建筑垃圾資源化利用技術研究現狀*?

王信鴿，何廷樹，張凱峰，孟剛，王曉峰

（1. 西安建筑科技大學，陜西 西安 710055；2. 中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710010）

0 引言

隨著我國城鎮化進程加快，大規模基建項目開工建設以及農村危房改造、鄉村環境整治等原因，我國每年產生的建筑垃圾在 17 億噸左右。目前，我國建筑垃圾占各類垃圾總量的 30% 以上，且每年在呈上升趨勢。業內專家預計，到 2020 年，我國建筑垃圾產生量將達到 26 億噸。巨量的建筑垃圾不僅占用土地，還帶來一系列環境污染問題。因此，研究開發建筑垃圾資源化利用技術迫在眉睫，意義重大。

1 建筑垃圾定義及分類

建筑垃圾是工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾等五類的總稱，指建設、施工單位新建、改建、擴建和拆除各類建筑物、構筑物、管網等以及居民裝飾裝修房屋過程中所產生的棄土、棄料及其它廢棄物。本文所研究的建筑垃圾主要是指各類建筑物、構筑物等拆除過程中產生的金屬、混凝土、瀝青、磚瓦、陶瓷、玻璃、木材、塑料等棄料，稱之為拆除垃圾。所謂資源化就是使建筑垃圾轉化成為有用物質的方法。

2 行業政策環境分析

“十二五”以來，我國相繼出臺多項建筑垃圾資源化相關政策法規。2011 年，國家發展和改革委員會印發《“十二五”資源綜合利用指導意見》和《大宗固體廢物綜合利用實施方案》（發改環資 [2011]2919號）。兩份文件中明確了推廣建設工程項目中廢棄物生產路面透水磚砌塊、混凝土、市政工程制品等再生建材制品、道路基材料，要求全國各地區建立完善的建筑工程廢棄物回收利用體系，實施建筑垃圾資源化利用工程。

2013 年，國務院下發《循環經濟發展戰略及近期行動計劃》的通知，推進建筑廢物集中處理、分級利用，生產高性能建材產品。要求各地區因地制宜建設建筑廢物資源化利用和處理基地。同年，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建設部共同發布《綠色建筑行動方案》（國辦發 [2013]1 號）的通知。方案提出國務院各相關部門要制定實施方案，推行建筑固體廢棄物資源化處理工作，各地方政府協同地級以上城市，因地制宜地開展建筑固體廢棄物資源化處理工作。

2016 年，中共中央、國務院下發《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》的通知。通知提出力爭用 5 年左右的時間，基本建立建筑垃圾回收和再生利用體系的目標。同年 12 月，工業和信息化部、住房和城鄉建設部印發《建筑垃圾資源化利用行業規范條件》、《建筑垃圾資源化利用行業規范條件公告管理暫行辦法》。文件對建設建筑垃圾處理廠、運行及行業監管等多方面提出了全面的要求。

2017 年，國家發展和改革委員會發布《循環經濟發展評價指標體系（2017 年版）》，該通知中將城市建筑垃圾資源化處理率首次納入城市評價指標體系，并且評價結果將作為今后申請相關資金、政策支持的重要參考。

2018 年初，住房和城鄉建設部印發《關于開展建筑垃圾治理試點工作的通知》（建城函[2018]65 號）通知。決定在北京市、鄭州市等 35 個城市（區）開展建筑垃圾治理試點工作。要求各試點城市（區）要合理布局消納處置、資源化利用設施，加快設施建設，推動資源化利用，提高建筑垃圾再生產品質量，研究制定再生產品的推廣應用政策，制定專門實施方案。

近年來，國家各部委、各地政府及行業協會陸續發布了建筑垃圾資源化利用相關政策法規及指導意見。這為行業發展做出了頂層設計，規范了資源化處理處置設施設備及運用的建設標準，進行了形式多樣的商業開發探索，開創了多種發展模式，樹立了一批行業發展示范標桿，為建筑垃圾資源化利用打下了堅實的基礎。

