遼寧省建筑固廢物產(chǎn)業(yè)化再利用技術(shù)對(duì)策

閆丹宇，宋 海

（沈陽(yáng)理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159）

0 引言

建筑垃圾資源化就是通過一定的技術(shù)措施、管理手段、運(yùn)營(yíng)策略等，將建筑垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)橛性倮脙r(jià)值的資源，實(shí)現(xiàn)從垃圾到資源的轉(zhuǎn)變。為了使建筑垃圾資源化的實(shí)施更加順利，有必要推進(jìn)建筑垃圾處理走上市場(chǎng)化的道路，形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界也對(duì)建筑垃圾處理產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了相應(yīng)的研究[1-2]。對(duì)建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)可以概括為是由政府支持，以企業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)運(yùn)作模式，把節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境作為產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行宗旨，同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的建筑垃圾處理技術(shù)和設(shè)備，將建筑垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕玫漠a(chǎn)品，投入市場(chǎng)中，以實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的循環(huán)利用。建筑固廢物資源化利用有幾種不同的投資模式，無論是政府投資、政府經(jīng)營(yíng)，還是企業(yè)投資、企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理，都需要選擇適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的產(chǎn)業(yè)化模式，將建筑固廢物資源化利用建設(shè)成為與建筑行業(yè)配套的服務(wù)產(chǎn)業(yè)，利用經(jīng)濟(jì)杠桿和政府支持來調(diào)節(jié)和處理建筑垃圾的問題，保持一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈[3]。

根據(jù)對(duì)遼寧省的建筑固廢物的存量和未來產(chǎn)量的預(yù)測(cè)分析研究以及結(jié)合其他先進(jìn)地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，再深入了解遼寧省的市場(chǎng)需求情況，考慮采用建筑用預(yù)制PC 構(gòu)件、再生粗細(xì)骨料、再生砌塊為主的幾條產(chǎn)業(yè)化路線。

1 遼寧省建筑固廢物存量及處置現(xiàn)狀

1.1 遼寧省建筑固廢物數(shù)量調(diào)查

目前，遼寧省正值城市化高速發(fā)展時(shí)期，為此，在許多建筑物或構(gòu)筑物新建的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)許多破舊建筑物的拆除或改造，如城中村改造、舊房改造、棚戶區(qū)改造、鄉(xiāng)村振興房屋的修建與改造等。一系列建設(shè)項(xiàng)目的動(dòng)工，都伴隨不少建筑固廢物的產(chǎn)生且具有集中性和巨量性的特點(diǎn)。參考中國(guó)統(tǒng)計(jì)局關(guān)于遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒中的每年度的施工面積、竣工面積以及新開工面積的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，再結(jié)合遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照業(yè)內(nèi)常用的估算方法，可大致估算出2018—2020 年建筑固廢物的累計(jì)產(chǎn)量。同時(shí)，由于建筑垃圾的產(chǎn)量主要取決于年度建筑物或構(gòu)筑物的施工面積、竣工面積及新開面積，因此，參考遼寧省往年歷史數(shù)據(jù)，再根據(jù)低速增長(zhǎng)場(chǎng)景（最保守估計(jì)），預(yù)測(cè)出2021—2023年建筑固廢物的累計(jì)產(chǎn)量[4]，相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1 所示。由此可見，遼寧省建筑固廢物的產(chǎn)量保持逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖1 2018—2023 年遼寧省建筑固廢物累計(jì)產(chǎn)量

1.2 遼寧省建筑固廢物處置現(xiàn)狀

目前，遼寧省對(duì)于建筑垃圾的處置較為簡(jiǎn)單，建筑垃圾的產(chǎn)生源頭的分類也比較單一且不完善。對(duì)于施工過程中產(chǎn)生的建筑垃圾，遼寧省一些地區(qū)仍然采用以下2 種處理方案：①露天堆放或者填埋的方式來處理建筑固廢物。②對(duì)部分建筑固廢物進(jìn)行簡(jiǎn)單分類破碎再收集，分離出來的一部分骨料視為再生骨料用于填充墻等非承重結(jié)構(gòu)用混凝土，破碎過程中產(chǎn)生的部分鋼筋或木材在進(jìn)一步分離處理后二次利用。這些方法不僅對(duì)環(huán)境造成了一定的污染，還浪費(fèi)了大量資源，不能將建筑固廢物合理有效的再利用。

