建筑垃圾處理及再生骨料利用現(xiàn)狀分析

江媛云，余建杰，周小娟，周曼玉

(南昌航空大學(xué)土建學(xué)院，江西 南昌 330063)

1 概述

改革開放40年以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)生了翻天覆地的變化，國民生產(chǎn)總值(GDP)翻了幾十倍。同時(shí)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也帶來了許多環(huán)境問題，許多基礎(chǔ)設(shè)置建設(shè)和城鎮(zhèn)一體化的推進(jìn)以及老舊的房屋、建筑的拆遷、修整都帶來了大量的建筑垃圾，如混凝土、鋼筋、木材等。這些建筑垃圾，特別是混凝土的回收再利用存在很大的困難，不僅會占用大量的堆放空間影響市容和環(huán)境衛(wèi)生，還會引起嚴(yán)重的大氣、水體和土壤污染，特別是經(jīng)過雨水的沖刷，混凝土中的有害物質(zhì)(如重金屬離子，混凝土各種添加劑等)被帶入水體和土壤。目前世界各國都對再生骨料和再生混凝土的制備投入了大量的研究，并頒布了處置建筑垃圾的法律法規(guī)。

因?yàn)閺U棄混凝土中含有大量的砂石，所以將廢棄混凝土破碎篩分之后作為再生骨料，不但可減緩當(dāng)前工程建設(shè)中對天然骨料的供需矛盾，并且還能快速實(shí)現(xiàn)廢物再利用，是一種行之有效的方式。但是與天然骨料相比，再生骨料組分中含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導(dǎo)致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大、壓碎指標(biāo)高[1]。此外，再生混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化能力、收縮、徐變和抗氯離子滲透性等耐久性能也均低于新混凝土。因此，為了提高再生混凝土的性能，需要對再生骨料進(jìn)行研究，從化學(xué)性能和物理性能上加以改進(jìn)。

2 國外利用現(xiàn)狀

隨著城鎮(zhèn)化程度的加快，城市建筑垃圾資源化處理是20世紀(jì)90年代以來世界許多國家，特別是發(fā)達(dá)國家的環(huán)境保護(hù)和持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)之一[2- 3]。研究表明[4- 5]，發(fā)達(dá)國家建筑垃圾回收再利用效率達(dá)到95%以上，如日本(97%)、韓國(97%)、歐盟(90%)、荷蘭和美國等基本上都會對建筑垃圾進(jìn)行回收再處理，實(shí)踐了變廢為寶的理念。

在國外，工業(yè)化進(jìn)程較早，工業(yè)化進(jìn)程中產(chǎn)生的建筑垃圾較多，所以國外在建筑垃圾的資源化利用方面的研究也比較早。以美國為例，美國的建筑垃圾大致分為三個等級，低級是將建筑垃圾進(jìn)行填埋，而中、高級則是制成再生骨料運(yùn)用到不同的地方；在制作再生骨料方式上美國大多先將木材、塑料等用高壓氣流吹出，再用強(qiáng)磁金屬等將吸出，再利用破碎機(jī)和篩分機(jī)進(jìn)行破碎篩分，之后按不同的粒徑分堆存放。除美國外，其他發(fā)達(dá)國家也有典型的再生骨料生產(chǎn)工藝，并且已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中。德國和日本典型的再生骨料生產(chǎn)工藝分別如圖1—2所示。

圖1 德國典型的再生骨料生產(chǎn)工藝

圖2 日本典型的再生骨料生產(chǎn)工藝

在研究建筑垃圾資源化方面，James通過借助計(jì)算機(jī)軟件，首先對城市建筑垃圾進(jìn)行分類處理，然后通過一些調(diào)查數(shù)據(jù)對各種建筑垃圾的產(chǎn)量進(jìn)行估算，尋找合適的方法途徑對建筑垃圾進(jìn)行回收處理再利用。

