施工固體廢棄物回收與資源化再利用研究

李金洋（上海建工五建集團有限公司， 上海 200063）

改革開放以來，我國的城鎮化建設迎來了飛快發展，大片居民住宅樓、辦公樓、商業大廈等建筑的建設，為城市的繁榮發展帶來了新的活力。但是，在繁華現象的背后卻存在一個潛在的隱患，建筑施工工程中產生的固體廢棄物已嚴重危害到環境，影響了城市的健康發展[1]。隨著國家對社會可持續發展的重視和人們環境保護意識不斷提高，建筑工地固體廢棄物處理與再利用引起了相關部門的廣泛關注。將施工固體廢棄物回收處理并資源化利用，既能夠有效節約資源，又有利于環境和社會的可持續發展。

1 施工固體廢棄物的定義及危害

1.1 施工固體廢棄物的定義

固體廢棄物是指人類在生產、生活、消費或是其他活動中產生的固態、半固態的廢棄物質。主要包括固體顆粒、垃圾、爐渣、污泥、廢棄的制品、損壞的器具、殘次品、動物尸體、變質的食物以及動物糞便等。一些國家把廢酸、廢堿、廢油和廢有機溶劑等高濃度的液體也歸為固體廢棄物。

施工固體廢棄物定義有廣義和狹義之分。廣義上，根據 GB/T 50743—2012《工程施工廢棄物再生利用技術規范》規定，工程施工廢棄物是指在工程施工中，因開挖、舊建筑物拆除、建筑施工和建材生產而產生的直接利用價值不高的固體廢棄物質，主要包括廢棄混凝土、廢模板、廢砂漿、廢磚瓦、碎石塊、渣土、廢塑料、廢金屬、廢保溫材料、廢防水材料和各類玻璃碎塊等。狹義上，施工固體廢棄物的概念也可以參照其來源的直接性，認為是舊建筑物拆除后廢棄的部分以及建筑施工過程中產生的副產品。因此，工程施工固體廢棄物也可以分為建筑拆除廢棄物、建筑施工廢棄物和裝修施工廢棄物。

1.2 施工固體廢棄物的危害

施工固體廢棄物的危害包括以下幾個方面。

（1）污染空氣質量。目前，我國大部分的施工固體廢棄物都通過填埋技術進行處理。但是，在堆放過程中，廢棄物中的某些有機物質會在一定條件下分解并產生有害氣體，進而污染空氣。另外，固體廢棄物中的細顆粒灰塵會隨風散布到空氣中，影響空氣的質量。而在焚燒處理過程中，一些可燃固體廢棄物可能會產生有毒的致癌物并與廢氣一起擴散到空氣中，同樣會對空氣造成嚴重污染。

（2）污染水資源。施工固體廢棄物在堆放和填埋過程中，可能會因地表、地下水的浸泡以及雨水的林濾和沖刷而產生垃圾滲濾液或淋濾液。此類污水成分復雜，含有大量的有機或無機物質以及各種高濃度懸浮固態物和金屬物質，其進入地下水或淺層蓄水層將對周圍水體造成嚴重污染。另外，飄浮在空氣中的細小的固體廢物顆粒亦可能在雨水沖刷沉淀的作用下掉入地表水系統，導致水體污染并溶解有毒物質，造成水體生物的污染和死亡。

（3）降低土壤質量。施工固體廢棄物中的有害物質可以隨著垃圾滲濾液滲入到土壤中，被植物根系吸收或微生物合成吸收，造成土壤的污染。但一些重金屬和一些小的碎石碎磚，也會在各種因素的作用下進入到土壤中，影響土壤的組成結構，有些較嚴重的土地甚至無法進行耕種。