2 建筑固廢物產(chǎn)業(yè)化路線

2.1 PC 構(gòu)件的產(chǎn)品路線

建筑工業(yè)化的其中一項(xiàng)內(nèi)容為發(fā)展建筑構(gòu)配件、制品、設(shè)備生產(chǎn)并形成一定的規(guī)模經(jīng)營(yíng)，為建筑市場(chǎng)提供各類建筑使用的系列化的通用建筑構(gòu)配件和制品。采用現(xiàn)代技術(shù)及管理方案，制定和完善由建筑固廢物為原料生產(chǎn)的建筑領(lǐng)域預(yù)制件的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)，并最終產(chǎn)出適用于建筑領(lǐng)域的混凝土預(yù)制件，它跟傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土相比，大幅節(jié)省了施工時(shí)間，采用現(xiàn)代化加工設(shè)備大大降低了人工費(fèi)用，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，在提高建筑產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，增加了產(chǎn)量，還節(jié)約了資源。

2.1.1 預(yù)制墻板

預(yù)制板墻按使用功能分為內(nèi)墻板和外墻板[5]。其中內(nèi)墻板一般采用單一材料（普通混凝土、硅酸鹽混凝土或輕集料混凝土）制成，有實(shí)心內(nèi)墻板與空心內(nèi)墻板兩種，應(yīng)具有隔聲與防火的功能；外墻板采用輕集料單一材料制成，應(yīng)具有隔聲和防火的功能外，還應(yīng)具有保溫和易加工裝飾的需求。生產(chǎn)工藝為在已制作好的模具內(nèi)進(jìn)行加工預(yù)制混凝土墻板，具體工序如圖2 所示，預(yù)制墻板成品如圖3 所示。

圖2 預(yù)制墻板工序

圖3 預(yù)制墻板成品

2.1.2 預(yù)制樓梯

混凝土預(yù)制樓梯與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆樓梯相比，預(yù)制樓梯的安裝效率高、施工速度快、節(jié)約資源，還能夠最大限度發(fā)揮出拼裝靈活的特點(diǎn)。預(yù)制樓梯的制作嚴(yán)格按照《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 1—2014）執(zhí)行。同時(shí)采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的形式裝配成建筑使用樓梯。在此結(jié)合的過程中，梯段的吊裝工作要在本層所在的兩個(gè)休息平臺(tái)（含梯梁）混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)工序完成后進(jìn)行。在預(yù)制樓梯生產(chǎn)過程中，還可以將扶手等預(yù)埋件提前埋好，并與防滑條、滴水線等構(gòu)造通過定模一次澆筑成型。具體相關(guān)安裝流程和成品分別見圖4 和圖5 所示。

圖4 預(yù)制樓梯安裝流程

圖5 預(yù)制樓梯成品

2.1.3 預(yù)制疊合陽(yáng)臺(tái)板及疊合樓板

目前大部分房屋建筑采用現(xiàn)澆的方式進(jìn)行澆筑陽(yáng)臺(tái)板和樓板，此方法在澆筑過程中會(huì)造成一定的施工困難、存在一些質(zhì)量問題，同時(shí)，建筑工人操作的危險(xiǎn)性也較大。而采用預(yù)制的疊合陽(yáng)臺(tái)板和樓板進(jìn)行安裝，不僅大大降低了施工時(shí)間成本，還可以節(jié)省在施工過程中因必要的制模和支模等工序所產(chǎn)生的費(fèi)用。預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板及樓板都可以根據(jù)施工圖紙，按照要求的尺寸規(guī)格提前在工廠制作完成，并運(yùn)送至施工場(chǎng)地等待安裝。其中，預(yù)制樓板和陽(yáng)臺(tái)板的厚度一般為60～80mm，并埋入桁架筋和鋼筋網(wǎng)。同時(shí)，在疊合板中還可以根據(jù)管線施工圖提前預(yù)留好所需要的孔洞，方便后期鋪設(shè)線路或水管。兩者成品如圖6 所示。

