建筑垃圾制備再生骨料的綠色評價(jià)體系研究

劉佳，于淼，郝慶軍，王靈秀，劉韜

（1. 中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024；2. 北京泰豪智能科技有限公司，北京 100176）

我國城鎮(zhèn)一體化進(jìn)程不斷加快，由于大規(guī)模拆建，目前我國建筑垃圾的數(shù)量已占城市垃圾總量的30%～40%，但建筑垃圾資源化利用率較低，僅為 5%左右，而歐盟、日韓等發(fā)達(dá)國家均高于 90%[1]。大部分建筑垃圾都沒有經(jīng)過處理，只是采取露天堆放或者是簡單填埋的方式進(jìn)行處理，不僅占用大量土地，影響市容衛(wèi)生，而且污染環(huán)境，具有嚴(yán)重的安全隱患[2]。另一方面，混凝土生產(chǎn)需要大量的砂石骨料，而天然砂石在開采和運(yùn)輸中的能耗與費(fèi)用較高，并且天然骨料資源趨于枯竭，特別是京津冀地區(qū)，為了控制霧霾天氣，更是嚴(yán)禁開山炸石，導(dǎo)致天然砂石資源難以獲取。若將廢棄混凝土塊等建筑垃圾經(jīng)過分揀、破碎等處理后制備成再生骨料，應(yīng)用到實(shí)際工程中也是大規(guī)模高附加值利用建筑垃圾的一種途徑。目前再生骨料應(yīng)用范圍較廣，主要包括透水磚、墻磚、混凝土、干混砂漿等領(lǐng)域。

2013 年，工業(yè)和信息化部原材料司和科技司協(xié)力推進(jìn)綠色建材標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，明確了綠色建材的定義和內(nèi)涵，指出：“綠色建材應(yīng)是在全生命周期內(nèi)可減少對天然資源消耗和減輕對生態(tài)環(huán)境影響，本質(zhì)更安全、使用更便利，具有‘節(jié)能、減排、安全、便利和可循環(huán)’特征的建材產(chǎn)品”。依托全生命周期的理念[3]，在成熟的國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過企業(yè)調(diào)研、試驗(yàn)研究、企業(yè)再驗(yàn)證的方法，研究再生骨料全生命周期各個(gè)階段重點(diǎn)的能耗和環(huán)境影響，對再生骨料進(jìn)行綠色度評價(jià)，建立再生骨料產(chǎn)品的綠色評價(jià)體系。不僅可以提高建筑垃圾資源化利用率，鼓勵(lì)更多的建筑商采用建筑垃圾制備再生骨料產(chǎn)品，引導(dǎo)再生骨料作為綠色建材在綠色建筑中的應(yīng)用，對建筑垃圾生產(chǎn)再生骨料具有積極的指導(dǎo)和推廣作用。

1 再生骨料的發(fā)展概況

1.1 再生骨料的研究現(xiàn)狀

建筑垃圾是指在工程中由于人為或者自然等原因產(chǎn)生的建筑廢料，包括廢渣土、混凝土塊、碎石塊、磚瓦廢塊、廢金屬、廢玻璃及其它廢棄物等。由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，建筑業(yè)也同時(shí)快速發(fā)展，導(dǎo)致目前我國建筑垃圾的占比為城市垃圾總量的 30%～40%，尤其是北京市建筑垃圾年產(chǎn)量達(dá)3500萬～4000 萬噸，累積堆存量達(dá)3億噸[4]，大部分都采用堆放或者填埋的方式處理，從而帶來了占用土地、污染環(huán)境和具有安全隱患的負(fù)面影響。

將建筑垃圾中的部分廢棄物經(jīng)分揀、剔除或粉碎處理后，大部分是可以重新利用的，其利用途徑[5]包括：經(jīng)過破碎和分選成粗細(xì)骨料，用來替代天然骨料配制混凝土、制備建筑用磚和道路基層材料；鐵釘、鐵管、廢鋼筋、黑白鐵皮等經(jīng)分揀后送有色金屬冶煉廠或鋼鐵廠回?zé)?；廢磚瓦經(jīng)處理后可再使用。廢瓷磚等潔具經(jīng)破碎、分選、配料、壓制成型可生產(chǎn)透水地磚或燒結(jié)地磚；廢玻璃經(jīng)過篩分后送玻璃廠可做原料生產(chǎn)玻璃制品；木屋架、木門窗也可重復(fù)利用等。其中廢棄混凝土塊經(jīng)過分揀、破碎、清洗、篩分、清洗、整形后形成的骨料稱為再生骨料，目前比較成熟的技術(shù)是將再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料應(yīng)用在透水磚、墻磚、混凝土、干混砂漿等領(lǐng)域上。

