，主要考虑其作为建筑废弃物占用土地，环境影响值计算的归一化指标选用的我国可用土地的年减少量，这种计算方法还需多方面检验。(2)综合价值指标是统筹考虑各项性能的结果，本文采用简单的直接相乘的方法，存在一定弊端，需要进一步讨论。(3)本文选择出的最佳复合配比，只是在所罗列的配比中的最佳配比，按照复合水泥的设计方法，应该在所选最佳配比的附近进一步细化配比，重复设计过程，直至选择出最实用的配比。 参考文献l中国环境年鉴编辑委员会．中国环境年鉴2005．北京：中国环境年鉴社，20052中国建筑材料工业年鉴编委会．中国建筑材料工业年鉴2004--2005．北京：中国建筑材料工业年鉴社3中国行业分析报告——建材工业．北京：中国经济出版社，20054国家统计局．中国统计年鉴2005．北京：中国统计出版社，20055韩仲琦．水泥工业生态化发展方向．中国建材．2005，第二期：41～456刘志江．生态设计一改变水泥工业经济增长方式的重要举措．中国水泥，2005，3：12～147韩仲琦．中国水泥的历史和发展．中国水泥．2002，8：8～128崔素萍．水泥工业处理废弃物优势及问题分析．建材发展导向．2003，(3)：49～529HidekiKobayashi，StrategicEvolutionofeco～products：aProductLifeCyclePlanningMethodologyResearchinEngineeringDesign，Volume16．Numbers1～2，2005：18～2310孙星寿．循环经济与水泥工业发展．中国资源综合利用，2005，03：30～3411韩仲琦．关于水泥清洁生产的思考．水泥技术．2004，6．13～1712lL＆mn觚．K．C．Leong,＆Osmanand}L＆Ho．LifeCycleEnergy,EmissionsandCostInventoryofPowerGenerationTechnologiesinSingapore．RenewableandSustainableEnergyReviews，Volume11，May2006，Pages702～715．13JanCarelDiehl，MarcelCrul，ArianneBijma．EcodesigninCentralAmerica,Ecodesignmethodology：ProductImprovementTool(PIT)．Volumel，Number3，2001：70～7614沈威，黄文熙．水泥工艺学．武汉：武汉工业大学出版社，1986：175·18915刘志江．新型干法水泥技术．北京：中国建材工业出版社，200516J．B．Guinee，MafiekeGorree．ReinoutHeijungs，eta1．HendbookonLifeCycleAssessment：OperationalGuidetothelSOStandards．KluwerAcademicPublisher，Dordrecht，200217胡曙光编著．特种水泥．武汉：武汉工业大学出版社1999：281-28418左铁镛，聂柞仁．环境材料基础．北京：科学出版社，2003：61～8519S．LAXMI，P，K．MANDAL，R．GHOSH，V．V．SUBBA．RAO(印度)．快硬、高强复合水泥的研制．周海红译．第八届国际水泥化学会议论文集，巴黎198620王燕谋，苏幕珍，张量著．硫铝酸盐水泥．北京：北京工业大学出版社，1999：321王复生，杨海燕等．硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥复合对复合水泥性能的影响．北京建材，．61． 北京工业大学工学硕士学位论文1996，222张丕兴．硫铝酸盐同硅酸盐水泥复合的研究．水泥，1989，1223WanidaWanichpongpanandShabbirH．Gheewala(2006)．LifeCycleAssessmentasaDecisionSupportToolforLandfillGas～toEnergyProjects．JournalofCleanerProduction,August2006：100～10624A．Ant6n．ECastellsandJ．I．Montero．LandUseIndicatorsinLifeCycleAssessment．CaseStudy：TheEnviromnentalimpactofMediterraneangreenhouses．JournalofCleanerProduction，December2005：80--8425R．Navia，B．Rivela，ICE．LorberandR．M6ndez．RecyclingContaminatedSoil∞AlternativeRawMaterialinCementFacilities(2006)：“fccycleassessment．ConservationandRecycling，Volume48，October2006，Pages：339～356．26崔素萍．硅酸盐水泥一硫铝酸盐复合体系水泥研究．北京工业人学博士论文．2005：7～927付兴华，候文萍等．改善硫铝酸盐水泥性能的研究．CEMENTTECHNOLOGY．2001，2：10～1628KokubuM．FlyAshandFlyAshCement．Internationalsymposinonchemistryofcement，5th,Tokyojapan1968(4)：75·11329马素花，沈晓冬，钟白茜．超细矿渣粉煤灰复合水泥．粉煤灰综合利用．2005，2：28-3030杨华全，董维佳，王仲华．掺矿渣微粉和粉煤灰的水泥胶砂性能试验研究．人民长江．2001，VoL．32：30～323l杨建新，徐成，王如松．产品生命周期评价方法及应用(M】．北京：气象出版社，200232DongXiang，XuepingLiu，YingWu，da1．LifeCycleAssessmentToolforElectromechanicalProductsGreenDesign．IEEEInteraationalSymposiumonElectronicsandtheEnvironment，2003：120～12433山本良一．生态设计．北京：化学工业出版社，2003：37-4134韩仲琦．水泥工业生态化及其相关的技术和设备．中国粉体技术．2005，3：38～4335刁江京等．用1000Vd预分解窑生产硫铝酸盐水泥．水泥．2005，6：lDl736富丽．生态水泥生命周期评价研究．北京工业大学硕士学位论文．2004：26-2737狄向华．资源与材料生命周期分析中若干基础问题的研究．博士学位论文，北京工业大学，2005，38刘顺妮．水泥一混凝土体系环境影响评价及其应用研究．武汉理工大学博士学位论文．2002：30～3839龚志起，张智慧．水泥生命周期中物化环境状况的研究．土木工程学报．2004，05：86～9l40郭玉泉．北京市水泥行业的物能代谢分析玉环境协调性评价．北京大学硕士学位论文．2001．62． 参考文献41MaryAunCmrran'EnvironmentalLifeCycleA㈣ent．TheUnitedStatesofAmericaMcGraw--HillcompaniesInc，1996．