3 建筑垃圾預處理相關技術

3.1 國內外建筑垃圾預處理技術現狀

國外發達國家將建筑垃圾資源化利用作為長期國家戰略，通過法律保障、政府支持及先進技術開發與應用，實現建筑垃圾的資源化利用。美、日及歐盟等發達國家和地區基本已實現建筑垃圾資源化處理。以美、德為例，美國的再生產業規模就達 2400 億美元，與其汽車業相當；德國有 200 家左右的建筑垃圾處理企業，年營業額超過 20 億歐元。在立法方面，美國《超級基金法》、德國《廢物處理法》等法律法規，明確各方權責，確立“誰產生誰負責”的基本原則，強調建筑垃圾源頭處理，為預處理及資源化產品階段減輕壓力。

建筑垃圾資源化利用分為三個等級，包括低級利用、中級利用及高級利用。當前，國外發達國家建筑固廢資源化利用主要集中在低級利用以及中級利用。比如在美國，現場分揀利用、一般性回填處理等低級利用占比大概為 50%～60%，作為再生砂石骨料用于建筑工程、道路工程及制備砌體材料的等約占比 40%。目前，世界上最大的建筑垃圾資源化處理工廠位于德國。這家工廠每小時可生產 1200 噸建筑垃圾再生建材。

與國外發達國家相比，我國建筑垃圾資源化利用率偏低。建筑垃圾的處理處置處在簡單化、無序化的初級狀態。一方面，城市缺乏長遠可持續的發展規劃。建設項目中的設計、施工與拆除工程采用的多為傳統的粗放型生產方式，直接造成大量的建筑固廢垃圾的產生。另一方面，對于各類建筑垃圾未實施分類回收及有組織的消納和資源化管理。政府各級監管部門未對建筑固廢垃圾的生產者規定其強制回收的義務。建筑垃圾被隨意填埋或傾倒處理，而建筑垃圾處置企業卻因缺乏生產原材料，處于停產或者虧損狀態[1]。

3.2 建筑垃圾預處理技術現狀

3.2.1 預處理技術

建筑垃圾資源化利用預處理的工藝一般可劃分為破碎、篩分及分選除雜等環節。

破碎是建筑垃圾預處理技術的核心內容。這個工藝過程能夠影響設備的生產能力及能源消耗，還能影響建筑垃圾再生骨料產品的粒形、粒度分布、粉料率等性能，并最終影響生產線的經濟效益。建筑固廢垃圾的物料，硬度上看強度中等偏軟，表面裂縫較多，一般有擠壓式破碎（包括顎式破碎和圓錐破碎）和沖擊式破碎（常見的有反擊式破碎、立式沖擊破碎和錘式破碎）兩種處理方法。

篩分也是建筑垃圾資源化預處理的重要環節。包括建筑垃圾中渣土等雜物的篩分分離和破碎后再生骨料分級篩分。常用設備包括振動篩、滾筒篩、棒條篩等。

分選除雜包括人工和機械分選兩種。機械分選主要包括風選、磁選、水力浮選等，是根據建筑垃圾中雜物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同進行高效分離的。人工分選主要針對金屬、玻璃、陶瓷、舊衣物等雜物。在預處理過程中，因建筑固廢垃圾中所含雜質種類繁多，除雜過程往往是多種分選方法并用，如浮選應與人工揀選、風選、磁選等除雜工藝相配合的除雜方式。

3.2.2 預處理工藝的環保技術

建筑垃圾資源化預處理過程的環保除塵技術應用較多的是脈沖布袋除塵和噴霧抑塵。脈沖布袋除塵技術屬于過濾式除塵的一種，具有突出的優點和性能指標：脈沖袋除塵器體積小、重量輕；維修方便、簡單；除塵效率高，與電除塵器相比更具優越性。目前，多數建筑垃圾資源化處理廠家都會選擇脈沖袋式除塵器除塵，并通過多點布置，達到良好的除塵效果。例如，北京首鋼建筑垃圾處置廠將除塵器分別設置在第一次破碎、2 號篩及反擊破、3 號篩等處。

