刘凯朋

（湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉 430040）

建筑装修垃圾是指在房屋拆迁和装修过程中产生的自然垃圾，涉及老旧小区改造、征地拆迁、装修开凿和装修板材切削等。我国每年建筑垃圾的产生量占城市垃圾总量的30%～40%。据估计，近年来，我国建筑垃圾年度产生量保持在14 亿～24 亿t。建筑装修垃圾资源化是针对建筑装修垃圾进行综合除杂、破碎、筛分等处理，将建筑装修垃圾做成符合建筑材料要求的再生骨料。目前，市场较认可的建筑垃圾再生产品有再生环保砖、再生水稳材料、再生轻质砌块材料等。

1 行业背景

2013年，建筑装修垃圾资源化行业规模为600亿元，经过几年的发展，2020年，整个行业的规模达到千亿元级别。从目前行业发展情况来看，欧盟的建筑垃圾资源化利用率达到50%，韩国、日本高达97%左右，而我国建筑垃圾资源化利用率尚不足10%。通过考察和调研我国多地（马鞍山、武汉、西安等）的建筑装修垃圾处置情况，目前，我国建筑装修垃圾处置行业存在比较突出的发展问题。

1.1 区域发展不协调

经过多年高速发展，目前，建筑装修垃圾处置行业基本格局已初步完成。东南沿海和内地经济发展状况较好的区域对建筑装修垃圾的重视度较高，其余区域基本仍处于探索和观望阶段。另外，不同区域的处置费用存在较大差距，主要影响因素在于行业管控。据统计，上海、江苏等地的建筑装修垃圾平均处置价格为90 元/t 左右，而内地不少城市的价格低至5 元/t。根据项目运营数据和相关资料，建筑垃圾处置项目的运营成本介于30～60 元，装修垃圾处置项目的运营成本介于130～160 元。典型城市建筑装修垃圾的处理费标准如表1所示。

表1 典型城市建筑装修垃圾处置收费情况（建筑装修垃圾1∶1 平均收费）

1.2 行业指导欠缺

建筑装修垃圾处置行业属于生产加工行业，但与传统生产加工行业存在一定的不同，其产品种类较多，虽然目前已有相关产品指导性标准，但在市场应用和生产企业方面均存在知行不一的问题。结合多年的项目经验，笔者认为该行业属于半开放性行业，建筑装修垃圾的收运和处置归属为封闭式行业，为使资源得到充分利用，避免建筑装修垃圾造成二次污染，必须采用政府主导性策略。而再生产品属于开放性市场，按照市场秩序进行监管。

1.3 处置模式不成熟

根据目前国内行业发展情况，建筑装修垃圾处置主要分为特许经营、政府采购服务、市场化运行和委托经营等模式。从行业内运行成熟的项目来看，多数特许经营模式下的项目运行效果较为理想，而部分采用市场化运行模式的项目以建筑装修垃圾处置之名，行废弃混凝土及砂石骨料丢弃之实。另外，由于主管部门认知不一，项目落地模式五花八门，没有明确的政策导向，国内多数城市处于等待政策落地的阶段。建筑装修垃圾处置在收费机制上很难落实，这也是制约建筑装修垃圾处置行业发展的关键，目前，成熟运营的项目多数采用“使用者付费＋可行性缺口补助”的形式。

2 建筑装修垃圾成分分析

建筑装修垃圾成分比较复杂，各地情况有所不同。某新型锤式破碎机首先应用在上海建筑装修垃圾资源化项目中，因此本文主要对上海建筑装修垃圾成分进行分析。在实际运营的项目现场，连续10 d 分别从10 辆运输车中采集10 组样品，每组样品约为1 t。对样品进行分类和称重，得到建筑垃圾成分和装修垃圾成分，如表2、表3所示。

表2 建筑垃圾成分

表3 装修垃圾成分

由表2、表3 可以看出，建筑垃圾和装修垃圾整体成分较为接近，但建筑垃圾中可利用成分为85%左右，装修垃圾中可利用成分为77%左右。二者的主要成分均为混凝土砖石类再生材料。建筑装修垃圾资源化生产线的设计类似于矿山砂石骨料生产线，但混凝土砖石类硬度比砂石骨料小，其在破碎设备的选择上范围更广。

3 新型锤式破碎机结构

新型锤式破碎机的主要构件为转子、锤头和筛板。在破碎原料的过程中，转子高速旋转，带动锤头对物料进行剪切、挤压和撞击。这种破碎机可以通过下部筛板来控制破碎后产品的粒径并控制破碎比。其结构如图1所示。

