建筑垃圾資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀*?

王信鴿，何廷樹，張凱峰，孟剛，王曉峰

（1. 西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055；2. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710010）

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，大規(guī)模基建項(xiàng)目開工建設(shè)以及農(nóng)村危房改造、鄉(xiāng)村環(huán)境整治等原因，我國每年產(chǎn)生的建筑垃圾在 17 億噸左右。目前，我國建筑垃圾占各類垃圾總量的 30% 以上，且每年在呈上升趨勢。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，到 2020 年，我國建筑垃圾產(chǎn)生量將達(dá)到 26 億噸。巨量的建筑垃圾不僅占用土地，還帶來一系列環(huán)境污染問題。因此，研究開發(fā)建筑垃圾資源化利用技術(shù)迫在眉睫，意義重大。

1 建筑垃圾定義及分類

建筑垃圾是工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾等五類的總稱，指建設(shè)、施工單位新建、改建、擴(kuò)建和拆除各類建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等以及居民裝飾裝修房屋過程中所產(chǎn)生的棄土、棄料及其它廢棄物。本文所研究的建筑垃圾主要是指各類建筑物、構(gòu)筑物等拆除過程中產(chǎn)生的金屬、混凝土、瀝青、磚瓦、陶瓷、玻璃、木材、塑料等棄料，稱之為拆除垃圾。所謂資源化就是使建筑垃圾轉(zhuǎn)化成為有用物質(zhì)的方法。

2 行業(yè)政策環(huán)境分析

“十二五”以來，我國相繼出臺(tái)多項(xiàng)建筑垃圾資源化相關(guān)政策法規(guī)。2011 年，國家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)《“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》和《大宗固體廢物綜合利用實(shí)施方案》（發(fā)改環(huán)資 [2011]2919號）。兩份文件中明確了推廣建設(shè)工程項(xiàng)目中廢棄物生產(chǎn)路面透水磚砌塊、混凝土、市政工程制品等再生建材制品、道路基材料，要求全國各地區(qū)建立完善的建筑工程廢棄物回收利用體系，實(shí)施建筑垃圾資源化利用工程。

2013 年，國務(wù)院下發(fā)《循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及近期行動(dòng)計(jì)劃》的通知，推進(jìn)建筑廢物集中處理、分級利用，生產(chǎn)高性能建材產(chǎn)品。要求各地區(qū)因地制宜建設(shè)建筑廢物資源化利用和處理基地。同年，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部共同發(fā)布《綠色建筑行動(dòng)方案》（國辦發(fā) [2013]1 號）的通知。方案提出國務(wù)院各相關(guān)部門要制定實(shí)施方案，推行建筑固體廢棄物資源化處理工作，各地方政府協(xié)同地級以上城市，因地制宜地開展建筑固體廢棄物資源化處理工作。

2016 年，中共中央、國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》的通知。通知提出力爭用 5 年左右的時(shí)間，基本建立建筑垃圾回收和再生利用體系的目標(biāo)。同年 12 月，工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件》、《建筑垃圾資源化利用行業(yè)規(guī)范條件公告管理暫行辦法》。文件對建設(shè)建筑垃圾處理廠、運(yùn)行及行業(yè)監(jiān)管等多方面提出了全面的要求。

2017 年，國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系（2017 年版）》，該通知中將城市建筑垃圾資源化處理率首次納入城市評價(jià)指標(biāo)體系，并且評價(jià)結(jié)果將作為今后申請相關(guān)資金、政策支持的重要參考。

2018 年初，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《關(guān)于開展建筑垃圾治理試點(diǎn)工作的通知》（建城函[2018]65 號）通知。決定在北京市、鄭州市等 35 個(gè)城市（區(qū)）開展建筑垃圾治理試點(diǎn)工作。要求各試點(diǎn)城市（區(qū)）要合理布局消納處置、資源化利用設(shè)施，加快設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)資源化利用，提高建筑垃圾再生產(chǎn)品質(zhì)量，研究制定再生產(chǎn)品的推廣應(yīng)用政策，制定專門實(shí)施方案。

近年來，國家各部委、各地政府及行業(yè)協(xié)會(huì)陸續(xù)發(fā)布了建筑垃圾資源化利用相關(guān)政策法規(guī)及指導(dǎo)意見。這為行業(yè)發(fā)展做出了頂層設(shè)計(jì)，規(guī)范了資源化處理處置設(shè)施設(shè)備及運(yùn)用的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了形式多樣的商業(yè)開發(fā)探索，開創(chuàng)了多種發(fā)展模式，樹立了一批行業(yè)發(fā)展示范標(biāo)桿，為建筑垃圾資源化利用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 建筑垃圾預(yù)處理相關(guān)技術(shù)