在建筑垃圾處置過程中，磚、混凝土在破碎過程中易產生大量粉塵，袋式除塵裝置能夠有效地控制預處理過程中的揚塵問題，實現清潔環保生產。同時，收集的粉塵可作為礦物摻合料應用在建材中。

噴霧抑塵是指用水作為除塵的介質，利用霧炮機通過高壓泵、微細霧化噴嘴將水霧化，再利用風機風量和風壓將霧化后的水霧送到較遠距離，使得水霧到達較遠距離同時能夠覆蓋更大面積，水霧與粉塵凝結后降落，從而達到降塵目的。在實際應用中，可在霧炮噴霧中增加抑塵劑，以降低水的表面張力，改變親水性，從而避免粉塵帶靜電，實現微塵融入水滴，通過重力自然落地，實現降塵。一旦粉塵和水的混合物落地后，表層會形成一固化物，將粉塵固化在其之下，避免二次揚塵。

3.2.3 預處理技術發展趨勢

磚混分離技術。當前，我國建筑垃圾資源化處理缺少在源頭分類，必然在處理廠過程過涉及“二次分類”問題。在現有資源化處理工藝的鏈條上，添加“磚混分離”的處理工藝是對建筑垃圾預處理工藝路線的優化和提升。“磚混分離”的核心是“形狀分離”，結合“水力淘汰”的水力浮選技術，經過分離分類處理的骨料能夠高附加值利用再生建材產品的應用，提高建筑垃圾資源化產品的經濟效益。

骨料整形強化技術及裝備。一般來說，經過資源化處理的再生骨料具有針片狀顆粒較多、表面粗糙且包裹水泥砂漿以及表面存在大量微裂縫等性狀，其綜合性能明顯劣于天然骨料。因此，對破碎后的骨料顆粒進一步整形強化處理，使其綜合性能達到甚至高于天然骨料是未來預處理技術的重要課題。再生骨料整形強化有化學方法和物理方法。常規的化學強化處理方法是利用酸液實現骨料強化，但是處理工藝成本高，且存在二次污染風險，目前不具備工業化應用條件。機械方法就是使用機械加工設備，通過骨料之間的相互撞擊、磨削等機械作用除去表面黏附的水泥砂漿和顆粒棱角。這種處理方法在國外被廣泛采用，主要有臥式回轉研磨法、立式沖擊整形法、加熱研磨法等。

人工智能分選技術。選用視覺系統，依靠機器人來分選建筑垃圾。智能機器人采取色彩分選法，通過顏色來甄別磚和混凝土等建筑垃圾。建筑垃圾中許多的輕質物，如塑料垃圾袋、電線皮、木屑及裝修裝潢的石膏板、涂料等，可以用色彩分選法將它們從建筑垃圾中挑選出來。例如，日本東京近郊一家廢棄物處理廠 Shitara Kousan 引入了 4 個形似人手臂的智能機器人，機器人通過傳感器對傳送帶上的垃圾進行掃描檢測，能同步識別出不同材質的垃圾，主要用來把混在建筑垃圾里的混凝土、金屬、木材、塑料等可以循環再利用的垃圾挑選出來。芬蘭 ZenRobotics 公司與我國江蘇綠和環境科技有限公司就中國首個建筑混合（裝修）垃圾無害化處理項目開展合作，試驗階段其有效分揀率可達 98%。