1.2 再生骨料相關(guān)的政策法規(guī)

目前國家鼓勵(lì)將建筑垃圾資源化利用，爭取到2020 年基本實(shí)現(xiàn)原生垃圾零填埋的目標(biāo)，相關(guān)的國家政策文件如表1所示，已經(jīng)出臺(tái)的有關(guān)再生骨料產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，從表中可以看出國家大力支持的程度以及目前的再生骨料的標(biāo)準(zhǔn)和工藝成熟，研究再生骨料的綠色評價(jià)體系具有一定的基礎(chǔ)。

表1 關(guān)于鼓勵(lì)建筑垃圾資源化利用的國家政策文件

表2 已出臺(tái)的關(guān)于建筑垃圾資源化利用的標(biāo)準(zhǔn)

2 再生骨料產(chǎn)品綠色評價(jià)指標(biāo)的篩選（企業(yè)+試驗(yàn)）

2.1 再生骨料生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研

我國綠色建材產(chǎn)品評價(jià)體系的研究應(yīng)遵循科學(xué)性和實(shí)用性相結(jié)合的原則，更好地篩選出再生骨料產(chǎn)品綠色評價(jià)指標(biāo)，因此對提供移動(dòng)式建筑垃圾處理線的服務(wù)商及年處理量 100～150 萬噸的再生骨料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，并從中選取某環(huán)保建材科技有限責(zé)任公司作為再生骨料的試驗(yàn)研究試點(diǎn)企業(yè)，主要了解再生骨料全生命周期各階段的能耗和環(huán)境影響，及重點(diǎn)影響再生骨料的基本性能指標(biāo)與環(huán)境友好性指標(biāo)，結(jié)合調(diào)研結(jié)果對再生骨料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測，重點(diǎn)檢測壓碎值、微粉含量、泥塊含量、云母含量、表觀密度、緊密密度、孔隙率、松散密度、孔隙率、細(xì)度模數(shù)、需水量比、抗壓強(qiáng)度比等物性指標(biāo)，以及重金屬含量、放射性水平，并且與標(biāo)準(zhǔn)限制進(jìn)行對比，為再生骨料的綠色評價(jià)奠定基礎(chǔ)。其中試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)限制的標(biāo)準(zhǔn)包括《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》（GB/T 25176—2010）、《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2011）、《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）、《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）、《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）（針對建筑主體材料）。

圖1 為北京某環(huán)保建材科技有限責(zé)任公司建筑垃圾資源處置基地，圖2為北京某150噸/小時(shí)處理能力的移動(dòng)式現(xiàn)場建筑垃圾處理生產(chǎn)線，圖3為北京某再生骨料資源化利用企業(yè)生產(chǎn)的 5～10mm 再生砂（現(xiàn)場堆場照片），圖4為北京某再生骨料資源化利用企業(yè)生產(chǎn)的0.15～5mm 再生砂（現(xiàn)場堆場照片）。

圖1 北京某建筑垃圾資源處置基地

圖2 北京某 150t/h 處理能力的移動(dòng)式現(xiàn)場建筑垃圾處理生產(chǎn)線

圖3 北京某再生骨料資源化利用企業(yè)生產(chǎn)的5～10mm 再生砂（現(xiàn)場堆場照片）

圖4 北京某再生骨料資源化利用企業(yè)生產(chǎn)的0.15～5mm 再生砂（現(xiàn)場堆場照片）

表3 再生骨料物性檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制的對比表

2.2 主要影響再生骨料綠色度指標(biāo)的研究

表3 為再生骨料物性檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制的對比表，從表中可以看出，再生骨料細(xì)度模數(shù)為 2.8，為Ⅱ區(qū)中砂。其他指標(biāo)也都在標(biāo)準(zhǔn)限制以內(nèi)。表4為再生骨料的重金屬含量檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制對比表，從中可以看出，重金屬含量檢測方法依據(jù) GB/T15555和 GB/T 30810—2014 進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果對照國家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）、《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）中限值要求，廢混凝土重金屬元素或未檢出，或含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。表5為再生骨料放射性水平檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制對比表，從表中可以看出，放射性水平檢測方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《高純鍺 γ 能譜分析通用方法》（GB/T 11713—2015）進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果對照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）中限值要求，作為原材料的固廢的放射性水平（內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)）較低，該材料滿足標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的建筑主體材料的要求。

通過再生骨料的壓碎值等基本性能指標(biāo)以及重金屬、放射性的環(huán)境友好型指標(biāo)的試驗(yàn)研究，了解到重點(diǎn)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值以及影響再生骨料的評價(jià)指標(biāo)區(qū)間范圍。

