利用建筑垃圾再生混凝土骨料的評價*

閆鐵成 ，周茗如 ，王 博

（1.隴東學院土木工程學院，甘肅 慶陽 745000；2.蘭州理工大學土木工程學院，蘭州 730050）

0 引言

目前我國的基本建設規(guī)模正在逐漸擴大。2012年全國建筑業(yè)總產值135 303億元，同比增長16.2%。全國建筑業(yè)房屋建筑施工面積98.1億m2，同比增長15.2%。從業(yè)人員達4 900萬，占全國工業(yè)企業(yè)總從業(yè)人員的1/3強。建筑業(yè)成為國民生產總值和勞動力就業(yè)的重要支柱；成為完成國家建設投資的發(fā)展階梯；是國家及地區(qū)國民經濟的重要組成部分。但伴隨著國民生產總值的增長和勞動力就業(yè)環(huán)境的改善，衍生出新的一個問題，建筑垃圾的生成量在高速增長，我國建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的40%~50%。有關數據資料顯示，在每萬平方米建筑的生產過程中，僅建筑垃圾就會產生500~600 t。據有關部門預測，中國每年25億m2以上的工程建設將持續(xù)10~20 a，同時每年會產生約5億t的建筑垃圾。

建筑垃圾指建設、施工單位或個人對各類建筑物、構筑物等進行拆遷、建設、裝修、修繕以及居民裝飾房屋過程中所產生的余泥、余渣、廢舊混凝土、廢舊磚石及其他廢棄物的統(tǒng)稱。按初始源頭分類，建筑垃圾可分為工程渣土、裝修垃圾、拆遷垃圾、工程泥漿等；按內部構成分類，建筑垃圾中可分為渣土、混凝土塊、碎石塊、磚瓦碎塊、廢砂漿、泥漿、瀝青塊、廢塑料、廢金屬、廢竹木等。表1給出了目前我國拆除舊建筑物的各種建筑垃圾調查結果。

表1 建筑垃圾量數據表m3/m2

1 建筑垃圾再資源化的深遠意義

建筑垃圾的再資源化從宏觀上符合了國家發(fā)展循環(huán)經濟的基本戰(zhàn)略。這個重大而深遠的意義體現以下4個方面。

1.1 隨意開采而產生的自然災害得以緩解

隨著基礎設施大規(guī)模建設和城鎮(zhèn)化進程的推進，建筑行業(yè)大量的需要砂石材料，長期的開采導致砂石資源枯竭、山體滑坡、河床改道，嚴重地破壞了自然環(huán)境，自然災害也隨之而來。建筑垃圾再資源化利用，減少了人們對自然界取材，保護了植被。

1.2 水資源污染得以緩解

建筑垃圾在堆放和填埋過程中，由于發(fā)酵和雨水的淋溶、沖刷，以及地表水和地下水的浸泡而滲濾出的污水，會造成周圍地表水和地下水的嚴重污染。垃圾滲濾液內不僅含有大量有機污染物，而且還含有大量金屬和非金屬污染物，水質成分很復雜。一旦飲用這種污染的水，將會對人體造成很大的危害。

1.3 空氣質量與土壤質量得以保證

隨著城市的規(guī)模不斷擴大，建筑垃圾產生量在增加，垃圾堆放場的面積也在逐漸擴大。露天堆放的建筑垃圾在種種外力作用下，較小的碎石會進入附近的土壤，改變土壤的物質組成，破壞土壤的結構，降低土壤的生產能力。而且，在溫度、水分等因素作用下，某些有機物質發(fā)生分解，產生有害氣體；垃圾中的細菌、粉塵隨風飄散，造成對空氣的污染；少數可燃建筑垃圾在燃燒過程中會產生有毒的致癌物質，對空氣造成二次污染。

1.4 人類價值觀得以轉變

《深圳宣言》的通過意味著一些發(fā)達國家已經嚴格的考慮了子孫后代的生存環(huán)境危機。人類思想已經本能的發(fā)生轉變，已經意識到建立可持續(xù)發(fā)展生態(tài)城市的重要性，先前的那種對自然資源進行無止境、毫無顧慮索取的思想已經成為過去時。