圖6 預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板及樓板成品

2.2 再生骨料的產(chǎn)品路線

再生骨料按骨料粒徑組成可分為粒徑5～40mm 連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料和粒徑小于5mm 的再生細(xì)骨料[6]。由于再生骨料是由廢舊建筑混凝土中經(jīng)過破碎等手段剝離收集而來，再生粗骨料顆粒的表面會(huì)存留部分未完全水化的水泥砂漿，還會(huì)存在一些剝離得到的石子砂子等。

2.2.1 再生骨料的生產(chǎn)工藝

為了最大程度的將建筑固廢物回收再利用，就需要采用一種經(jīng)濟(jì)合理的再生骨料生產(chǎn)工藝，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)出適用于國(guó)內(nèi)的一種建筑固廢物回收、破碎和分級(jí)等的具體流程。李惠強(qiáng)等[7]提出了如圖7 所示的再生骨料生產(chǎn)流程。在這一生產(chǎn)流程中，采用兩次破碎和振動(dòng)篩選，將再生固廢物依次分離，大的塊體進(jìn)行再破碎，后經(jīng)分級(jí)處理再進(jìn)行下一步加工篩選。該工藝的特點(diǎn)是廢棄混凝土經(jīng)過一種填充型加熱裝置，在加溫、二級(jí)破壞、二級(jí)篩分后可獲得高品質(zhì)再生骨料。加溫到300℃左右后，包裹在天然巖石骨料外的水泥石粘結(jié)較差的部分和在一級(jí)破碎中天然骨料已帶有損傷裂紋的水泥石，在二級(jí)轉(zhuǎn)筒式或球磨式碾壓破碎中都會(huì)脫落。由于建筑垃圾的成分多樣，它的復(fù)雜性大大提高了其處理難度，為此，建筑固廢物在一次破碎后可以采用人工分選的方式，除去摻雜在建筑固廢物當(dāng)中的木材、鋼筋、廢塑料和廢紙板等。再利用鐵金屬磁選機(jī)的磁性分選出鐵釘?shù)葟U棄舊金屬。在一些磚混結(jié)構(gòu)的建筑中，經(jīng)拆除破碎后建筑固廢物常含有再生磚骨料和再生混凝土骨料，因此還可以采用光電分選[8]的方式將其分離開來。它的原理是依據(jù)建筑固廢物中不同物體顏色不同，導(dǎo)致其反射光的波長(zhǎng)和頻率也不同，以此來實(shí)現(xiàn)磚混廢棄物的分選。最后，建筑固廢物經(jīng)過循環(huán)破碎后根據(jù)需要的粒徑范圍進(jìn)行篩選分級(jí)，對(duì)不符合粒徑要求的骨料可通過傳送帶重新進(jìn)入破碎機(jī)再次破碎篩選。再生骨料通常含有更多的有害物質(zhì)，如粘土、淤泥、細(xì)屑等，它們依附于骨料的表面，降低了再生骨料強(qiáng)度，同時(shí)又增大混凝土用水量，所以在篩分完畢后對(duì)其進(jìn)行沖洗等處理。

圖7 再生骨料生產(chǎn)流程

2.2.2 再生骨料的應(yīng)用

目前，由建筑固廢物經(jīng)過處理得到的大量再生骨料主要被應(yīng)用于再生混凝土的制備。在此過程中，再生骨料主要通過以下3種方案來配置再生混凝土：①使用不同粒徑的粗細(xì)骨料全部代替原有的天然砂石骨料來設(shè)計(jì)再生混凝土配合比。②使用粒徑為5～40mm 連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料來代替原有的天然粗骨料，細(xì)骨料繼續(xù)采用天然河砂來設(shè)計(jì)再生混凝土配合比。③使用粒徑在5mm 以下的再生細(xì)骨料來代替原有的天然細(xì)骨料砂，粗骨料保持不變繼續(xù)使用天然卵石或碎石來設(shè)計(jì)混凝土配合比。

