廣州市建筑廢棄物在公路工程上的再生利用研究

楊明

一、概述

建筑垃圾的再生利用是建筑全壽命周期中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域資源節(jié)約和節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著環(huán)保意識(shí)的不斷深化，世界各國(guó)都在加強(qiáng)建筑垃圾再生利用的技術(shù)研究，建筑垃圾再生集料技術(shù)已成為國(guó)外工程界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿課題。

日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家憑借經(jīng)濟(jì)實(shí)力與科技優(yōu)勢(shì)，發(fā)展了許多再生集料制備技術(shù)及再生集料混凝土應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)制定并執(zhí)行適合國(guó)情的且技術(shù)水平先進(jìn)的再生骨料標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)質(zhì)性推動(dòng)了建筑垃圾資源化事業(yè)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了高水平的建筑垃圾處理利用，達(dá)到了較高的建筑垃圾處理利用率和資源化水平。

我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，但伴隨建筑垃圾再生骨料相關(guān)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，將切實(shí)有利于解決我國(guó)因建筑垃圾引發(fā)的一系列關(guān)系環(huán)境、資源與社會(huì)的矛盾難題。我國(guó)在建筑垃圾再生集料利用方面也出臺(tái)了諸多政策，編制了建筑領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。但由于建筑再生混凝土往往涉及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全，致使主管部門和技術(shù)人員顧慮重重，因此即使在建筑工程領(lǐng)域再生集料以及再生集料混凝土的實(shí)際應(yīng)用仍然處于初級(jí)階段，成功應(yīng)用案例仍然較少。

而道路工程則不同，道路工程中一般對(duì)強(qiáng)度要求不高，特別是路面基層和墊層等，強(qiáng)度要求只需幾個(gè)MPa，不涉及到安全問(wèn)題。更重要的是道路工程中再生集料應(yīng)用量巨大，廢棄物再生集料的應(yīng)用潛力非常大。將建筑廢棄物有效利用于道路工程可能是解決建筑垃圾圍城、資源再利用的最快速、最簡(jiǎn)易和最有效的途徑之一。

就廣州來(lái)說(shuō)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量要求的日益提高，地方政府對(duì)環(huán)境保護(hù)和整治的力度不斷加大。一方面，采取措施嚴(yán)格限制了采石場(chǎng)的范圍和數(shù)量，這使得工程的建設(shè)成本上升。另一方面，城鎮(zhèn)道路和公路的修筑需要大量的、性能適用的集料等建筑材料。而廣州市每年排放的各類建筑垃圾高達(dá)1000萬(wàn)噸，加上近十年的建筑垃圾積存量約6000萬(wàn)噸，每年需要占用6000畝的填埋場(chǎng)。中心城區(qū)建筑垃圾的總受納量只占總排放量的32.78 %。巨量的建筑垃圾已成為城市化進(jìn)程的主要障礙。因此如果通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)管理，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，最大限度地將建筑垃圾再生集料應(yīng)用于公路和城鎮(zhèn)道路工程中，可以變廢為寶，節(jié)約資源、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，并降低工程建設(shè)成本。同時(shí)，合理有效地將建筑廢棄物再利用也是政府部門、工程設(shè)計(jì)和施工單位以及每個(gè)工程技術(shù)人員的社會(huì)責(zé)任。建設(shè)行業(yè)的垃圾理應(yīng)由建設(shè)行業(yè)來(lái)處理和消化，這也應(yīng)該成為每個(gè)城市建設(shè)工作者的共識(shí)。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

（一）國(guó)外再生骨料利用現(xiàn)狀

1.美國(guó)

美國(guó)每年根據(jù)再生骨料規(guī)范將1億噸混凝土廢棄物加工成骨料投入工程建設(shè)，并通過(guò)這種使用途徑實(shí)現(xiàn)了建筑垃圾再利用。據(jù)悉，再生骨料占美國(guó)建筑骨料使用總量的5 %。在美國(guó)，68 %的再生骨料被用于道路基礎(chǔ)建設(shè)，美國(guó)現(xiàn)在已有超過(guò)20個(gè)州在公路建設(shè)中采用再生混凝土，6 %被用于攪拌混凝土，9 %被用于攪拌瀝青混凝土，3 %被用于邊坡防護(hù)，7 %被用于回填基坑，7 %被用在其他地方。