2 施工固體廢棄物的分類

2.1 按照來源分類

施工固體廢棄物根據其廣義定義，可以按照來源分為 5類。① 土地開挖廢棄物。此類廢棄物主要是由建筑工程的基礎開挖產生的廢渣土，包括表層廢土和深層廢土。② 道路開挖廢棄物。這類廢棄物主要包括道路開挖過程中產生的廢棄混凝土塊和瀝青土塊等。③ 舊建筑物拆除廢棄物。舊建筑物拆除廢棄物指在建筑拆除過程中產生的各種施工廢棄物。④ 建筑施工廢棄物。此類廢棄物指在建筑施工中產生的各種施工廢棄物。⑤ 建材生產廢料。此類廢棄物主要是指制備生產各種建筑材料所產生的廢渣、廢料，以及某些建材在加工和運輸過程中產生的碎渣、碎塊等。

2.2 按照不同施工階段和廢棄物種類分類

一般而言，建筑施工過程大致分為 3 個階段，即基礎階段，主體施工階段以及裝修、機電安裝階段。因此，可以將不同種類的施工廢棄物按照產生的施工階段進行分類，具體如表1 所示。

表1 不同施工階段固體廢棄物種類

基礎施工階段產生的固體廢棄物主要是渣土、砂石以及一些少量的鋼筋和混凝土。主體施工階段產生的固體廢棄物包括有鋼筋、混凝土、碎磚、木方和模板等，該階段產生的廢棄物種類較多且數量較大。裝修、機電安裝階段產生的固體廢棄物主要是碎磚、瓷磚邊角料、油漆、發泡膠以及一些無法再利用的電線電纜、信號線頭和機電管材等。

3 施工固體廢棄物資源化利用技術

施工固體廢棄物中的廢舊木模板、木方等木材，可以根據其特定的使用要求進行修理、清潔和洗滌等工序加工成其他木制品或建筑構件。木屑以及一些破損嚴重的木質構件，可作為原料用于燃料、堆肥、復合材料或造紙等。廢金屬、廢塑料和廢玻璃材料經過回收后，可以直接送到鋼鐵廠、塑料加工廠以及玻璃廠作為原料生產新的建材產品。而一些有毒有害的固體廢棄物如油漆、廢油桶、玻璃膠等，必須將其回收后集中交至專門的工廠進行處理，以免污染土壤和水資源。

施工固體廢棄物中的廢混凝土、廢磚瓦、廢石材等無機硬質組分，在回收再生利用循環過程中，經過粉碎和篩分設備進行處理后，可以獲得兩種類型的再生產品（再生集料和再生原料）[2]。其中再生集料可用于制備新型混凝土及其成品、道路結構基礎材料、回填的基礎材料，以及通過整形強化處理制備高品質混凝土。而再生原料則可用于制備新型墻體材料，用于多功能建筑材料的改性，以及制作市政工程材料等行業中。廢混凝土、廢磚瓦是施工固體廢棄物中最主要的部分，占比通常可達 70% 以上。因此，本文重點研究廢舊混凝土和廢舊磚瓦的資源化利用方法。

3.1 施工固體廢棄物資源化利用生產再生集料工藝

在施工固體廢棄物的資源化利用中，再生集料的生產工藝通常可分為雜質分選除雜、破碎、篩分以及集料整形強化等環節[3]。其中，分選除雜技術可以采用機械分選和人工分選 2 種方法。機械分類是基于廢棄物不同的物理特性（例如廢棄物的大小，磁性和比重）進行有效分離的，主要包括篩選、風選（按比重和粒度大小進行分選）、磁選（夾雜在混凝土塊中的廢鋼筋）、水力浮選（混雜的廢塑料、廢木材、廢紙張等輕質物與混凝土、磚瓦分選）等。人工分選主要是針對一些通過簡單機械技術難以實現分離的廢棄物，如非磁性金屬、玻璃和陶瓷等。

再生集料生產過程中的篩分技術主要有 2 個作用。一個是將施工固體廢棄物中的渣土分離，另一個是對粉碎的再生集料進行分級。常用的篩分設備主要包括振動篩（結構簡單、處理量大、篩分效率高、機械性能好）、滾筒篩（運行穩定、處理量大、結構簡單、噪聲低、易于維護、篩分效率高）、棒條篩等。

