利用再生骨料制備防洪塊體經濟性分析

韓 毅， 王 偉， 劉弘昱

(1.江蘇省水利防汛物資儲備中心， 江蘇 南京 210029； 2.河海大學 港口海岸與近海工程學院， 江蘇 南京 210098)

江蘇省河道縱橫、水網發(fā)達，擁有數量眾多的江河湖泊，同時其地勢低平，面臨嚴峻的防汛抗洪壓力，需儲備大量防汛物資，塊石作為一種不可或缺的防汛物資，在防汛搶險中發(fā)揮著極為重要的作用。然而江蘇地區(qū)石料資源相對匱乏，加之近年環(huán)保要求的提高，可開采的石料資源銳減；但隨著建筑、水利、交通等行業(yè)的快速發(fā)展，江蘇對石料資源的需求急劇增加，進而出現石料價格較高，儲備防汛塊石的成本大幅上漲。

同時，隨著城鎮(zhèn)化的推進和城市棚戶區(qū)改造工程的實施，老舊建筑的拆除產生大量建筑垃圾。據統計，僅南京市每年產生建筑垃圾約1 000萬t，以當前主要采用的填埋方式進行處理，每年需占用近千畝土地用于建筑垃圾填埋。建筑垃圾的填埋處理不僅消耗巨額的土地征用費、垃圾清運費，而且會造成環(huán)境污染。如將建筑垃圾回收利用，處理后重新制備為混凝土塊體應用于防洪抗汛，大幅降低建筑垃圾存放、轉運費用的同時，降低儲備防汛材料的成本，緩解日益突出的石料資源供需矛盾，為發(fā)展生態(tài)水利、節(jié)能水利提供技術支持。

當前建筑垃圾的再利用主要有免燒磚和再生混凝土兩類，免燒磚主要應用于城市人行道；再生混凝土技術也有所發(fā)展，少量應用于道路及邊坡工程。由此可見，建筑垃圾通過適當處理后制備的再生混凝土塊體，可重復應用于工程結構[1-2]。但與免燒磚和普通再生混凝土不同的是防汛塊體浸泡于水中，長期經受水流沖刷，對以建筑垃圾為原料的再生混凝土塊體耐水、抗沖磨等性能提出了更高要求。江蘇省水利防汛物資儲備中心聯合河海大學在對建筑垃圾原料進行分析歸類的基礎上，通過再生骨料預處理、添加礦物摻合料、調節(jié)配合比、改進制備工藝等多方面著手，開發(fā)以建筑垃圾制備防洪塊體的關鍵技術，為防汛抗洪物資儲備提供新的思路和途徑，論文在此基礎上對利用再生骨料制備防洪塊體進行了經濟性分析。

1 再生混凝土制備防洪塊石配合比方案及強度檢測結果

1.1 強度檢測成果

針對再生骨料取代率和再生骨料改性進行了優(yōu)化[3]，并得出其強度結果。檢測成果見表1。

從表1可知，28 d各再生粗骨料取代率組和再生骨料改性組的混凝土抗壓強度均超過20 MPa，且有部分超過30 MPa，再生粗骨料可以替代天然粗骨料用于制備水工防汛塊體等材料。

表1 各組再生混凝土性能檢測結果

(續(xù)表1)

1.2 推薦配合比

從以上再生混凝土中優(yōu)選出B、D、F、G共4組進行經濟分析。

(1)配合比B

B組配合比為水泥∶再生粗骨料∶天然粗骨料∶砂∶水=375 kg∶516 kg∶516 kg∶688 kg∶180kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為30.4 MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(2)配合比D

D組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032 kg∶688 kg∶180 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為23.7 MPa，達到C20混凝土力學性能要求，可以用于配置C20混凝土。

(3)配合比F

F組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用42.5強度水泥∶水=30 kg∶12 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為34.2MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(4)配合比G

G組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用偏高嶺土∶氫氧化鈉∶硅酸鈉∶水=25 kg∶5 kg∶8 kg∶40 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊試件的28 d抗壓為34.7 MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

2 再生混凝土制備防洪塊石的經濟性分析

2.1 材料單價成本分析

檢測結果表明，配合比B、D、F和G的材料強度均能達到C30混凝土材料的強度要求，可用來制作水工防汛塊體航道工程護底壓載塊等。不考慮材料運費的單價成本分析見表2～5。