2.德國(guó)

二戰(zhàn)后，德國(guó)面臨大規(guī)模建設(shè)，這對(duì)原材料需求量很大。同時(shí)，很多建筑垃圾要從被戰(zhàn)爭(zhēng)摧毀的城市中運(yùn)走。一邊急需原材料，一邊是大量建筑垃圾需清理，建筑垃圾資源化被提上議程。1955年至今，德國(guó)的建筑垃圾再生工廠僅柏林就有20多個(gè)，已加工了約1150萬(wàn)m3再生骨料，這些再生骨料用來(lái)建造了約17.5萬(wàn)套住房。與此同時(shí)，德國(guó)通過(guò)征收建筑垃圾處理費(fèi)來(lái)減少建筑垃圾產(chǎn)生，對(duì)未處理的建筑廢棄物按500歐元/t的標(biāo)準(zhǔn)征收處理費(fèi)。目前，世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的建筑垃圾處理廠就在德國(guó)，每小時(shí)可生產(chǎn)1200 t建筑垃圾再生材料。德國(guó)約有200家建筑垃圾消納企業(yè)，年?duì)I業(yè)額達(dá)20億歐元。

3.日本

日本國(guó)土面積小，資源匾乏，原材料價(jià)格遠(yuǎn)高于歐洲，而且建筑業(yè)發(fā)展速度非?？?，在日本立法中資源再利用企業(yè)、政府都將建筑廢棄物視為“建筑副產(chǎn)品”，各方責(zé)任明確，以“誰(shuí)生產(chǎn)，誰(shuí)負(fù)責(zé)”為原則實(shí)現(xiàn)97 %以上的高效利用。2007年的調(diào)查顯示，日本建筑工地產(chǎn)生的廢棄物總量有6380萬(wàn)噸，其中最終作為垃圾處理的僅有402萬(wàn)噸，再資源化的比例達(dá)92.2 %。日本的垃圾分類要求十分嚴(yán)格，所以日本設(shè)計(jì)出產(chǎn)的建筑垃圾分揀機(jī)械效率很高，破碎、分離、篩選，甚至輻射監(jiān)測(cè)都可一條龍完成，對(duì)于混凝土之類的建筑垃圾，或分離為骨料重新利用，或破碎后用于道路工程、回填土和碎石料等鋪設(shè)。對(duì)再生骨料混凝土的強(qiáng)度、耐久性、吸水性、配合比、耐凍性等也進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。

（二）我國(guó)再生骨料研究現(xiàn)狀

1.我國(guó)再生骨料技術(shù)研究現(xiàn)狀概述

我國(guó)對(duì)再生混凝土的研究目前尚處于初開始階段，廢棄混凝土的回收利用、資源化還未被人們足夠重視，但一些關(guān)注這一領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始了研究，并對(duì)再生骨料混凝土的物理化學(xué)性質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用做了初步理論研究。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容集中在對(duì)再生骨料混凝土的強(qiáng)度大小、和易性好壞、表觀密度大小、彈性模量大小、極限拉伸以及高強(qiáng)高性能化等方面。

張晏清通過(guò)建筑廢渣作為再生骨料，研究該再生混凝土的基本性能。研究中提出原材料的強(qiáng)度越高，再生骨料的強(qiáng)度越高，所制備的再生混凝土強(qiáng)度就越高；如使用的建筑廢渣為磚塊時(shí)，還需考慮吸水率問(wèn)題；通過(guò)添加磨細(xì)礦渣來(lái)節(jié)約水泥用量并增加再生混凝土強(qiáng)度。

王健等在同配合比下研究再生混凝土流動(dòng)性、保水性、黏聚性，他們的試驗(yàn)主要針對(duì)再生骨料混凝土的施工性能和力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同配合比下，再生骨料混凝土流動(dòng)性略為降低，保水性、黏聚性較好，立方體抗壓強(qiáng)度略高于同配合比天然骨料混凝土，這一研究結(jié)果也驗(yàn)證了用廢棄混凝土做骨料代替粗骨料配制再生混凝土是可行的結(jié)論。