4 建筑垃圾資源化再生產品技術

4.1 再生混凝土

利用建筑垃圾預處理生產的微粉、骨料可制備普通再生混凝土及透水混凝土等產品。薛翠真等人[2]將建筑垃圾廢磚塊磨細，與其他工業廢渣、激發劑復合形成建筑垃圾復合粉體材料制備了 C30 混凝土。試驗結果表明，合適摻量的該粉體材料可提高混凝土的強度和抗滲性能，最佳摻量為 30%。建筑垃圾復合粉體材料改善了混凝土水化產物組成和內部孔結構，從而提高了混凝土強度及抗滲性能。黃修林等人[3]采用廢棄混凝土水泥石粉與高爐礦渣、煙氣脫硫石膏等混合粉磨制備再生復合微粉，替代Ⅱ級粉煤灰添加到普通 C30 混凝土中，起到改善混凝土工作性能和長期強度的作用。趙劉陽等人[4]采用選擇性自磨及分選方法，以其中強度較高的物料破碎分級后作透水混凝土骨料制備透水混凝土。結果表明，當骨料級配為 9.5～4.75mm占 64.8%、4.75～2.36mm 占 16.2%，水泥用量為 18% 時，試件的孔隙率、透水系數、抗壓抗折強度均達到了《透水水泥混凝土路面技術規程》的指標要求。重慶大學熊楓[5]、李樂繼[6]通過強化技術制備高品質的再生骨料以不同比例替代天然骨料制備再生混凝土。試驗最佳配合比條件下的再生混凝土應用于重慶地區框架建筑填充墻，其熱工參數滿足標準的建筑熱工設計要求，其建筑模型全年采暖和空調建筑能耗比普通混凝土填充墻時節能了24.61%。

4.2 再生砂漿

建筑垃圾微粉、細骨料可以制備預拌砂漿。魏小凡等人[7]將廢棄的混凝土塊經過粉碎處理后，篩選出尺寸在 0.15～4.75mm 的再生骨料替代天然砂作為細骨料，研究建筑垃圾對砂漿基本性能的影響。試驗表明：隨著建筑垃圾再生骨料摻量的增加，再生砂漿產品的體積密度逐漸增加，孔隙率和吸水率逐漸減小，7d 和 28d 的強度均呈現為增大的趨勢。馮文利[8]利用再生細骨料與新型纖維素醚復合使用，再生細骨料已成功用于抹灰砂漿，所制備得到的抹灰砂漿，其性能滿足國家標準要求，并已成功應用于建筑工程。王申寧[9]利用在建筑垃圾破碎生產再生骨料的過程中收集的粒徑小于 75μm 的超細粉取代砂漿中的水泥或粉煤灰以及將超細磚粉取代砂漿中的水泥制備再生砂漿。摻加了建筑垃圾超細粉和超細磚粉的砂漿,保水性要優于普通砂漿。建筑垃圾超細粉的摻入對砂漿的抗凍性能影響不大。

4.3 再生混凝土制品

建筑垃圾再生骨料可以制備砌塊等再生混凝土制品作為墻體材料應用在建設工程中。趙訓等人[10]利用建筑垃圾骨料、EPS 保溫板等原材料制備建筑垃圾自溫砌塊，當再生骨料砂率為 45% 時，抗壓強度達到最大值 10.4MPa。李聰等人[11]以貴州飯店項目為載體，利用C40 混凝土破碎自制的再生骨料添加水泥和水后攪拌成型砌塊達到設計強度等級為 MU10，針對施工項目固體廢棄物的特點，探索出了適合施工單位的建筑垃圾處理的途徑。陳燕菲等人[12]采用陳積粉煤灰和再生混凝土骨料等質量替代部分水泥和機制砂，制備了建筑垃圾小型空心砌塊，再生骨料全部替代機制砂，添加沉積灰仍可制得強度大于 10.0MPa 的砌塊。

5 結論與展望

近年來，建筑垃圾資源化利用受到黨中央、國務院及地方各級政府的重視，各項利好政策法規及行業標準發布實施，行業發展的頂層設計及規劃日趨完善。建筑垃圾資源化處理技術及再生建材研究越來越深入，國內科研院所、企事業單位投入大量資源開展課題，成果不斷得到實踐和推廣。

建筑垃圾是放錯地方的資源，其開發應用是一項系統工程，管理和處置涉及諸多政府部門和不同工種的企業。建筑垃圾資源化利用需進一步做好規劃設計，制定系統的成體系的標準規范，開展全產業鏈應用研究，運用互聯網的思維，建立智能化全過程的管控平臺，實現建筑垃圾減量化、資源化、無害化的利用目標。