建筑工程中再生材料應(yīng)用探析

高 陽

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200082)

1 概述

我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)加速期，如何有效地節(jié)約建造成本保護(hù)自然環(huán)境，使得工程建設(shè)具有一定歷史意義。基于此，筆者總結(jié)歸納廢舊建筑材料再生后應(yīng)用到建筑工程中一些具體部位。需要說明的是，受再生技術(shù)手段限制，再生材料性能總體不如開采自然資源制成的原生材料，因此，本文所提到建筑工程部位均為安全性要求低，對建筑整體安全性不起到?jīng)Q定性作用的部位，這些部位可用再生材料替代原生材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)材、節(jié)地、節(jié)源的目標(biāo)。

2 再生混凝土材料應(yīng)用

在建筑工程中，混凝土材料應(yīng)用十分廣泛，從單一混凝土制品到混凝土外加其他材料產(chǎn)品，從混凝土平臺翻邊到同建筑等高的墻柱，種類眾多，應(yīng)用廣泛。在這里，從混凝土小型砌塊及混凝土磚這兩種材料入手，闡述這兩種再生混凝土制品在建筑工程中應(yīng)用到哪些具體部位。

2.1 再生混凝土小型砌塊應(yīng)用

混凝土砌塊有多種，采用骨料及工藝不同，又可分為普通混凝土砌塊，輕骨料混凝土砌塊，蒸壓加氣砌塊等類型砌塊。從抗壓強(qiáng)度及砌塊密度來看，這些小型砌塊又可分為承重砌塊和非承重砌塊，這里主要闡述再生混凝土小型砌塊材料用于建筑非承重墻體和圍墻處。

2.1.1 再生混凝土小型砌塊應(yīng)用于非承重墻體處

建筑非承重墻體主要起到分隔和圍護(hù)作用，通常采用混凝土小型空心砌塊或蒸壓加氣混凝土砌塊，不起到承擔(dān)荷載作用，對建筑整體安全性影響極小，對建筑整體隔聲、保溫及防水性能基本無影響，因此，在分隔和圍護(hù)墻體處，無須采用利用自然資源開采加工而成的原生材料，可以用再生混凝土小型砌塊來替代利用自然資源加工制成的混凝土小型砌塊。

2.1.2 再生混凝土小型砌塊應(yīng)用于圍墻處

再生混凝土小型砌塊除了應(yīng)用于建筑非承重處之外，還可應(yīng)用于工程項(xiàng)目的邊界圍墻處。大部分圍墻結(jié)構(gòu)形式為上部采用金屬隔墻，由型鋼或鑄鐵材料構(gòu)成，下部為小型砌塊矮墻，少部分出于隱私需求，圍墻全部采用小型砌塊砌筑，但無論采用何種結(jié)構(gòu)形式的圍墻，整體高度都較低?；趪鷫Φ慕Y(jié)構(gòu)形式及高度特性，采用再生混凝土小型砌塊不影響圍護(hù)、分隔及隱私保護(hù)的作用，所以，可使用再生混凝土小型砌塊來替代原生混凝土小型砌塊。

2.2 再生混凝土磚應(yīng)用

混凝土磚同混凝土砌塊一樣，種類多，應(yīng)用廣，這里主要講述再生混凝土透水磚應(yīng)用在人行道處和再生混凝土實(shí)心磚應(yīng)用于磚胎膜處。

2.2.1 再生混凝土磚應(yīng)用于人行道處

人行道采用透水磚，可減少暴雨徑流，將地面水快速滲透進(jìn)地表中，補(bǔ)充地下水，緩解城市熱島效應(yīng)，起到平衡城市生態(tài)系統(tǒng)作用。從安全和穩(wěn)固性考慮，人行道路上主要以人行為主，少數(shù)情況走自行車及手推車，小型車及其他車輛不會(huì)在人行道上通行，因此，對地面鋪裝所承受均布和集中荷載要求低，人行采用再生骨料混凝土透水磚應(yīng)用于小區(qū)人行道路處安全可靠，完全可替代原生材料制成的混凝土透水磚。

2.2.2 再生混凝土磚應(yīng)用于人行道處

再生骨料混凝土除了可以制成透水磚，還可以制成再生骨料混凝土實(shí)心磚，替代原生材料制成的混凝土實(shí)心磚胎膜。磚胎膜是用磚砌筑成的模板，替代木模板，用于定型澆筑的混凝土，通常應(yīng)用于地下部位，如底板側(cè)壁、各類地下井坑及少部分難以拆除模板的地方。之所以采用磚胎膜是因?yàn)樯鲜鲞@些部位通常位于地下部分，都需要做防水處理，由于防水方式常規(guī)為迎水面防水，即外防水，需要在墊層上做防水層并將防水層先附著在磚胎膜上，以確保日后澆筑完混凝土之后，防水層能附著在混凝土墻的側(cè)壁上，起到迎水面防水作用，若采用常規(guī)木板作為模板，則防水層很容易受到木材質(zhì)伸縮或潮濕變形而開裂，澆筑完混凝土側(cè)壁后，側(cè)壁外的防水層很可能處于開裂狀態(tài)，這樣，則極大影響地下建筑防水防潮需求，因此，磚胎膜用在地下部位做模板對于地下防水層形成起到很大幫助，而磚胎膜不起到承擔(dān)荷載的作用，只起到模板的作用，所以，采用再生骨料混凝土實(shí)心磚做磚胎膜完全可替代遠(yuǎn)程材料制成的混凝土實(shí)心磚胎膜。