3.1 國內(nèi)外建筑垃圾預(yù)處理技術(shù)現(xiàn)狀

國外發(fā)達(dá)國家將建筑垃圾資源化利用作為長期國家戰(zhàn)略，通過法律保障、政府支持及先進(jìn)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化利用。美、日及歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)基本已實(shí)現(xiàn)建筑垃圾資源化處理。以美、德為例，美國的再生產(chǎn)業(yè)規(guī)模就達(dá) 2400 億美元，與其汽車業(yè)相當(dāng)；德國有 200 家左右的建筑垃圾處理企業(yè)，年?duì)I業(yè)額超過 20 億歐元。在立法方面，美國《超級基金法》、德國《廢物處理法》等法律法規(guī)，明確各方權(quán)責(zé)，確立“誰產(chǎn)生誰負(fù)責(zé)”的基本原則，強(qiáng)調(diào)建筑垃圾源頭處理，為預(yù)處理及資源化產(chǎn)品階段減輕壓力。

建筑垃圾資源化利用分為三個(gè)等級，包括低級利用、中級利用及高級利用。當(dāng)前，國外發(fā)達(dá)國家建筑固廢資源化利用主要集中在低級利用以及中級利用。比如在美國，現(xiàn)場分揀利用、一般性回填處理等低級利用占比大概為 50%～60%，作為再生砂石骨料用于建筑工程、道路工程及制備砌體材料的等約占比 40%。目前，世界上最大的建筑垃圾資源化處理工廠位于德國。這家工廠每小時(shí)可生產(chǎn) 1200 噸建筑垃圾再生建材。

與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國建筑垃圾資源化利用率偏低。建筑垃圾的處理處置處在簡單化、無序化的初級狀態(tài)。一方面，城市缺乏長遠(yuǎn)可持續(xù)的發(fā)展規(guī)劃。建設(shè)項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)、施工與拆除工程采用的多為傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)方式，直接造成大量的建筑固廢垃圾的產(chǎn)生。另一方面，對于各類建筑垃圾未實(shí)施分類回收及有組織的消納和資源化管理。政府各級監(jiān)管部門未對建筑固廢垃圾的生產(chǎn)者規(guī)定其強(qiáng)制回收的義務(wù)。建筑垃圾被隨意填埋或傾倒處理，而建筑垃圾處置企業(yè)卻因缺乏生產(chǎn)原材料，處于停產(chǎn)或者虧損狀態(tài)[1]。

3.2 建筑垃圾預(yù)處理技術(shù)現(xiàn)狀

3.2.1 預(yù)處理技術(shù)

建筑垃圾資源化利用預(yù)處理的工藝一般可劃分為破碎、篩分及分選除雜等環(huán)節(jié)。

破碎是建筑垃圾預(yù)處理技術(shù)的核心內(nèi)容。這個(gè)工藝過程能夠影響設(shè)備的生產(chǎn)能力及能源消耗，還能影響建筑垃圾再生骨料產(chǎn)品的粒形、粒度分布、粉料率等性能，并最終影響生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)效益。建筑固廢垃圾的物料，硬度上看強(qiáng)度中等偏軟，表面裂縫較多，一般有擠壓式破碎（包括顎式破碎和圓錐破碎）和沖擊式破碎（常見的有反擊式破碎、立式?jīng)_擊破碎和錘式破碎）兩種處理方法。

篩分也是建筑垃圾資源化預(yù)處理的重要環(huán)節(jié)。包括建筑垃圾中渣土等雜物的篩分分離和破碎后再生骨料分級篩分。常用設(shè)備包括振動(dòng)篩、滾筒篩、棒條篩等。

分選除雜包括人工和機(jī)械分選兩種。機(jī)械分選主要包括風(fēng)選、磁選、水力浮選等，是根據(jù)建筑垃圾中雜物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同進(jìn)行高效分離的。人工分選主要針對金屬、玻璃、陶瓷、舊衣物等雜物。在預(yù)處理過程中，因建筑固廢垃圾中所含雜質(zhì)種類繁多，除雜過程往往是多種分選方法并用，如浮選應(yīng)與人工揀選、風(fēng)選、磁選等除雜工藝相配合的除雜方式。

3.2.2 預(yù)處理工藝的環(huán)保技術(shù)

建筑垃圾資源化預(yù)處理過程的環(huán)保除塵技術(shù)應(yīng)用較多的是脈沖布袋除塵和噴霧抑塵。脈沖布袋除塵技術(shù)屬于過濾式除塵的一種，具有突出的優(yōu)點(diǎn)和性能指標(biāo)：脈沖袋除塵器體積小、重量輕；維修方便、簡單；除塵效率高，與電除塵器相比更具優(yōu)越性。目前，多數(shù)建筑垃圾資源化處理廠家都會(huì)選擇脈沖袋式除塵器除塵，并通過多點(diǎn)布置，達(dá)到良好的除塵效果。例如，北京首鋼建筑垃圾處置廠將除塵器分別設(shè)置在第一次破碎、2 號篩及反擊破、3 號篩等處。