图1 新型锤式破碎机结构

针对建筑装修垃圾物料强度不高但成分复杂的特点，新型锤式破碎机采用大转动惯量与高线速度的转子、大倾角的入料角度，锤头上设计有槽口，与下架体的水平衬板配合，产生剪切破碎效果，可将长条状的木材剪断。高达60 m/s 的线速度与大出料间隙使混在建筑装修垃圾中的破布、塑料袋、细钢筋等杂质来不及缠绕在转子与筛板上，便在冲击力、剪切力、挤压力的作用下变成更小尺寸，排出机体。出料筛板的围绕转子的包角达到225°，筛板孔尺寸可根据出料要求进行更换，一般选用70 mm×160 mm。从这两方面来看，新型锤式破碎机都远大于传统的锤式破碎机。

锤头是锤式破碎机的核心部件，其在高线速度工况下的使用寿命是设备重点考核指标之一。锤头结构设计满足理论力学的“碰撞中心”理论要求，并且锤头打击面的宽度和厚度都进行反复的优化设计，材料选用ZGMn18Cr2Mo，最大限度地提高耐磨性，经对磨损报废后的锤头打击面进行硬度测试，其硬度为40～45 HRC，硬化效果十分理想。同时，锤头还可双面使用，提高材料利用率。锤头结构如图2所示。

图2 锤头结构设计

4 破碎方式分析

破碎机械的施力方式包括压碎、劈碎、折断、磨碎及击碎等，如图3所示。对于硬度较大的材料（天然矿石或建筑装修垃圾），采用折断配合击碎的方式进行破碎；对于脆性材料，折断和劈碎较为有利；对于韧性及黏性较大的材料，最好选用磨碎方式。建筑垃圾资源化项目使用的破碎机以冲击破碎方式为主，例如，反击式破碎机在破碎过程中利用反击板的冲击力将原料击碎，但在破碎过程中，针片状颗粒含量较高，针对建筑装修垃圾中的大块木材、编织物、大块布条等杂质，其并没有破碎效果。

图3 破碎方式

锤式破碎机采用与反击式破碎机完全不同的破碎方式，其在破碎时伴随着剪切、挤压、冲击等多种破碎方式，可以将原料杂质一同破碎且破碎产品以块状、圆状为主，针片状颗粒含量较少，对后续资源化利用有很好的适用性。

目前已运行的多个建筑装修垃圾处置项目主要用反击式破碎机作为细碎破碎机，将其处理成不同粒径的骨粒再进行利用。但是，建筑装修垃圾中轻物质、石棉、五金、木材、生活垃圾的占比并不稳定，当原料杂质含量较多时，在使用过程中，堵料率大幅增加，其产品中针片状颗粒含量较多，影响后续资源化利用。

为有效分析新型锤式破碎机相对于反击式破碎机的优势，对建筑装修垃圾进行实验室破碎试验，主要对其针片状颗粒含量及杂质破碎情况进行对比，如表4、表5所示。反击式破碎机试验中，针片状颗粒平均含量为8.68%；新型锤式破碎机试验中，其平均含量为5.80%。杂质破碎越碎，后续分选除杂效果越好。

表4 反击式破碎机试验结果

表5 新型锤式破碎机试验结果

张景琦分析了粗骨料针片状含量对泵送混凝土性能的影响，并针对针片状含量对应的抗压强度、抗折强度和轴心抗压强度做了分析，如图4所示。研究表明，随着粗骨料针片状含量的增加，混凝土抗压强度、抗折强度和轴心抗压强度均降低，并且针片状颗粒越多，其流动性越差。

图4 针片状颗粒含量对混凝土的影响

《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685—2011）规定，建筑用卵石、碎石按照Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类分类，对应的针片状颗粒含量要求分别是≤5%、≤10%、≤15%。从试验结果来看，新型锤式破碎机和反击式破碎机在处理建筑装修垃圾时，其针片状颗粒含量均符合要求，但新型锤式破碎机针片状颗粒含量相对于反击式破碎机小3 个百分点，其破碎效果更好。

另外，为对比其对后续除杂（杂质有布条、木棍、塑料等）以及防堵料的影响，针对新型锤式破碎机对杂质的撕碎效果进行试验。将类别占比及形状相似的两组杂质与两组质量相同的原料混合后，分别放入试验破碎机内，试验效果如图5所示。

图5 撕碎效果对比

从试验来看，新型锤式破碎机对杂质的撕碎效果更好，其对后续生产工艺的机械除杂效果更佳。

5 新型锤式破碎机的使用效益研究

这种新型锤式破碎机首次应用于上海的某建筑装修垃圾处置现场，该项目使用1 台新型锤式破碎机作为二级破碎机，用来破碎建筑装修垃圾。项目于2018年建成投产，目前已累计运行超3 000 h，共处置建筑装修垃圾22 万t，设备一直运行良好，未出现堵塞等异常情况。

在轴承润滑方面，新型锤式破碎机创新性地使用了润滑站循环油润滑，润滑站可以监测进油流量及回油温度，确保高转速下轴承温度正常与连续运行，经实测，轴承连续运行的温度稳定在50 ℃上下。新型锤式破碎机的稀油润滑使用现场如图6所示。

