利用建筑垃圾再生混凝土骨料的评价*

2014-12-04闫铁成周茗如

建筑设计管理 2014年10期

闫铁成，周茗如，王博

（1.陇东学院土木工程学院，甘肃庆阳 745000；2.兰州理工大学土木工程学院，兰州 730050）

0 引言

目前我国的基本建设规模正在逐渐扩大。2012年全国建筑业总产值135 303亿元，同比增长16.2%。全国建筑业房屋建筑施工面积98.1亿m2，同比增长15.2%。从业人员达4 900万，占全国工业企业总从业人员的1/3强。建筑业成为国民生产总值和劳动力就业的重要支柱；成为完成国家建设投资的发展阶梯；是国家及地区国民经济的重要组成部分。但伴随着国民生产总值的增长和劳动力就业环境的改善，衍生出新的一个问题，建筑垃圾的生成量在高速增长，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的40%~50%。有关数据资料显示，在每万平方米建筑的生产过程中，仅建筑垃圾就会产生500~600 t。据有关部门预测，中国每年25亿m2以上的工程建设将持续10~20 a，同时每年会产生约5亿t的建筑垃圾。

建筑垃圾指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物等进行拆迁、建设、装修、修缮以及居民装饰房屋过程中所产生的余泥、余渣、废旧混凝土、废旧砖石及其他废弃物的统称。按初始源头分类，建筑垃圾可分为工程渣土、装修垃圾、拆迁垃圾、工程泥浆等；按内部构成分类，建筑垃圾中可分为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、废砂浆、泥浆、沥青块、废塑料、废金属、废竹木等。表1给出了目前我国拆除旧建筑物的各种建筑垃圾调查结果。

表1 建筑垃圾量数据表m3/m2

1 建筑垃圾再资源化的深远意义

建筑垃圾的再资源化从宏观上符合了国家发展循环经济的基本战略。这个重大而深远的意义体现以下4个方面。

1.1 随意开采而产生的自然灾害得以缓解

随着基础设施大规模建设和城镇化进程的推进，建筑行业大量的需要砂石材料，长期的开采导致砂石资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重地破坏了自然环境，自然灾害也随之而来。建筑垃圾再资源化利用，减少了人们对自然界取材，保护了植被。

1.2 水资源污染得以缓解

建筑垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水的淋溶、冲刷，以及地表水和地下水的浸泡而渗滤出的污水，会造成周围地表水和地下水的严重污染。垃圾渗滤液内不仅含有大量有机污染物，而且还含有大量金属和非金属污染物，水质成分很复杂。一旦饮用这种污染的水，将会对人体造成很大的危害。

1.3 空气质量与土壤质量得以保证

随着城市的规模不断扩大，建筑垃圾产生量在增加，垃圾堆放场的面积也在逐渐扩大。露天堆放的建筑垃圾在种种外力作用下，较小的碎石会进入附近的土壤，改变土壤的物质组成，破坏土壤的结构，降低土壤的生产能力。而且，在温度、水分等因素作用下，某些有机物质发生分解，产生有害气体；垃圾中的细菌、粉尘随风飘散，造成对空气的污染；少数可燃建筑垃圾在燃烧过程中会产生有毒的致癌物质，对空气造成二次污染。

1.4 人类价值观得以转变

《深圳宣言》的通过意味着一些发达国家已经严格的考虑了子孙后代的生存环境危机。人类思想已经本能的发生转变，已经意识到建立可持续发展生态城市的重要性，先前的那种对自然资源进行无止境、毫无顾虑索取的思想已经成为过去时。

2 我国建筑垃圾再资源化的现状

2.1 我国的宏观管理制度不健全

我国于1995年11月全国人民代表大会通过的《城市固体垃圾处理法》；2004年12月执行的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》；2005年4月，原建设部颁布的《城市建筑垃圾管理规定》，要求产生垃圾的部门必须缴纳处理费。但这种收费方法，并不能从根本上堵住建筑垃圾的源头，而且没有涉及建筑垃圾的资源化再生利用问题。从这一方面可以看出我国行政管理部门对建筑垃圾的处理过程没有引起重视，这可能是多种因素造成的，一是部分人思想意识里认为我国地大物博，还未意识到会出现资源匮乏的情况；二是城市化进程慢且只注重城市的发展，而忽略了在城市建设发展中出现的负产衍生物。一些发达国家领土面积较小，资源较为匮乏，每一行业产品的出现在其前期可行性研究阶段就已仔细的考虑了它的负面影响和能否循环利用，在此基础上建筑垃圾再资源化也相对动身较早，且形成了较完整的标准化指标应用体系，包括再生骨料、再生混凝土及相应的设计、施工规范。如韩国的《不同用途的再生骨料品质标准及设计施工指南》、日本的《再生骨料和再生混凝土使用规范》、德国的《在混凝土中采用再生骨料的应用指南》等。我国在建筑垃圾再资源化方面的研究起步较晚，相关技术标准不够健全，很大程度上限制了建筑垃圾的再利用。借鉴国外对建筑垃圾再资源化的技术和经验，结合我国的国情，组织制定系列建筑垃圾再生产品的相关技术标准、规范和工程质量验收规范，加速实现建筑垃圾的再生利用的资源化。