在建筑垃圾處置過程中，磚、混凝土在破碎過程中易產(chǎn)生大量粉塵，袋式除塵裝置能夠有效地控制預(yù)處理過程中的揚(yáng)塵問題，實(shí)現(xiàn)清潔環(huán)保生產(chǎn)。同時(shí)，收集的粉塵可作為礦物摻合料應(yīng)用在建材中。

噴霧抑塵是指用水作為除塵的介質(zhì)，利用霧炮機(jī)通過高壓泵、微細(xì)霧化噴嘴將水霧化，再利用風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓將霧化后的水霧送到較遠(yuǎn)距離，使得水霧到達(dá)較遠(yuǎn)距離同時(shí)能夠覆蓋更大面積，水霧與粉塵凝結(jié)后降落，從而達(dá)到降塵目的。在實(shí)際應(yīng)用中，可在霧炮噴霧中增加抑塵劑，以降低水的表面張力，改變親水性，從而避免粉塵帶靜電，實(shí)現(xiàn)微塵融入水滴，通過重力自然落地，實(shí)現(xiàn)降塵。一旦粉塵和水的混合物落地后，表層會(huì)形成一固化物，將粉塵固化在其之下，避免二次揚(yáng)塵。

3.2.3 預(yù)處理技術(shù)發(fā)展趨勢

磚混分離技術(shù)。當(dāng)前，我國建筑垃圾資源化處理缺少在源頭分類，必然在處理廠過程過涉及“二次分類”問題。在現(xiàn)有資源化處理工藝的鏈條上，添加“磚混分離”的處理工藝是對建筑垃圾預(yù)處理工藝路線的優(yōu)化和提升?！按u混分離”的核心是“形狀分離”，結(jié)合“水力淘汰”的水力浮選技術(shù)，經(jīng)過分離分類處理的骨料能夠高附加值利用再生建材產(chǎn)品的應(yīng)用，提高建筑垃圾資源化產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

骨料整形強(qiáng)化技術(shù)及裝備。一般來說，經(jīng)過資源化處理的再生骨料具有針片狀顆粒較多、表面粗糙且包裹水泥砂漿以及表面存在大量微裂縫等性狀，其綜合性能明顯劣于天然骨料。因此，對破碎后的骨料顆粒進(jìn)一步整形強(qiáng)化處理，使其綜合性能達(dá)到甚至高于天然骨料是未來預(yù)處理技術(shù)的重要課題。再生骨料整形強(qiáng)化有化學(xué)方法和物理方法。常規(guī)的化學(xué)強(qiáng)化處理方法是利用酸液實(shí)現(xiàn)骨料強(qiáng)化，但是處理工藝成本高，且存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)，目前不具備工業(yè)化應(yīng)用條件。機(jī)械方法就是使用機(jī)械加工設(shè)備，通過骨料之間的相互撞擊、磨削等機(jī)械作用除去表面黏附的水泥砂漿和顆粒棱角。這種處理方法在國外被廣泛采用，主要有臥式回轉(zhuǎn)研磨法、立式?jīng)_擊整形法、加熱研磨法等。

人工智能分選技術(shù)。選用視覺系統(tǒng)，依靠機(jī)器人來分選建筑垃圾。智能機(jī)器人采取色彩分選法，通過顏色來甄別磚和混凝土等建筑垃圾。建筑垃圾中許多的輕質(zhì)物，如塑料垃圾袋、電線皮、木屑及裝修裝潢的石膏板、涂料等，可以用色彩分選法將它們從建筑垃圾中挑選出來。例如，日本東京近郊一家廢棄物處理廠 Shitara Kousan 引入了 4 個(gè)形似人手臂的智能機(jī)器人，機(jī)器人通過傳感器對傳送帶上的垃圾進(jìn)行掃描檢測，能同步識別出不同材質(zhì)的垃圾，主要用來把混在建筑垃圾里的混凝土、金屬、木材、塑料等可以循環(huán)再利用的垃圾挑選出來。芬蘭 ZenRobotics 公司與我國江蘇綠和環(huán)境科技有限公司就中國首個(gè)建筑混合（裝修）垃圾無害化處理項(xiàng)目開展合作，試驗(yàn)階段其有效分揀率可達(dá) 98%。

4 建筑垃圾資源化再生產(chǎn)品技術(shù)

