建筑垃圾再生骨料產(chǎn)業(yè)環(huán)境及綜合利用研究進(jìn)展

黃柯柯，陶冶，張德強(qiáng)，張良，譚立清

（1. 廣東基業(yè)長青建筑科技有限公司，廣東 廣州 510000； 2. 湖南建工混凝土有限公司，湖南 長沙410005；3. 湖南錦程高新混凝土有限公司，湖南 長沙 410005）

隨著城市化進(jìn)程的加快、城市老舊建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的改造，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾。目前，我國建筑垃圾的數(shù)量已占城市垃圾總量的 30%～40%[1]。2016 年 12月，中國砂石協(xié)會發(fā)布的 《促進(jìn)綠色砂石骨料生產(chǎn)與應(yīng)用行動方案》中指出，我國城市老舊建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的改造產(chǎn)生大量的建筑廢棄物，其中廢棄混凝土量最大，年產(chǎn)生量達(dá) 25 億噸（不含廢棄土），但綜合利用率不足 10%。目前，建筑垃圾主要用來一般性回填，這種粗獷式處置方式造成了土地資源的占用、自然環(huán)境的污染、市容和生活環(huán)境的破壞等危害，建筑垃圾的處理與資源化成為我國城市化推進(jìn)過程中的一大難題。

建筑垃圾資源化可分為次級資源化和原級資源化[2]。目前，拆除類的建筑垃圾主要是次級資源化，用來一般性回填、混凝土砌塊、免燒磚、透水磚、景觀磚的制備。原級資源化是建筑垃圾處理最理想、最優(yōu)的資源化方式，同時(shí)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。建筑垃圾再生骨料就是建筑垃圾原級資源化的重要組成部分。建筑垃圾的有效資源化處理，在變廢為寶、實(shí)現(xiàn)綠色再生利用的同時(shí)，又有良好的經(jīng)濟(jì)效益和重要的社會意義，建筑垃圾再生骨料的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外的一項(xiàng)重要課題。

1 建筑垃圾現(xiàn)狀及政策

根據(jù)《城市建筑垃圾和工程渣土管理規(guī)定（修訂稿）》，建筑垃圾是指建設(shè)、施工單位或個(gè)人對各類建筑物、構(gòu)筑物等進(jìn)行建設(shè)、拆遷、修繕及居民裝飾房屋過程中所產(chǎn)生的余泥、余渣、泥漿及其他廢棄物。建筑垃圾按來源可分為土地開挖、道路開挖、舊建筑物拆除、建筑施工和建材生產(chǎn)垃圾五類。圖 1 為前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)的 2013～2017 我國建筑垃圾產(chǎn)量，2013 年建筑垃圾的產(chǎn)量為 18 億噸，2017 年增長至 23.79 億噸，增長率為 32.2%。2017 年北京市、上海市和深圳市建筑垃圾處理產(chǎn)業(yè)需求規(guī)模為分別為 0.678 億噸、0.802億噸、0.677 億噸，同比增長率分別為 17.3%、12.6%和 15.9%。建筑垃圾的處理與資源化成為亟待解決的一大問題。

圖1 2013～2017 我國建筑垃圾產(chǎn)量

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，政府對節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，在建筑垃圾資源化方面，國家制訂了一系列法律法規(guī)、專項(xiàng)規(guī)劃及財(cái)政優(yōu)惠政策。2018 年 3 月，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》，《通知》要求，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，決定在廣州市、深圳市、東莞市等 35 個(gè)城市（區(qū)）開展建筑垃圾治理試點(diǎn)工作。2017年 8 月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《住房城鄉(xiāng)建設(shè)科技創(chuàng)新“十三五”專項(xiàng)規(guī)劃的通知》，指出：發(fā)展低環(huán)境影響和資源高效利用的綠色施工技術(shù)體系，開展固體廢棄物等污染物的排放源、定量數(shù)據(jù)、影響及控制技術(shù)研究，推動建筑垃圾減量化、無害化及資源化利用。2017 年 1月，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》中提出：選擇 50 個(gè)左右地級及以上城市規(guī)劃布局低值廢棄物協(xié)同處理基地，完善城市廢棄物回收利用體系，推動建筑垃圾等城市典型廢棄物集中處理和資源化利用。