chapter42NoriyukiTUCHIlDA，YoTOMOTA，KotobllNAGAI．AnEc‘>-stcclDesignConceptCopiedwithPropertiesPredictionsandMaterial“fcCycleAnalysis．TheThirdInternationalConference011ECOMAllIlIAIS，Japan，1997．：95-9843吴宗鑫，陈文颖．以煤为主多元化的清洁能源战略．北京：清华大学出版社，200044N．Kato，H．Akimoto．AnthropogenicEmissionsofS02andNOXinAsia：EmissionInventories．AtmosphericEnvironment，1992，26：2997-301745Z．Klimont,D．GStreet,S．Gupts．AnthropogenicEmissionsofnon-methaneVolatileOrganicCompoundsinChina．AtmosphericEnvironment，2002，36：1309—132246GabrielGOrograle．EnvironmentalManagement：WhatIS014000bringstotable．TotalQualityEnvironmentalManagement．1995,4(4)：5～15．47姜启源．数学模型．北京：高等教育出版社，1987：132～1448中国国土资源年鉴编委会中国国土资源年鉴2004北京：国土资源部，200449．N．W．VandenBergandC～E．Dutilh．BeginningLCA：ADETOHGuidetoEnvironmentalLifeCilcleAssessment：15～1650环境管理一生命周期评价．国家质量技术监督局．GB／T24040～1999idt1S014040．199751AlxlE1．Aziz,M．，AbdE1．Alenm,S．，eta1．HydrationandDurabilityofSulphate．resistingandSlagcomentBlendsinCaron*8LakeWater．CementandConcreteResearch．Volume：35，Issue：8，August，2005，PP．1592～160052CabreraJG·WoolloyGR．“feCycleBenefitSofcalciumsilicaterePlacements．WasteManaggemunt，1996，16(1)：215—22053J．B．GUinee，MariekeGorree．ReinontHeijungs，etal．Handbook011“feCycleAssessmentOperationalGuidetotheISOStandards．KluwerAcademicPublisher，Dordrecht，200254PerH．Nielsen，JianxinYang．ChineseNormalizationReferencesandWeightingFactors～AccordingtotheEDIPImpactsAssessmentMethod．ProceedingoftheThirdInternationalConference0111Ecobalance．1999，9：l～3855TsuiC．Kuo．Enhancingdisassemblyandrecyclingplanningusinglife-cycleanalysis．RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing．Volume22，Issues5-6，October-December2006，Pages42042856LingmeiWang，WeidouNiandZhengLi．EmergyEvaluationofCombinedHeatandPowerPlantEcckindustrialPark(CHPplantEIP)ConservationandRecycling．Volume48，Issuel，July2006,Pages56-7057刘江龙．环境材料导论．北京：冶金工业出版社，1999：204-21l58M．D．Bovca．九Gallardo．n璩influeneeofimpactassessmentmethodsonmaterials．63． 北京工业大学工学硕士学位论文selectionforeco—design．Materials＆Design．Volume27，Issue3，2006,Pages209·21559PinarErolandJorgTh6ming．ECO-designofReuseandRecyclingNetworksbyMulti—objectiveOptimization．JournalofCleanerProduction．Volume13，Issue15，December2005，Pages1492—150360LennartY．Ljungberg．MaterialsSelectionandDesignforDevelopmentofSustainableProducts．Materials＆Design．Volume28，Issue2，2007，Pages466-4796lFuxingll∞，YangChunxia，eta1．StudiesOilEffectsofActivatorsOilPropertiesandMechanismofHydrationofSulphoaluminateCement．CementandConcreteResearch．Volume：33，Issue：3，March，2003，PP．317～324．64． 攻读硕士学位期间发表的学术论文1．吴红，崔素萍，王志宏．中国水泥工业环境影响分析．中国建材科技．2006，3：50-532．崔素萍，吴红，聂祚仁，王志宏．水泥窑处理固体废弃物环境影响评价．中国水泥．2006，7：50一52．65． 致谢致谢本论文是在王志宏教授和崔素萍教授两位导师的悉心指导和热切关怀下完成的。从论文的研究方案的确定到论文的撰写，无不凝聚着导师的心血和汗水。在三年的硕士阶段学习和生活中，两位导师在学术上的指导、在生活上的关心，使我在学习、工作方面都受益匪浅。感谢两位导师在三年来为我的学习和研究创造的良好的环境、机会和给与我的启发。两位导师严谨治学的科学态度和为人正直的高尚品德，是我一生的楷模。真诚感谢兰明章副教授和王子明副教授在实验过程中和论文完成的过程中给予我的大量指导。兰老师谦和的为人，勤勉的工作作风永远值得我去学习，在实验室给我们提供了非常好的实验条件；王老师严谨的治学态度，积极的工作作风对于我在以后的学习和工作都有很重要的影响。感谢王亚丽老师、张志老师、费杰老师在本人学习期间给与的无私的帮助。在论文的试验和文字处理阶段，王艳冰、张星、邱文、陈文娟同学给了我很多帮助，有了他们的帮助，我才能顺利地完成论文。在整个课题的数据调研过程中，得到了北京琉璃河水泥厂、唐山北极熊特种水泥有限公司的帮助，在此深表谢意。深深感谢我的父母对我的关心、培养、鼓励，感谢支持我的所有的朋友!最后向所有帮助过我的老师和同学表示衷心地感谢!吴红2007年5月于北京工业大学