2 我國建筑垃圾再資源化的現狀

2.1 我國的宏觀管理制度不健全

我國于1995年11月全國人民代表大會通過的《城市固體垃圾處理法》；2004年12月執(zhí)行的《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》；2005年4月，原建設部頒布的《城市建筑垃圾管理規(guī)定》，要求產生垃圾的部門必須繳納處理費。但這種收費方法，并不能從根本上堵住建筑垃圾的源頭，而且沒有涉及建筑垃圾的資源化再生利用問題。從這一方面可以看出我國行政管理部門對建筑垃圾的處理過程沒有引起重視，這可能是多種因素造成的，一是部分人思想意識里認為我國地大物博，還未意識到會出現資源匱乏的情況；二是城市化進程慢且只注重城市的發(fā)展，而忽略了在城市建設發(fā)展中出現的負產衍生物。一些發(fā)達國家領土面積較小，資源較為匱乏，每一行業(yè)產品的出現在其前期可行性研究階段就已仔細的考慮了它的負面影響和能否循環(huán)利用，在此基礎上建筑垃圾再資源化也相對動身較早，且形成了較完整的標準化指標應用體系，包括再生骨料、再生混凝土及相應的設計、施工規(guī)范。如韓國的《不同用途的再生骨料品質標準及設計施工指南》、日本的《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》、德國的《在混凝土中采用再生骨料的應用指南》等。我國在建筑垃圾再資源化方面的研究起步較晚，相關技術標準不夠健全，很大程度上限制了建筑垃圾的再利用。借鑒國外對建筑垃圾再資源化的技術和經驗，結合我國的國情，組織制定系列建筑垃圾再生產品的相關技術標準、規(guī)范和工程質量驗收規(guī)范，加速實現建筑垃圾的再生利用的資源化。

2.2 建筑垃圾再資源化期待政策扶持

最近幾年，國內一些地方科研院所、高等院校的科研人員和一些具有廣闊視野的企業(yè)，已經看到了建筑垃圾循環(huán)利用的前景，以及對于促進地區(qū)經濟和社會協調發(fā)展的重大意義。相繼開始對建筑垃圾的綜合利用進行了探索性研究和一些有益的實踐。代表性的應用實例有：1）北京建筑工程學院2007年底完成的全國首座1 000 m2全級配再生骨料現澆混凝土試驗建筑的建設；2008年利用再生古建磚在崇文區(qū)前門大街完成了一個示范院的建設；完善了兩條年產100萬t建筑垃圾再生利用生產線和制品生產線；2）2003年7月，同濟大學利用廢棄混凝土鋪筑了一條“再生路”；3）河北省邯鄲市某生態(tài)建材有限公司是目前我國二線城市中科學利用建筑垃圾生產標磚和空心砌塊最為成功并已形成一定規(guī)模的一家民營企業(yè)，該公司產品已經用于各類建筑。以上成功案例是眾多建筑垃圾處理企業(yè)中的佼佼者，有一大部分企業(yè)都在通往成功的道路上夭折了，原因何在？因為從開始的可行性論證、技術攻關到直接經費投入、生產場地落成，再到產品生成進入市場獲得利潤，這是一條漫長的道路，且荊棘叢生，而所產生的費用支出都屬于企業(yè)自身市場行為，試問在今天有多少企業(yè)敢于承擔這樣風險呢?