2016 年 5 月，國務(wù)院辦公廳《關(guān)于促進(jìn)建材工業(yè)穩(wěn)增長調(diào)結(jié)構(gòu)增效益的指導(dǎo)意見》，指出：積極利用尾礦廢石、建筑垃圾等固廢替代自然資源，發(fā)展機(jī)制砂石、混凝土摻合料、砌塊墻材、低碳水泥等產(chǎn)品。2016年 10 月，工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)《建材工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016－2020 年）的通知》，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生態(tài)安全的前提下，在水泥、混凝土、墻體材料和機(jī)制砂石等產(chǎn)品中提高消納產(chǎn)業(yè)廢棄物能力，逐步增加可消納固廢的品種。2014 年 5 月，廣州市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會關(guān)于印發(fā)《廣州市預(yù)拌砂漿管理規(guī)定的通知》，指出鼓勵(lì)預(yù)拌砂漿企業(yè)使用允許利用的建筑廢棄物、工礦固體廢棄物制造的機(jī)制砂。

2015 年 6 月，財(cái)政部和國家稅務(wù)總局印發(fā)了《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》，其中規(guī)定：建筑垃圾資源綜合利用項(xiàng)目，享受通知規(guī)定的增值稅即征即退政策。2015 年 12 月，廣州市住建委、城管委、財(cái)稅局印發(fā)《廣州市建筑廢棄物綜合利用財(cái)政補(bǔ)貼資金管理試行辦法》，指出建筑廢棄物處置補(bǔ)貼資金按再生建材產(chǎn)品中建筑廢棄物的實(shí)際利用量予以補(bǔ)貼，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為每噸 2 元；生產(chǎn)用地補(bǔ)貼資金對符合補(bǔ)貼條件的企業(yè)的廠區(qū)用地，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模予以補(bǔ)貼，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)按每月每平方米 3 元。當(dāng)年度可用補(bǔ)貼資金不足時(shí)，補(bǔ)貼資金按照企業(yè)實(shí)際利用建筑廢棄物量所占年度全部實(shí)際利用建筑廢棄物總量比例計(jì)算。

2 砂石骨料現(xiàn)狀及政策

2016 年 12 月，中國砂石協(xié)會發(fā)布的《砂石骨料工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中指出：砂石骨料市場需求持續(xù)增長，年產(chǎn)量已達(dá)到 200 多億噸。目前，在建筑用砂方面，我國南端本地河砂供應(yīng)能力遠(yuǎn)比不上市場需求，海南建筑用砂頻頻告急，廣東部分地區(qū)則正在經(jīng)歷建筑用砂供給不足的窘境。未來，廣東 9 市地區(qū)的粵港澳大灣區(qū)的城市群建設(shè)和海南全境自由貿(mào)易港建設(shè)建筑用砂量將形成我國南端砂石需求大區(qū)。當(dāng)兩大區(qū)域規(guī)劃完成正式進(jìn)入建設(shè)階段，建筑用砂供應(yīng)或成為市場焦點(diǎn)。

