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2017年10月，党的十九大报告中着重强调“加强固体废弃物和垃圾处置”，固体废弃物资源化利用技术的研究与产业化推广已经上升为国家战略，成为生态文明建设的重要组成部分。秉持“绿水青山就是金山银山”理念和在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话精神，结合《中国制造2025》（国发〔2015〕28号）、《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》（发改办环资〔2019〕44号）和《关于印发河南省“十三五”节能减排综合工作方案的通知》（豫政办〔2017〕81号）等国家与河南省科技规划与产业政策，行业应积极有效地推进固体废弃物全方位、多层次的高效综合利用。
1.固废综合利用背景
我国作为最大的发展中国家，每年产生巨量的工业固废。根据国家统计局的《中国统计年鉴》，2011—2017年全国一般工业固废年产生量均在30亿t以上（具体见图 1.1），其中2017年高达33.16亿t，综合利用量为 18.12 亿t，综合利用率只有55%。根据生态环境部统计数据，我国年产生量在1000万t以上的大宗工业固废主要包括尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏、磷石膏、赤泥和污泥等，2018年主要大宗工业固废产生量及其综合利用率见表1.1。未得到综合利用的工业固废绝大部分只能临时堆存，据工信部统计，当前我国工业固废的历史累计堆存量超过600亿t。如此巨量固废的堆存占用了大量土地，还严重污染生态环境，亟待资源化利用。
图1.1 2011—2017年全国一般工业固废年产生量
表1.1 2018年我国主要大宗工业固废产生量及其综合利用率
随着我国社会经济发展与城镇化进程的加快，由于建筑施工、改造修缮和拆除工程等产生的建筑垃圾产生量巨大。我国战略性新兴产业环保联盟的数据显示，2011—2017年的建筑垃圾产生量逐年递增（图1.2），其中2017年达到15.7亿t，资源化利用率不足10%，远低于欧盟（90%）、日本（97%）和韩国（97%）等发达国家和地区。河南省建筑垃圾存量达5亿t，每年增量近1亿t。2017年河南省建筑垃圾产生总量为1.05亿t，其中直接利用和再生处置0.48亿t，资源化利用率仅为46%。因此，巨量建筑垃圾堆存导致在很多城市出现了“围城”“堆山”“填河”现象（图1.3），严重危害生态环境，有效的资源化利用已迫在眉睫。
图1.2 2011—2017年全国建筑垃圾产生量
图1.3 建筑垃圾围城
综上所述，我国的建筑垃圾、工业固废量大、面广、成分复杂，且地域性极其明显。高效资源化利用这些巨量固废，将有利于促进我国生态文明建设、生态环境保护与高质量发展。
2.固废综合利用目的及意义
大规模的基础设施建设，造成硅酸盐水泥的需求量居高不下。2019年我国水泥产量为23.3亿t，占世界产量的一半以上。巨量硅酸盐水泥生产消耗了大量的石灰石和黏土资源，加剧了自然资源紧缺问题。近几年水泥行业产能置换、错峰生产、减产排能等政策的实施，使得水泥产能由过剩转变为供应不足，这势必造成水泥供应紧缺，经常出现有价无市的现象。
为积极应对新冠肺炎疫情给我国经济带来的冲击，我国基建将迎来新的大发展。国家发展改革委公布的数据显示，截至2020年3月20日已有25个省（自治区、直辖市）公布未来的投资规划项目2.2万个，总投资额达49.6万亿元，其中2020年度计划投资总规模7.6万亿元。这必然会进一步加剧硅酸盐水泥等资源的紧缺程度。且普通硅酸盐水泥，存在如下令人不满意的地方：①水化产物中，除了C-S-H以外，其他水化产物在化学上和物理上都是活性物质，会随时间延长逐渐发生转化，或溶解于环境介质中，或与环境介质发生化学反应；②体积稳定性差，易产生裂缝，导致混凝土结构过早劣化；③水泥环境协调性差、能耗高，消耗大量的石灰石等自然资源；④成本高，由于制造工艺的影响，在生产硅酸盐水泥时会消耗大量的煤和电能，并产生大量的二氧化碳，而二氧化碳浓度的增加是造成全球温室效应的原因之一。综上所述，考虑到生产硅酸盐水泥带来的各种不利影响以及与低碳经济发展、节约环保和可持续发展背道而驰，研发一种可以替代硅酸盐水泥的材料尤为重要，这种材料不仅能代替水泥用于满足人们的住房和基础设施要求，而且还不会进一步增加二氧化碳的排放量。
碱激发胶凝材料正是目前正在深入研究并推广的几种可替代水泥的胶凝材料之一。碱激发胶凝材料是指具有潜在活性的原料（矿渣、粉煤灰、偏高岭土、再生微粉等）在碱性激发剂的作用下生成具有水硬活性的一类胶凝材料，其制备过程耗能低、排放低，且具有与硅酸盐水泥相似的性能。碱激发胶凝材料与普通硅酸盐水泥相比，具有一定的优势，如：生产碱激发材料的原材料来源较为广泛，制备工艺相对简单，具有良好的抗压、耐高温、耐酸和化学腐蚀等性能，同时碱激发胶凝材料与水泥、混凝土、陶瓷、玻璃和一些金属基材结合性能良好。
随着专家学者对碱激发胶凝材料研究的深入，在制备技术、性能、微观及应用方面都取得了一定的研究成果，但对碱激发胶凝材料配方的优选更多的是考虑其强度，很少从成本上进行分析。因此本书主要从优化配方及性价比两方面进行研究，以降低胶凝材料成本、应用于生产实际为主要研发目标，开发具有较高性价比的碱激发胶凝材料。当碱激发胶凝材料制备混凝土时，在浆体和骨料之间必然存在着界面过渡区，它虽然比硅酸盐水泥混凝土界面过渡区更致密，但仍是碱激发胶凝材料混凝土的薄弱环节，控制着碱激发胶凝材料混凝土的强度、抗化学腐蚀、渗透性等宏观性能。本书将对碱激发胶凝材料混凝土界面过渡区的微观本质特性、在劣化因素作用下的劣化规律和机理等进行深入研究，有利于提高碱激发胶凝材料混凝土的宏观性能，延长混凝土结构使用寿命，推动碱激发胶凝材料混凝土在工程中的广泛应用。