從日本、德國、丹麥等國家對建筑垃圾處理的先進經驗看來，建筑垃圾再資源化不完全是自身市場操作行為，具有一定的公益性，為了使建筑材料良性循環(huán)，企業(yè)就不應該針對建筑垃圾再資源化自負盈虧，國家應建立健全有關法律、法規(guī)，加大對建筑垃圾綜合利用的扶持力度。政府要從政策上加以引導、扶持，注重運用政策、價格、財稅、金融等多種手段促進建筑垃圾的回收利用，加大建筑垃圾的綜合利用力度。如停止垃圾處理場的審批，促使建筑垃圾的綜合利用之路，同時要把現有的填埋場變成垃圾綜合處理廠；對從事建筑垃圾處理的投資和產業(yè)活動給予稅收優(yōu)惠，對于建筑垃圾綜合再利用的產品，政府工程要帶頭使用，鼓勵房地產商積極使用，提高建筑垃圾再利用產品的市場占有率等。此外，建立完善的建筑垃圾再生產品的標準和應用技術規(guī)程，對于推動建筑垃圾資源化具有重要意義。禁止填埋可利用的建筑垃圾，規(guī)定建筑垃圾必須進行分類收集和存放。凡利用垃圾生產出的材料和產品，國家應在稅收政策上給予優(yōu)惠。加強宣傳教育工作，讓群眾知道建筑垃圾是一種可利用的資源，提高建筑工人的環(huán)保意識。一旦頒布建筑垃圾資源化的法律，就應該嚴格監(jiān)督執(zhí)法，將建筑垃圾作為一種重要來源來認識和利用[1]。

3 建筑垃圾中廢棄混凝土再資源化的效益評價

由廢棄混凝土制備的骨料稱為再生混凝土骨料，下面我們以再生混凝土骨料作為粗骨料制備的混凝土進行試驗。

3.1 試驗原料

水泥：市場上流通的42.5普通硅酸鹽水泥。礦粉：S95級礦粉。

粗骨料：符合要求的天然碎石、粗骨料和再生混凝土骨料。

細骨料：符合要求的河砂。

減水劑：高效聚羧酸減水劑。

水：自來水。

3.2 試驗方案

再生粗骨料取代率分別為0%、40%、70%和100%；礦粉摻量30%；膠凝材料用量分別為300 kg/m3、350 kg/m3、400 kg/m3、450 kg/m3和 500 kg/m3；混凝土砂率為35%，減水劑摻量為1.5%，通過調整用水量控制坍落度在160~200 mm，具體方案見表2。

表2 試驗數據

圖1 膠水比對抗壓強度的影響

結論：由圖1可知，同膠水比時，摻入再生粗骨料混凝土強度高于天然骨料混凝土，隨著膠水比的增加，該趨勢更加明顯，原因為再生粗骨料的吸水率大，提高了實際膠水比，提高了界面黏結強度。

3.3 效益評價

取42.5普通硅酸鹽水泥390元/t、S95級礦粉 240元/t、天然碎石 50元/m3、細骨料 60元/m3、高效聚羧酸減水劑5 000元/t、自來水9元/m3，不計機械磨損、運輸、耗能等費用，分析再生骨料取代率對混凝土經濟性影響。設定混凝土利潤相同時，計算企業(yè)可以接受的再生骨料與天然骨料的差價。暫定再生骨料與天然骨料價格相同，得到不同取代率再生粗骨料混凝土強度與價格的關系（圖2）。根據《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ 55—2000）按照 fcu，0≥fcu，k+1.645σ（σ=5.0 MPa）將混凝土抗壓強度轉化為混凝土強度等級。采用再生混凝土的成本減掉基準混凝土的成本價即得到差價（表3），差價為正，代表再生混凝土成本高，反之，表示再生混凝土成本低。結果表明，高強度等級的再生混凝土經濟性最好。

4 結語

建筑垃圾再資源化可以合理良性循環(huán)利用資源、節(jié)約能源、改善環(huán)境、中小企業(yè)不斷出現、社會就業(yè)機會不斷增多，社會、環(huán)境及經濟效益巨大，應用前景廣闊，解決了建筑垃圾處置的途徑，我國部分建筑垃圾再資源化技術已趨于成熟，但要改變目前資源化技術水平低的現狀，必須嚴格做到“政府重點扶持，市場積極運作”。這既是發(fā)達國家建筑垃圾處理的成功經驗，也是我國建筑垃圾再資源化的必由之路。

表3 再生混凝土與基準混凝土的差價 元/m3

圖2 抗壓強度與價格的關系

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