雖然海砂開采、淡化海砂在該地區(qū)規(guī)模較大，但當(dāng)前我國加強(qiáng)了非法河砂、海砂開采的打擊與規(guī)范行動，會導(dǎo)致天然砂的產(chǎn)量驟減。2016 年 11 月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于全面推行河長制的意見》，明確到 2018 年年底前全面建立河長制，將從源頭根本遏制河道非法采砂，保護(hù)天然資源和河道景觀。2016 年 12 月，《長江中下游干流河道采砂規(guī)劃（2016－2020 年）》獲水利部批復(fù)?！兑?guī)劃》確定長江中下游干流河道年度采砂控制總量為 8330 萬噸，較上輪共減少 1390 萬噸。長江流域減少的天然砂石骨料將由機(jī)制砂石企業(yè)供應(yīng)。2017 年 10 月，廣東省人民政府辦公廳、廣東省人民政府辦公廳《關(guān)于推動我省海域和無居民海島使用“放管服”改革工作的意見》，規(guī)范海砂開采管理。中國海監(jiān)廣東省總隊(duì)從 2018 年 3 月 30日開始開展為期一個(gè)月的“靖海 2018-3”珠江口海域海砂開采專項(xiàng)執(zhí)法行動。廣東、廣西、海南三省區(qū)于 5月 28 日至 6 月 26 日開展為期一個(gè)月的三省交界海域聯(lián)合執(zhí)法專項(xiàng)行動，違法采砂、傾倒等行為將“頂格”處罰。廣東同步部署粵西湛江、茂名、陽江三市開展海洋與漁業(yè)“靖海 2018-4”和“亮劍 2018-5”專項(xiàng)執(zhí)法行動，廣西部署“廣西亮劍 2018-3”專項(xiàng)執(zhí)法行動，海南部署“護(hù)藍(lán)打非 2018”專項(xiàng)執(zhí)法行動。

天然砂石骨料緊缺，機(jī)制砂的推廣迫在眉睫，政策鼓勵(lì)與支持機(jī)制砂的研發(fā)、推廣與應(yīng)用。《關(guān)于全面推行河長制的意見》明確促進(jìn)機(jī)制砂石的研發(fā)和生產(chǎn)，使我國砂石骨料行業(yè)健康發(fā)展?！堕L江中下游干流河道采砂規(guī)劃（2016－2020 年）》指出，流域減少的天然砂石骨料將由機(jī)制砂石企業(yè)供應(yīng)?！渡笆橇瞎I(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》明確了建筑廢棄物等加工生產(chǎn)再生砂石骨料，再生骨料比例占機(jī)制砂總產(chǎn)量的 20% 以上。2017 年 1 月，中國砂石協(xié)會發(fā)布《促進(jìn)綠色砂石骨料生產(chǎn)與應(yīng)用行動方案》，指出：不斷提高工業(yè)固體廢棄物再生利用的比例，提高再生骨料產(chǎn)品的功能性和附加值。要加大固廢技術(shù)和裝備的研發(fā)，對城市建筑、道路瀝青混凝土廢棄物進(jìn)行處理，使資源再生利用。建筑垃圾再生骨料于 2010 年取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，GB /T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》和 GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》兩個(gè)規(guī)范的頒布，為我國再生骨料在工程中的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

3 國內(nèi)外建筑垃圾再生骨料研究進(jìn)展

建筑垃圾再生骨料已成為世界各國關(guān)注的研究方向之一，國外早在 20 世紀(jì) 40 年代開始對建筑垃圾資源化進(jìn)行研究，后期更是制定相關(guān)法律和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確保研究和應(yīng)用的順利進(jìn)行，很多國家在建筑垃圾資源化技術(shù)上的研究和應(yīng)用上均領(lǐng)先我國。早在 1982 年，美國已將破碎的廢棄水泥混凝土作為混凝土粗骨料加以應(yīng)用[3]。德國于 1994 年建立了首個(gè)利用再生骨料混凝土建造的大型建筑物——德國聯(lián)邦環(huán)保局總部大樓，該國又于 1996 年利用再生骨料混凝土建成了Diepmannsbach 大橋，其中再生骨料用量幾乎占混凝土總用量的 50%[4]。德國、日本、韓國均設(shè)立技術(shù)成熟的建筑廢物處理廠、再生骨料加工廠等，極大地提高了廢棄混凝土的資源利用率，具有良好的示范作用[5]。我國學(xué)者起步較晚，從 20 世紀(jì)末期著手廢棄混凝土再生骨料的研究和應(yīng)用[6,7]。

世界各國眾多學(xué)者研究表明，廢棄混凝土再生粗骨料與天然粗骨料相比，表觀密度小于天然骨料，吸水率、壓碎指標(biāo)則高于天然骨料[5,8]。Lee 等人[9]研究發(fā)現(xiàn)利用再生骨料制備的再生混凝土受壓后產(chǎn)生裂縫多貫穿骨料且裂紋較大，同時(shí)再生混凝土中的新界面過渡區(qū)的顯微硬度較低，另外老界面過渡區(qū)其顯微硬度比新界面過渡區(qū)約低 41%。Zhang 和 Wang[10]針對建筑垃圾再生骨料的外觀形狀進(jìn)行研究并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了對再生骨料的外形對再生混凝土的影響。