城市建筑垃圾，大部分是固廢。其中最多的就是混凝土骨料，關(guān)于混凝土骨料的再利用問題，Hansen等的實(shí)驗(yàn)研究表明：在混凝土中加入經(jīng)過處理后的骨料，反而會降低混凝土的強(qiáng)度，再生骨料的添加量與混凝土強(qiáng)度成反比，再生骨料添加越多，制成的再生混凝土強(qiáng)度降低越大。但是再生骨料的不同對再生混凝土的影響也不同。因此，再生混凝土的強(qiáng)度也與再生骨料的強(qiáng)度有關(guān)，所用的再生骨料的強(qiáng)度越大，制成的新混凝土的影響就會越大。Mandal等人對再生骨料混凝土和普通混凝土做了一個對比性研究，結(jié)果表明，在其他條件相同的情況下，兩種混凝土的滲透深度和吸水率有很大差別，再生骨料制成的混凝土和普通混凝土的滲透深度分別為25mm、18mm，吸水率分別為5.9%、4.1%，因此再生骨料混凝土比普通混凝土的滲透深度增加了38%；吸水率增加了44%。這表明再生混凝土的抗?jié)B性比普通混凝土差，其主要原因是因?yàn)樵偕橇系念w粒較大，制成混凝土?xí)r的空隙較多，孔隙率增加，使得混凝土的吸水率增加。Evert Mulder[6]提出閉合循環(huán)建筑的概念，提出在一定條件下建筑垃圾的處理過程是完全可以實(shí)現(xiàn)閉合的，即絕大部分建筑垃圾中的建筑材料可借助熱加工等措施得到還原。Isabel Martinez[6]通過對加利西亞的建筑垃圾管理情況進(jìn)行分析，提出建筑垃圾的循環(huán)利用模式，即減量化、資源化和無害化，指出建筑垃圾只有通過這三個管理模式才能被允許最終的填埋處置。

3 國內(nèi)利用現(xiàn)狀

在我國建筑垃圾的數(shù)量已經(jīng)占到城市垃圾總量的40%，并且對建筑垃圾的回收再資源化利用率很低，其綜合利用率不到5%，而且我國的建筑垃圾普遍采取堆放和掩埋的方式處理，這樣不僅會造成環(huán)境的污染，同時(shí)也是對資源的極大浪費(fèi)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國建筑垃圾占城市垃圾的40%以上，其中，廢棄混凝土在建筑垃圾中占到了60%。根據(jù)工業(yè)與信息化部公布的數(shù)據(jù)顯示，2010年一年我國產(chǎn)生的建筑垃圾約為15億噸，且呈逐年上升的趨勢，據(jù)估計(jì)到2020年我國建筑垃圾的年產(chǎn)量將高達(dá)20億噸，也就是說將會產(chǎn)生12億噸的廢棄混凝土，2010—2017年我國建筑垃圾資源化再利用規(guī)模如圖3所示。因此，必須對廢棄混凝土進(jìn)行處理。

相比于國外，國內(nèi)城市化進(jìn)程較晚，所以對城市建筑垃圾的處理的研究也起步較晚。趙由才等從原則、管理、技術(shù)、法律等方面，全面提出了建筑垃圾處理與回收的新理論、新技術(shù)和新方法。唐沛等[7]根據(jù)中國的實(shí)際情況，指出中國建筑垃圾資源的開發(fā)不僅僅只是吸取發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)，必須要具有我國自身的特點(diǎn)。李惠強(qiáng)[8]等提出了一套廢棄混凝土骨料再生的辦法，如圖4所示，首先對建筑垃圾進(jìn)行分類回收，然后對廢棄的混凝土骨料進(jìn)行研磨，篩分，分出直徑0～60mm骨料進(jìn)行強(qiáng)化，然后對較粗的物料返回再次研磨。并對廢棄混凝度的回收利用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評價(jià)，但選擇合適的場地，工藝條件進(jìn)行處理，都對廢棄混凝土的回收再利用是有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。李秋義[9]等提出一套對再生骨料進(jìn)行整形強(qiáng)化的工藝，整形強(qiáng)化后的骨料表觀密度、堆密度、微裂縫含量均有所改善，部分指標(biāo)還要高于普通骨料的性能。袁曉峰[10]等提出再生粗骨料配制自密實(shí)混凝土，指出相對于天然粗骨料配制自密實(shí)混凝土力學(xué)性能有略微差異，但只要使用合理的方法處理，就能夠縮小兩者之間的差異。

圖3 2010—2017年我國建筑垃圾資源化再利用規(guī)模(單位：萬噸，%)

圖4 再生混凝土制備流程圖

4 結(jié)語

混凝土是現(xiàn)代建筑必備的材料之一，被廣泛應(yīng)用。關(guān)于混凝土的各種性質(zhì)和添加劑國內(nèi)的研究有很多，但對于廢棄混凝土的再利用的研究卻比較少。現(xiàn)階段由于國家的倡導(dǎo)和環(huán)境對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，越來越多的研究者開始將目光轉(zhuǎn)移到對廢棄混凝土再生骨料的研究上來。十八大以來，國家大力治理污染問題，在既要金山銀山，又要青山綠水的要求下，大力強(qiáng)調(diào)走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對城市化進(jìn)程中產(chǎn)生的大量的廢棄混凝土的回收再利用勢在必行。

建筑垃圾的處理目前依舊是一個亟待解決的問題，所以還需要國家及地方相關(guān)政策的大力扶植，也需要各高校科研院所的科研人員的共同努力。相信經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)研究，建筑垃圾必將成為和金屬、木材一樣回收利用率極大的材質(zhì)，再生骨料的制備也會成為建筑史上的里程碑。