表2 50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)成本分析

表3 100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)成本分析

表4 水泥裹漿再生混凝土(配合比H)成本分析

表5 偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)成本分析

普通C20混凝土材料及C30混凝土材料單價成本核算見表6和表7。

表6 普通C20混凝土材料成本分析

表7 普通C30混凝土材料成本分析

從表2～5可知，50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)、100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)、42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)和偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)材料單價成本分別為287.5元、266.9元、278.6元和319.0元。從表6～7可知，普通C20和C30混凝土材料單價成本分別為318.4元和336.5元。與普通混凝土相比，再生混凝土材料單價成本稍低。

根據2019年9月全國水運工程材料價格信息平臺上的統計，拋江石塊的平均價格為340元/m3。根據江蘇省水利防汛物資儲備中心最新采購的一批防汛塊石158.6元/t，按照平均比重2.5 t/ m3，折算得到396.5元/m3，這里綜合取防汛塊石采購成本340元/m3。該采購成本均未包括運輸費用，再生混凝土塊石材料單價成本低于塊石采購成本。

2.2 材料綜合成本分析

利用廢棄混凝土制備水工材料，將再生粗骨料作為主要骨料來源，不僅可以節(jié)約石料購置，同時還可以減少廢棄混凝土的外運填埋費用，對生態(tài)環(huán)境也有積極作用。分別考慮公路運輸和水路運輸，其利用再生粗骨料生產再生混凝土綜合成本見表8和表9。

表8 各類再生混凝土材料綜合費用對比(公路運輸)

表9 各類再生混凝土材料綜合費用對比(水路運輸)

運費根據公路貨運現價進行估算，1 km約0.36元/t，水路運輸1 km約為0.18元/t，填埋處理費為50元/t，取砂石材料運距和廢混凝土運距為100 km。

考慮廢棄混凝土的運出費及處理運費后，利用再生粗骨料制備的水工材料的綜合單價顯著降低，以運距為100 km計，與普通C20混凝土相比，公路運輸和水路運50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的綜合單價分別降低38.8%和41.5%。公路運輸和水路運輸100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的綜合單價分別降低44%和46.4%。公路運輸和水路運輸42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)的綜合單價分別降低40.8%和43.4%。公路運輸和水路運輸偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)的綜合單價分別降低30.6%和33.6%；以運距為100 km計，與普通C30混凝土相比，公路運輸和水路運輸50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的綜合單價分別降低31.9%和35.2%。公路運輸和水路運輸100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的綜合單價分別降低37.6%和40.6%。公路運輸和水路運輸42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)的綜合單價分別降低34.2%和37.4%。公路運輸和水路運輸偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)的綜合單價分別降低23.1%和26.8%。與采購的防汛塊石相比，再生混凝土制備的塊石的單價降低則更為顯著。

3 結 語

研究表明，與采購的防汛塊石相比，再生混凝土制備的塊石的經濟性較為顯著。隨著我國城市化建設的發(fā)展和國家“十三五”時期產業(yè)政策的調整和要求，以拆除的廢棄混凝土為原料的再生建材將擁有廣闊的市場前景。同時，現階段新型工業(yè)化道路要求科技含量高、經濟效益好、資源消耗少、環(huán)境污染少，這無疑為新型防洪材料的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。全面節(jié)約和高效利用資源，堅持節(jié)約優(yōu)先，樹立節(jié)約集約循環(huán)利用的資源觀，是國家“十三五”時期經濟工作發(fā)展的要求，新型環(huán)保材料發(fā)展已成為防汛防旱結構調整的重要內容。依照國家的有關規(guī)定，廢棄物再利用生產新型材料可享受減、免稅的優(yōu)惠[4]。同時，在地方各級人民政府的鼓勵、引導、扶持新型材料的研究、開發(fā)、生產和推廣應用基礎上，以再生混凝土制備防洪材料符合國家節(jié)能減排政策，且通過和天然骨料混凝土進行比較，經濟優(yōu)勢較為明顯。將再生骨料直接或改性后運用到再生混凝土的制備，可適應于不同強度等級要求的防汛搶險工程，在避免廢棄混凝土塊轉運掩埋的同時也減少降低工程造價，解決了固體廢棄物的二次污染問題，可有效緩解對環(huán)境的影響，具有顯著社會和經濟效益。