再生骨料物理強(qiáng)化技術(shù)的作用在于通過減少老砂漿含量來降低再生骨料孔隙率和吸水率。再生骨料物理強(qiáng)化法主要有機(jī)械研磨、加熱研磨、顆粒整形等[11]。Bru等[12]利用微波輔助機(jī)械研磨法對再生骨料進(jìn)行改性。馬新偉等[13]通過廢棄混凝土高溫處理技術(shù)與脫水水泥漿再水化活性研究，實(shí)現(xiàn)再生骨料和水泥漿的分離。

李秋義等[14]通過再生骨料整形處理，使得其表面附著的泥漿剝落，骨料粒形改善，骨料性能提升。韓碧瑩等[15]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)顆粒整形強(qiáng)化后的再生骨料對環(huán)境影響折減的效果明顯，具有顯著的環(huán)境效益。

再生骨料化學(xué)強(qiáng)化技術(shù)是利用化學(xué)漿液浸泡填充再生骨料孔隙結(jié)構(gòu)，減少微裂紋的存在，從而強(qiáng)化再生骨料。化學(xué)物質(zhì)主要有聚合物、有機(jī)硅防水劑、水泥等[16]。Kou et al[17]和楊寧[18]研究了聚乙烯醇改性再生骨料，改性后再生骨料性能明顯改善。Zhu et al[19]和Spaeth et al[20]利用硅烷聚合物改性再生骨料，再生骨料的吸水性得到改善。朱亞光和徐培蓁[21]通過使用 PVA和有機(jī)硅將簡單破碎再生骨料改性處理，研究其對再生骨料吸水性能的影響。發(fā)現(xiàn)：在 24h 吸水率的條件下PVA 改性再生骨料的吸水性效果優(yōu)于硅烷改性處理，同時(shí)使用硅烷和 PVA 在有效濃度為 10% 時(shí)再生骨料吸水率降低幅度最大。劉曉冬等人[22]分別用純水泥漿液、外摻 30% 礦粉的水泥漿液、外摻 10% 硅粉的水泥漿液，針對再生骨料表面細(xì)紋與微小裂縫進(jìn)行加強(qiáng)處理，其中經(jīng)過水泥外摻硅粉對再生骨料力學(xué)性能改善效果最為明顯。陳建良和倪竹萍[23]采用機(jī)械攪拌及化學(xué)浸泡處理后再生骨料混凝土的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)：采用機(jī)械研磨結(jié)合有機(jī)硅防水劑浸泡的方法處理后，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，但其它性能提高；利用機(jī)械研磨結(jié)合聚乙烯醇浸泡的方法處理再生粗骨料，混凝土的和易性、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗凍性均有所提高。

4 結(jié)論與展望

一方面，建筑垃圾基數(shù)巨大，并且日益增多，造成建筑垃圾處理需求量巨大。另一方面，資源短缺問題日益突出，優(yōu)質(zhì)的天然砂石骨料日益稀少，繼續(xù)開采將導(dǎo)致自然景觀和生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，國家已經(jīng)出臺多項(xiàng)政策禁止非法采砂。環(huán)境資源問題更加突出。在國家大力推行可持續(xù)發(fā)展的政策條件下，建筑垃圾資源化將是社會發(fā)展的需求，也是發(fā)展的大勢所趨。

通過對建筑垃圾和砂石骨料現(xiàn)狀及政策的分析以及再生骨料的研究進(jìn)展論述，建筑垃圾再生骨料應(yīng)用技術(shù)研究需要進(jìn)一步深化。促進(jìn)再生骨料的推廣應(yīng)用，有利于緩解天然骨料的供求矛盾，走綠色建材發(fā)展之路，將會產(chǎn)生不可估量的環(huán)境效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會效應(yīng)。