图6 新型锤式破碎机稀油润滑使用现场

应用发现，建筑装修垃圾含有红砖、混凝土加气块，硬度较为适中。处理建筑装修垃圾时，锤式破碎机相对于其他破碎机的优势在于其单位效益，生产过程设备运行稳定，不需要专人进行针对性维护。要定期对比两侧锤头的高差，若高差大于5 cm，即可更换锤头方向。当锤头距转子的距离小于10 cm 时，即可更换新锤头，以保证锤头的使用效率和破碎比。

为了更直观地表现生产过程中设备的使用情况，更好地反映不同时间段锤头使用时的磨损情况，笔者对锤头使用过程中的破碎情况进行采样分析。现场生产原料保证特性基本相似，上料速度保持基本恒定，分别采集两组数据，两次取样间隔20 d 左右，并对破碎后的原料进行筛分比较，以15 mm 作为粒径分界点。其筛分结果分别如表6、表7所示。第一次取样时，10 min 所生产的各产品共计13 t，0～7 mm 和0～15 mm 合计占比为71.5%，7～25 mm 和25～50 mm 合计占比为28.5%；第二次取样时，10 min 所生产的各产品共计12.96 t，0～7 mm 和0～15 mm 合计占比为42.13%，7～25 mm和25～50 mm 合计占比为57.87%。

表6 第一次取样

表7 第二次取样

根据筛分数据，当间隔20 d 时，15 mm 以下粒径的原料由71.5%降到42.13%，按照每天生产550 t来计算，20 d共生产1.1万t。此时，为了确保产品质量，要对锤头进行翻转处理，以保证其破碎效率。

为更直观地展示锤头的磨损情况，笔者对第一次取样时的锤头磨损情况进行测量。从测量结果来看，原锤头中心至锤头顶端的距离为185 mm，经过一段时间磨损后，入料侧的锤头磨损量已达到45 mm，而出料侧的锤头磨损基本保持原有量，如图7所示。

图7 检查锤头情况

综上所述，若使用新型锤式破碎机处理建筑装修垃圾，当处理量达到1 万t 时，要检查锤头并调转方向，处理量达到2 万t 时，要更换锤头。一套锤头可处理建筑装修垃圾2 万t，更换周期为20 d，每套锤头价格为10 万元。结合项目现场工艺及管理成本进行计算，处置线总成本约为160 万元，其分为三个主系统（一级破碎、二级破碎、除杂系统），每个系统的平均利润为52 万左右。一套锤头可实现利润156 万元。传统反击式破碎机根据生产统计计算，每套反击板可实现利润约130 万元。新型锤式破碎机的经济价值相对于传统破碎机更高。

6 结论

新型锤式破碎机针对建筑装修垃圾的特点进行结构设计，有效地解决破碎建筑装修垃圾时轻物质堵塞设备的难题。与其他同类设备相比，这种锤式破碎机有显著的优势，其独特的结构可以使破碎效率大幅提高。

一是新型锤式破碎机在建筑装修垃圾的处置过程中利用高速旋转的锤头，将原料中的大块杂质撕碎，以便展开原料除杂工艺，提高原料纯净度。对于目前使用的新型锤式破碎机的建筑装修垃圾生产线，整体要求产品含杂率不高于1.5‰。另外，该型设备具有很好的破碎效率和持续性，在当今社会对于资源循环利用产业绿色发展有积极的意义。

二是新型锤式破碎机在破碎建筑装修垃圾时采用剪切、挤压、冲击等破碎方式，相对于传统破碎机，其破碎方式变得多样化。由于其采用多种破碎方式，在破碎过程中，产品的粒径较为均匀，针片状颗粒含量少，经过试验采样得出，新型锤式破碎机破碎产品中针片状颗粒含量相对于传统破碎机降低3 个百分点，提高了产品市场化应用要求。

三是新型锤式破碎机检修窗口采用封闭式可翻折设计，生产过程中不需要专人巡检，节约了人力成本。在对设备进行检修时，只需要打开检修窗口即可进入设备内部，锤头及内部备件更换非常便捷，便于生产运营过程中的设备管理。

四是新型锤式破碎机处理建筑装修垃圾的过程中，处理量达到1 万t 时需要对锤头进行检查并调转方向，处理量达到2 万t 时需要对锤头进行更换。在实际应用中，可根据每日的处理量统计，当处理量达到要求时便可进行检修操作。每套锤头价格便宜，结合建筑装修垃圾处置收费情况，一套锤头可实现利润156 万元，其具有很高的经济价值。

五是新型锤式破碎机与处置线的整体配合度更高，其破碎效果好，产品质量高，检修便捷，对整个处置线的筛分作业、除杂作业均有帮助。配合处置线的整体效果更符合产品要求，整体效能要高。