2.2 建筑垃圾再资源化期待政策扶持

最近几年，国内一些地方科研院所、高等院校的科研人员和一些具有广阔视野的企业，已经看到了建筑垃圾循环利用的前景，以及对于促进地区经济和社会协调发展的重大意义。相继开始对建筑垃圾的综合利用进行了探索性研究和一些有益的实践。代表性的应用实例有：1）北京建筑工程学院2007年底完成的全国首座1 000 m2全级配再生骨料现浇混凝土试验建筑的建设；2008年利用再生古建砖在崇文区前门大街完成了一个示范院的建设；完善了两条年产100万t建筑垃圾再生利用生产线和制品生产线；2）2003年7月，同济大学利用废弃混凝土铺筑了一条“再生路”；3）河北省邯郸市某生态建材有限公司是目前我国二线城市中科学利用建筑垃圾生产标砖和空心砌块最为成功并已形成一定规模的一家民营企业，该公司产品已经用于各类建筑。以上成功案例是众多建筑垃圾处理企业中的佼佼者，有一大部分企业都在通往成功的道路上夭折了，原因何在？因为从开始的可行性论证、技术攻关到直接经费投入、生产场地落成，再到产品生成进入市场获得利润，这是一条漫长的道路，且荆棘丛生，而所产生的费用支出都属于企业自身市场行为，试问在今天有多少企业敢于承担这样风险呢?

从日本、德国、丹麦等国家对建筑垃圾处理的先进经验看来，建筑垃圾再资源化不完全是自身市场操作行为，具有一定的公益性，为了使建筑材料良性循环，企业就不应该针对建筑垃圾再资源化自负盈亏，国家应建立健全有关法律、法规，加大对建筑垃圾综合利用的扶持力度。政府要从政策上加以引导、扶持，注重运用政策、价格、财税、金融等多种手段促进建筑垃圾的回收利用，加大建筑垃圾的综合利用力度。如停止垃圾处理场的审批，促使建筑垃圾的综合利用之路，同时要把现有的填埋场变成垃圾综合处理厂；对从事建筑垃圾处理的投资和产业活动给予税收优惠，对于建筑垃圾综合再利用的产品，政府工程要带头使用，鼓励房地产商积极使用，提高建筑垃圾再利用产品的市场占有率等。此外，建立完善的建筑垃圾再生产品的标准和应用技术规程，对于推动建筑垃圾资源化具有重要意义。禁止填埋可利用的建筑垃圾，规定建筑垃圾必须进行分类收集和存放。凡利用垃圾生产出的材料和产品，国家应在税收政策上给予优惠。加强宣传教育工作，让群众知道建筑垃圾是一种可利用的资源，提高建筑工人的环保意识。一旦颁布建筑垃圾资源化的法律，就应该严格监督执法，将建筑垃圾作为一种重要来源来认识和利用[1]。

3 建筑垃圾中废弃混凝土再资源化的效益评价

由废弃混凝土制备的骨料称为再生混凝土骨料，下面我们以再生混凝土骨料作为粗骨料制备的混凝土进行试验。

3.1 试验原料

水泥：市场上流通的42.5普通硅酸盐水泥。矿粉：S95级矿粉。

粗骨料：符合要求的天然碎石、粗骨料和再生混凝土骨料。

细骨料：符合要求的河砂。

减水剂：高效聚羧酸减水剂。

水：自来水。

3.2 试验方案

再生粗骨料取代率分别为0%、40%、70%和100%；矿粉掺量30%；胶凝材料用量分别为300 kg/m3、350 kg/m3、400 kg/m3、450 kg/m3和 500 kg/m3；混凝土砂率为35%，减水剂掺量为1.5%，通过调整用水量控制坍落度在160~200 mm，具体方案见表2。

表2 试验数据

图1 胶水比对抗压强度的影响

结论：由图1可知，同胶水比时，掺入再生粗骨料混凝土强度高于天然骨料混凝土，随着胶水比的增加，该趋势更加明显，原因为再生粗骨料的吸水率大，提高了实际胶水比，提高了界面黏结强度。

3.3 效益评价

取42.5普通硅酸盐水泥390元/t、S95级矿粉 240元/t、天然碎石 50元/m3、细骨料 60元/m3、高效聚羧酸减水剂5 000元/t、自来水9元/m3，不计机械磨损、运输、耗能等费用，分析再生骨料取代率对混凝土经济性影响。设定混凝土利润相同时，计算企业可以接受的再生骨料与天然骨料的差价。暂定再生骨料与天然骨料价格相同，得到不同取代率再生粗骨料混凝土强度与价格的关系（图2）。根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2000）按照 fcu，0≥fcu，k+1.645σ（σ=5.0 MPa）将混凝土抗压强度转化为混凝土强度等级。采用再生混凝土的成本减掉基准混凝土的成本价即得到差价（表3），差价为正，代表再生混凝土成本高，反之，表示再生混凝土成本低。结果表明，高强度等级的再生混凝土经济性最好。

4 结语

建筑垃圾再资源化可以合理良性循环利用资源、节约能源、改善环境、中小企业不断出现、社会就业机会不断增多，社会、环境及经济效益巨大，应用前景广阔，解决了建筑垃圾处置的途径，我国部分建筑垃圾再资源化技术已趋于成熟，但要改变目前资源化技术水平低的现状，必须严格做到“政府重点扶持，市场积极运作”。这既是发达国家建筑垃圾处理的成功经验，也是我国建筑垃圾再资源化的必由之路。