2.3 再生砌塊的產(chǎn)品路線

2.3.1 再生砌塊原料

（1）水泥。選用水泥的標(biāo)號(hào)為P.O 32.5 級(jí)，普通硅酸鹽水泥，安定性良好。

（2）骨料。按照上述2.2 中的產(chǎn)品路線，建筑固廢物經(jīng)過分類、破碎、篩選、分級(jí)等一系列過程，將最終形成的5～40mm 連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料和5mm 以下的再生細(xì)骨料作為制備再生砌塊的骨料。

（3）礦物摻合料。再生混凝土的生產(chǎn)過程中，為改善某些再生混凝土的性能、調(diào)節(jié)再生混凝土強(qiáng)度及節(jié)約水泥材料等，往往需要加入一部分礦物摻合料。考慮到資源化再生利用，摻合料通常采用具有一定活性的固體工業(yè)廢渣，依據(jù)沈陽(yáng)市的具體情況，摻合料使用沈陽(yáng)市某電廠煤粉爐排出的煙氣中經(jīng)收集處理后的粉煤灰等工業(yè)廢渣。粉煤灰的摻入，不僅使砌塊能夠保證較高的強(qiáng)度和耐久性，還可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）外加劑。為改善再生砌塊中混凝土的工作性能，提高再生混凝土砌塊的強(qiáng)度和耐久性，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，可適量添加外加劑。砌塊用混凝土中較為常用的外加劑主要有減水劑和早強(qiáng)劑。一方面，減水劑能使混凝土拌合物在工作性保持不變的情況下，減少用水量，以提高混凝土砌塊的強(qiáng)度，改善砌塊的抗凍、抗?jié)B等耐久性能。特別是對(duì)于建筑垃圾再生骨料有吸水率大、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，應(yīng)用減水劑就顯得尤為重要；另一方面，在保持混凝土砌塊強(qiáng)度不變的條件下，還可以節(jié)省水泥用量，降低成本。早強(qiáng)劑能夠加快水泥水化的速率，促進(jìn)再生混凝土硬化，從而提高再生混凝土砌塊的早期強(qiáng)度，特別在采用移動(dòng)成型工藝中，可以顯著縮短養(yǎng)護(hù)期，提高臺(tái)座的周轉(zhuǎn)率，北方地區(qū)使用負(fù)溫度早強(qiáng)劑可以延長(zhǎng)每年的可生產(chǎn)時(shí)間，到達(dá)一劑多用的目的。

2.3.2 再生砌塊的配制

根據(jù)實(shí)際工程所需的再生混凝土砌塊設(shè)計(jì)要求，考慮使用再生粗骨料全部代替天然粗骨料，再生細(xì)骨料分別按照細(xì)骨料的40%、50%、60%與天然細(xì)骨料混合摻入。最終根據(jù)再生細(xì)骨料的不同摻量設(shè)計(jì)了三組不同再生砌塊的配合比，具體如表1 所示，以方便后期根據(jù)實(shí)際需求合理選用。

表1 再生砌塊混凝土配合比 單位：kg/m3

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，綠色經(jīng)濟(jì)是人類發(fā)展的潮流，建筑領(lǐng)域的減碳行動(dòng)也成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一環(huán)，尤其對(duì)建筑固廢物的資源化利用是實(shí)現(xiàn)減碳目標(biāo)的重要舉措之一。將建筑固廢物經(jīng)回收加工處理后二次利用，嘗試走產(chǎn)業(yè)化路線，貫穿建筑的全生命周期，將其制作成符合建材使用要求的建筑材料，并積極發(fā)展裝配式建筑，從而提高建筑固廢物的利用率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑全產(chǎn)業(yè)鏈低碳化的轉(zhuǎn)型。