表4 再生骨料的重金屬含量檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制對比表

表5 再生骨料放射性水平檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限制對比表

3 建立再生骨料的綠色評價(jià)體系

3.1 再生骨料綠色評價(jià)體系的構(gòu)建

根據(jù)影響再生骨料綠色度的評價(jià)指標(biāo)，結(jié)合《綠色建材評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》[6-9]，建立再生骨料的綠色評價(jià)體系。再生骨料綠色評價(jià)體系主要由控制項(xiàng)、評分項(xiàng)、加分項(xiàng)三部分構(gòu)成。再生骨料綠色評價(jià)體系的構(gòu)建如圖5所示。

控制項(xiàng)是評定結(jié)果為滿足或不滿足，即評價(jià)再生骨料綠色建材必須滿足的基本條件，為一票否決，只要有一項(xiàng)不滿足要求，就不能參評綠色建材的評價(jià)。主要內(nèi)容包括大氣污染物、污水、噪聲排放，工作場所環(huán)境、安全生產(chǎn)和管理體系等方面的要求。

圖5 再生骨料綠色評價(jià)體系的構(gòu)建

評分項(xiàng)和加分項(xiàng)的評定結(jié)果為獲得分值或不得分。評分項(xiàng)是從節(jié)能、減排、安全、便利和可循環(huán)五個(gè)方面對建材產(chǎn)品全生命周期評價(jià)。節(jié)能是單位產(chǎn)品能耗、原材料運(yùn)輸能耗、管理體系等要求；減排是生產(chǎn)廠區(qū)污染物排放、產(chǎn)品認(rèn)證或環(huán)境產(chǎn)品聲明（EPD）、碳足跡等要求；安全是影響安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品性能的指標(biāo)；便利是指施工性能、應(yīng)用區(qū)域適用性和經(jīng)濟(jì)性等要求；可循環(huán)是生產(chǎn)、使用過程中廢棄物回收和再利用的性能指標(biāo)。加分項(xiàng)是重點(diǎn)考慮再生骨料生產(chǎn)工藝和設(shè)備的先進(jìn)性、環(huán)境影響水平、技術(shù)創(chuàng)新和性能等。

3.2 再生骨料綠色評價(jià)體系的主要內(nèi)容

篩選出的再生骨料重點(diǎn)評價(jià)指標(biāo)包括再生骨料產(chǎn)品的壓碎值、泥塊含量、孔隙率、需水量比、抗壓強(qiáng)度比等基本性能，原材料運(yùn)輸半徑等運(yùn)輸能耗，單位產(chǎn)品能耗，固廢的重金屬含量，放射性，固廢的綜合利用比例等。表6～8 分別是再生骨料控制項(xiàng)、評分項(xiàng)和加分項(xiàng)的評價(jià)內(nèi)容及分值。

表6 再生骨料控制項(xiàng)得分評價(jià)內(nèi)容及分值

表7 再生骨料評分項(xiàng)得分評價(jià)內(nèi)容及分值

表8 再生骨料加分項(xiàng)得分評價(jià)內(nèi)容及分值

3.3 再生骨料綠色評價(jià)評價(jià)方法及等級(jí)

評價(jià)指標(biāo)體系分為控制項(xiàng)、評分項(xiàng)和加分項(xiàng)。參評產(chǎn)品及其企業(yè)必須全部滿足控制項(xiàng)要求。評分項(xiàng)總分為100 分，加分項(xiàng)總分為5分，總得分按照式 (1) 和式 (2)計(jì)算。

式中：

Q總——總分；

Q評——評分項(xiàng)得分；Q加——加分項(xiàng)得分；

Wi——評分項(xiàng)各指標(biāo)權(quán)重；Qi——評分項(xiàng)各指標(biāo)得分。

再生骨料綠色建材等級(jí)由評價(jià)總得分確定，由低到高分為“★”、“★★”和“★★★”三個(gè)等級(jí)。等級(jí)劃分見表9。

表9 再生骨料綠色建材等級(jí)劃分

4 結(jié)語

目前再生骨料的綠色評價(jià)尚處于起步階段，需要進(jìn)一步對再生骨料資源消耗情況、能源消耗情況、對環(huán)境影響情況、可再生利用程度等各個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)研，建立必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，如何與綠色建筑體系的有機(jī)結(jié)合等工作，從而使再生骨料綠色評價(jià)體系更加系統(tǒng)、科學(xué)、準(zhǔn)確的評價(jià)，引導(dǎo)相關(guān)人員更加科學(xué)合理的選用再生骨料替代天然砂石，最大限度的達(dá)到能源效率、資源效率和人類健康的統(tǒng)一，大幅度提高能源和資源利用效率、改善生態(tài)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)我國綠色建材、建筑產(chǎn)業(yè)的有效和健康發(fā)展。