戈雪良通過(guò)利用普通高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)工藝結(jié)合當(dāng)?shù)卦牧祥_發(fā)高強(qiáng)再生骨料混凝土的研制，研制結(jié)果是配制成功了強(qiáng)度達(dá)60 MPa的再生骨料混凝土，這一研究為再生混凝土的實(shí)際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

孔德玉對(duì)粗骨料強(qiáng)度及水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響開展了研究。研究結(jié)果表明：水灰比、粗骨料壓碎指標(biāo)在一般情況下與混凝土強(qiáng)度緊密相關(guān)，并提出了鮑羅米統(tǒng)一公式，這一公式指出了天然粗骨料混凝土、再生粗骨料混凝土28 d抗壓強(qiáng)度與水灰比、粗骨料壓碎指標(biāo)之間的關(guān)系，試驗(yàn)驗(yàn)證出實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相差不大。這說(shuō)明當(dāng)水泥和用水量條件不變時(shí)，鮑羅米統(tǒng)一公式可用來(lái)估計(jì)不同粗骨料混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度。

以上研究成果表明，再生骨料混凝土的物化性能會(huì)隨著原材料性能改變而改變，而再生骨料的性能又會(huì)隨不同地域、不同生產(chǎn)條件、不同自然氣候條件、不同來(lái)源等各種因素的影響而有所不同，這增加了再生集料實(shí)際應(yīng)用的難度。

2.我國(guó)再生骨料的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)在20世紀(jì)90年代初期就已開展進(jìn)行建筑垃圾處理和利用的相關(guān)研究，在再生骨料的生產(chǎn)與應(yīng)用方面取得了一定的成果。但由于諸多客觀原因的限制，我國(guó)的建筑垃圾處理利用水平長(zhǎng)年維持在較低的水平?？v觀其中原因，建筑垃圾處理利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匱乏就是一個(gè)亟待解決的重要影響因素。令人可喜的是，經(jīng)過(guò)中國(guó)建筑科學(xué)研究院等國(guó)內(nèi)相關(guān)科研技術(shù)力量的不懈努力。從2010年起，國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）和《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176-2010）以及行業(yè)工程標(biāo)準(zhǔn)《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 240-2011）陸續(xù)發(fā)布，填補(bǔ)了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)空白，從根本上為再生粗骨料和再生細(xì)骨料的生產(chǎn)、應(yīng)用提供了合法可行的技術(shù)支撐，從而保證了再生粗骨料和再生細(xì)骨料的產(chǎn)品質(zhì)量與實(shí)際應(yīng)用，為我國(guó)建筑垃圾資源化事業(yè)的開展進(jìn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.廣州市建筑廢棄物應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)市城管部門近幾年對(duì)我市建筑廢棄物的排放統(tǒng)計(jì)，我市建筑廢棄物平均年產(chǎn)生量約為4000萬(wàn)噸左右，其中，建筑余泥占了總量的60%，拆除舊建筑物所產(chǎn)生的廢混凝土塊、廢磚瓦、廢砂漿，約占了排放總量的25%，年產(chǎn)生量約1000萬(wàn)噸，建筑廢棄物總利用量不到100萬(wàn)噸。

為積極探索我市建筑廢棄物再生集料在工程建設(shè)領(lǐng)域循環(huán)利用的有效途徑，促進(jìn)廣州生態(tài)文明建設(shè)，促進(jìn)建筑廢棄物等“城市礦產(chǎn)”的開發(fā)利用，我市先后出臺(tái)了《廣州市建筑廢棄物循環(huán)利用的主要技術(shù)路徑》、《廣州市建筑廢棄物再生建材產(chǎn)品推廣使用辦法》、《廣州市建筑廢棄物循環(huán)利用工作方案》等文件規(guī)定。這些方案的出臺(tái)有效推動(dòng)了建筑廢棄物再生集料的應(yīng)用工作，但是，由于缺乏有效的技術(shù)依據(jù)，大大阻礙了再生集料在道路工程的應(yīng)用步伐。