4.1 再生混凝土

利用建筑垃圾預(yù)處理生產(chǎn)的微粉、骨料可制備普通再生混凝土及透水混凝土等產(chǎn)品。薛翠真等人[2]將建筑垃圾廢磚塊磨細(xì)，與其他工業(yè)廢渣、激發(fā)劑復(fù)合形成建筑垃圾復(fù)合粉體材料制備了 C30 混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明，合適摻量的該粉體材料可提高混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，最佳摻量為 30%。建筑垃圾復(fù)合粉體材料改善了混凝土水化產(chǎn)物組成和內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土強(qiáng)度及抗?jié)B性能。黃修林等人[3]采用廢棄混凝土水泥石粉與高爐礦渣、煙氣脫硫石膏等混合粉磨制備再生復(fù)合微粉，替代Ⅱ級粉煤灰添加到普通 C30 混凝土中，起到改善混凝土工作性能和長期強(qiáng)度的作用。趙劉陽等人[4]采用選擇性自磨及分選方法，以其中強(qiáng)度較高的物料破碎分級后作透水混凝土骨料制備透水混凝土。結(jié)果表明，當(dāng)骨料級配為 9.5～4.75mm占 64.8%、4.75～2.36mm 占 16.2%，水泥用量為 18% 時(shí)，試件的孔隙率、透水系數(shù)、抗壓抗折強(qiáng)度均達(dá)到了《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的指標(biāo)要求。重慶大學(xué)熊楓[5]、李樂繼[6]通過強(qiáng)化技術(shù)制備高品質(zhì)的再生骨料以不同比例替代天然骨料制備再生混凝土。試驗(yàn)最佳配合比條件下的再生混凝土應(yīng)用于重慶地區(qū)框架建筑填充墻，其熱工參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的建筑熱工設(shè)計(jì)要求，其建筑模型全年采暖和空調(diào)建筑能耗比普通混凝土填充墻時(shí)節(jié)能了24.61%。

4.2 再生砂漿

建筑垃圾微粉、細(xì)骨料可以制備預(yù)拌砂漿。魏小凡等人[7]將廢棄的混凝土塊經(jīng)過粉碎處理后，篩選出尺寸在 0.15～4.75mm 的再生骨料替代天然砂作為細(xì)骨料，研究建筑垃圾對砂漿基本性能的影響。試驗(yàn)表明：隨著建筑垃圾再生骨料摻量的增加，再生砂漿產(chǎn)品的體積密度逐漸增加，孔隙率和吸水率逐漸減小，7d 和 28d 的強(qiáng)度均呈現(xiàn)為增大的趨勢。馮文利[8]利用再生細(xì)骨料與新型纖維素醚復(fù)合使用，再生細(xì)骨料已成功用于抹灰砂漿，所制備得到的抹灰砂漿，其性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，并已成功應(yīng)用于建筑工程。王申寧[9]利用在建筑垃圾破碎生產(chǎn)再生骨料的過程中收集的粒徑小于 75μm 的超細(xì)粉取代砂漿中的水泥或粉煤灰以及將超細(xì)磚粉取代砂漿中的水泥制備再生砂漿。摻加了建筑垃圾超細(xì)粉和超細(xì)磚粉的砂漿,保水性要優(yōu)于普通砂漿。建筑垃圾超細(xì)粉的摻入對砂漿的抗凍性能影響不大。

4.3 再生混凝土制品

建筑垃圾再生骨料可以制備砌塊等再生混凝土制品作為墻體材料應(yīng)用在建設(shè)工程中。趙訓(xùn)等人[10]利用建筑垃圾骨料、EPS 保溫板等原材料制備建筑垃圾自溫砌塊，當(dāng)再生骨料砂率為 45% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值 10.4MPa。李聰?shù)热薣11]以貴州飯店項(xiàng)目為載體，利用C40 混凝土破碎自制的再生骨料添加水泥和水后攪拌成型砌塊達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為 MU10，針對施工項(xiàng)目固體廢棄物的特點(diǎn)，探索出了適合施工單位的建筑垃圾處理的途徑。陳燕菲等人[12]采用陳積粉煤灰和再生混凝土骨料等質(zhì)量替代部分水泥和機(jī)制砂，制備了建筑垃圾小型空心砌塊，再生骨料全部替代機(jī)制砂，添加沉積灰仍可制得強(qiáng)度大于 10.0MPa 的砌塊。

5 結(jié)論與展望

近年來，建筑垃圾資源化利用受到黨中央、國務(wù)院及地方各級政府的重視，各項(xiàng)利好政策法規(guī)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，行業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)及規(guī)劃日趨完善。建筑垃圾資源化處理技術(shù)及再生建材研究越來越深入，國內(nèi)科研院所、企事業(yè)單位投入大量資源開展課題，成果不斷得到實(shí)踐和推廣。

建筑垃圾是放錯(cuò)地方的資源，其開發(fā)應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，管理和處置涉及諸多政府部門和不同工種的企業(yè)。建筑垃圾資源化利用需進(jìn)一步做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，制定系統(tǒng)的成體系的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用研究，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)的思維，建立智能化全過程的管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾減量化、資源化、無害化的利用目標(biāo)。