破碎技術是再生集料生產工藝的核心之一。常見的破碎機包括擠壓式（顎式破碎、圓錐破碎）和沖擊式（反擊式破碎機、立式沖擊破碎機、錘式）等。破碎過程中產生的再生集料通常表面比較粗糙，并且經常會伴有水泥和砂漿包裹，在表面上，與天然集料相比，性能通常較差，需要對其進行強化技術處理來增強性能，并擴展其使用范圍。

一般來講，再生集料的強化處理技術主要分為物理強化和化學強化兩種。其中，物理強化技術主要是通過機械設備對再生集料施加荷載，使得集料顆粒相互碰撞、磨碎或使顆粒與外界之間產生摩擦，進而使得表面黏附的水泥砂漿脫落去除。常見的物理強化技術有立式沖擊整形法、研磨法、高溫處理法以及顆粒整形技術等。化學強化技術則是利用使用不同的化學漿液對集料進行浸泡處理，以達到降低其孔隙率或減少裂縫的目的。目前使用較多的有水泥漿液強化、酸液強化、硅烷強化、水玻璃強化、和聚合物強化等。

3.2 施工固體廢棄物再生集料作為路面基層材料

對施工固體廢棄物進行分選、篩分、破碎等處理后，獲得的再生集料可用作道路基礎建設中的可再生資源。目前，一些發達國家已經在這方面展開了大量的研究。

有日本學者研究發現由混凝土砌塊組成的再生集料與天然集料相比具有良好的性能，并且可以滿足大多數道路對混凝土集料的要求。可以在一些柔性路面基礎材料中使用再生集料來部分取代天然集料[4]。韓國的學者們研究了用于路面基層或底基層的再生混凝土集料的性能，發現再生集料的各項性能在干、濕兩種條件下均滿足相關規范的最低要求，可以完全代替天然集料制備路面基層材料[5]。此外，國內亦有研究者發現，廢棄黏土磚可以代替天然碎石生產水泥穩定基層材料，廢磚粗集料在基層中的取代率 ≤ 70%，細集料則≤ 90%。制得的再生混凝土使用到路面基層中時，其壓碎值和顆粒級配指標均能滿足 JTJ 034—2000 《公路路面基層施工技術規范》的要求[6]。

3.3 用施工固體廢棄物再生集料和再生原料制備多功能建筑材料

施工固體廢棄物在制得再生集料和再生原料后，可通過在其中加入添加劑或催化劑，從而改善再生產品的性能，用于制備具有透水、蓄熱或催化性能的多功能建筑材料。左富云以廢舊混凝土為主要集料，水泥為黏結劑，按照一定配合比設計得到集料，制備出一種生態透水磚[7]。其透水性能良好，可用于人行道、廣場等地方，而粉煤灰、硅粉和減水劑的摻入能在保持良好的透水性的情況下，提升透水磚的強度。裴景川等[8]的研究表明施工固體廢棄物衍生的再生集料可以被用于制備具有光催化性能的新型建筑材料，而且通過向再生混凝土集料中摻雜鋼化玻璃集料作為替代，能有效改善再生材料制品的密度、吸水率等特性。光催化的實驗表明，當 TiO2的含量占材料總質量的 2% 左右時，光催化再生混凝土材料對甲醛降解具有良好的光催化性能。

4 結 語

高品質再生集料的制備是施工固體廢棄物再生利用的研究重點。再生集料具有較好的市場前景，既可用于道路、墻體、公共設施等方面。使用分選、破碎、篩分和強化技術對施工固體廢棄物進行回收和處理，以獲得用于制作道路結構基礎材料、制備新型墻體材料和多功能型建筑材料的再生集料和再生原料，可以在很大程度上將其有效利用起來，形成綠色環保、生態友好的經濟循環產業鏈。