三、建筑廢棄物再生集料應(yīng)用研究

（一）建筑廢棄物再生集料主要分類

建筑廢棄物按照組成成分可以分為：渣土、混凝土塊、無(wú)機(jī)穩(wěn)定材料、磚、石、木材、金屬以及舊包裝等，當(dāng)中的廢混凝土塊、廢舊無(wú)機(jī)穩(wěn)定材料、石、廢磚、廢砂漿經(jīng)裂解、破碎、清洗和篩分等加工處理可以得到再生集料，符合規(guī)定要求的再生集料可用于公路和城鎮(zhèn)道路路基、路面基層和墊層中。建筑廢棄物再生集料可按照磚集料含量分為混凝土再生集料、磚混再生集料和磚再生集料3大類。各類再生集料的技術(shù)指標(biāo)差異性較大，分別適用于不同的工程部位。

（二）建筑廢棄物再生集料生產(chǎn)工藝

根據(jù)廣州市行政范圍內(nèi)建筑廢棄物的性狀，一般的再生利用工藝流程為：收料（分類堆放）→分揀雜物→機(jī)械解小→上料→破碎→篩分（磁選、風(fēng)選、水選）→各檔骨料（一級(jí)產(chǎn)品）。其中，核心設(shè)備為“破碎→篩分生產(chǎn)線”，主要包括：反擊式破碎機(jī)、篩分設(shè)備、磁吸分揀設(shè)備、風(fēng)選除雜設(shè)備及其他配套機(jī)械，設(shè)備如下圖所示。

（三）建筑廢棄物再生集料適用范圍

依據(jù)建筑廢棄物再生集料的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，各類再生集料在道路工程中使用時(shí)，其適用范圍如表1所示。

四、存在問(wèn)題及工作展望

國(guó)內(nèi)尚未有建筑廢棄物再生集料在路基路面工程中應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范，也未有相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范，這給廣州地區(qū)建筑廢棄物再生集料的大規(guī)模推廣應(yīng)用帶來(lái)了阻礙。因此廣州地區(qū)急需編制專門針對(duì)于建筑廢棄物再生集料在路基路面工程中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和驗(yàn)收規(guī)范。

下一步工作展望：

1.通過(guò)一批示范工程的建設(shè)總結(jié)推廣建筑廢棄物再生集料技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)示范工程總結(jié)，形成市政工程建筑廢棄物“減量化”和“資源化”技術(shù)與管理的新模式，為廣州市建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市提供有力的技術(shù)保障。

2.優(yōu)先考慮建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定（底）基層和級(jí)配碎石層，經(jīng)科研試驗(yàn)研究和實(shí)體工程驗(yàn)證，進(jìn)而開展廣州市地方標(biāo)準(zhǔn)《廣州市再生集料路面基（墊）層應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的編制工作。該地方性標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)將用于指導(dǎo)建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定（底）基層和級(jí)配碎石層的施工應(yīng)用和驗(yàn)收，有望填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白，推進(jìn)廣州地區(qū)建筑垃圾資源的合理有效利用和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

3.完善建筑廢棄物集料的再生技術(shù)。目前廣州市相關(guān)企業(yè)已通過(guò)技術(shù)改造和創(chuàng)新，形成成套的建筑廢棄物集料再生設(shè)備，基本可以滿足大規(guī)模工程施工的需要。但從原材料技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果看，尚有提升的空間，因此仍需開展技術(shù)改進(jìn)和工藝完善工作：如解決木屑等有機(jī)輕物質(zhì)不能與再生集料分離、揚(yáng)塵和破碎粉料尚無(wú)法利用、仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全充分利用和零排放等問(wèn)題。

4.開拓建筑廢棄物再生集料的應(yīng)用范圍，通過(guò)技術(shù)更新與工藝改進(jìn)，將建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于排水磚、排水基層以及再生集料輕質(zhì)土等建筑材料中，增加消耗渠道、提高回收使用效率。