2.3 再生混凝土碎渣應(yīng)用

混凝土材料是建筑工程中必不可少的建筑材料，如采用砌塊結(jié)構(gòu)形式的建筑物，過梁、構(gòu)造柱均為混凝土材料制成，使用混凝土的數(shù)量相對較少；如采用框架結(jié)構(gòu)形式建筑，框架柱、框架梁、過梁、構(gòu)造柱及導(dǎo)墻均為混凝土材料制成，使用混凝土的數(shù)量較大；如采用框架剪力墻及純剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，除了框架柱、框架梁、過梁、構(gòu)造柱及導(dǎo)墻均為混凝土材料制成之外，許多橫、縱向墻體也采用混凝土制成，使用混凝土的數(shù)量巨大，簡言之，混凝土材料是一棟樓房必不可少的建筑材料。而在當(dāng)今，我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)高速期，土地資源有限，一些新建樓房建立在老、舊及廢棄建筑拆除后原址新建而獲得新的生機(jī)，但這些老、舊及廢棄建筑拆除后的混凝土材料數(shù)量巨大，因拆除后混凝土材料絕大部分是以碎塊及碎渣混合形式呈現(xiàn)，所以，這些拆除后的混凝土材料在一般建筑工程中難以再次發(fā)揮建造作用，通常被回收后運(yùn)往垃圾填埋場，消耗大量的人力、物力、財(cái)力。但在道路工程中，需要很多不同粒徑的碎石及碎礫石，利用這些廢舊混凝土，經(jīng)過回收，打碎等工藝，將拆舊后的廢舊混凝土材料變成不同粒徑的混凝土碎渣，以滿足道路工程中所需粒徑，應(yīng)用于基礎(chǔ)和道路面層中。

2.3.1 再生混凝土碎渣應(yīng)用于基礎(chǔ)中

碎石墊層是建筑基礎(chǔ)中的重要組成部分，位于混凝土墊層下方，壓入素土中，起到強(qiáng)化地基的作用，碎石墊層主要組成材料為級配碎石和素土，而碎石是通過開采礦山資源經(jīng)過加工而制成，對這種不可再生資源來說是一種破壞性行為，而廢舊混凝土碎塊強(qiáng)度和密度高，通過回收、加工制成同級配碎石粒徑大小的混凝土碎渣，可替代開采自然礦山資源而加工制成的級配碎石，將同級配碎石粒徑大小的混凝土碎渣作為基礎(chǔ)墊層重要組成材料，這不僅對廢舊混凝土循環(huán)再利用起到一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值，更對自然資源起到保護(hù)作用。此外，同級配碎石粒徑大小的碎石混凝土不僅可應(yīng)用于建筑工程的碎石墊層中替代級配碎石，還可以應(yīng)用于道路工程中替代墊層中的碎礫石。因道路工程中，路基面積較大，采用碎礫石的數(shù)量也非常大，采用同級配碎石粒徑大小的混凝土碎渣作為替代品應(yīng)用于墊層中，不僅對經(jīng)濟(jì)效益起到明顯地提升作用，更對自然資源起到重要地保護(hù)作用。

2.3.2 再生混凝土碎渣應(yīng)用于路面中

瀝青路面由粗、中、細(xì)式瀝青混凝土組成，主要成分為不同粒徑的混凝土由瀝青膠結(jié)而成。這種路面在小區(qū)、城市道路中應(yīng)用范圍廣泛，對混凝土需求量較大，對密實(shí)度有一定要求。廢舊建筑中的混凝土碎塊及碎渣的數(shù)量較大，經(jīng)回收加工后，可制成不同粒徑的混凝土碎渣以滿足瀝青路面所需的不同粒徑混凝土材料，將其替代經(jīng)自然資源開采加工而成的原生混凝土材料，不僅促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更對節(jié)約資源，綠色建筑及可持續(xù)發(fā)展做出較大貢獻(xiàn)。

3 再生金屬材料應(yīng)用

以混凝土為承重構(gòu)件的結(jié)構(gòu)類型中，金屬材料應(yīng)用范圍有限，鋁、鋼、鐵為常用金屬材料，這里從鋁、鋼、鐵這三種材料入手，闡述這三種金屬材料在建筑工程中的應(yīng)用。需要補(bǔ)充說明的是，鋼結(jié)構(gòu)形式建筑類型中，鋼材應(yīng)用量大，也很廣泛，但基于再生鋼結(jié)構(gòu)形式建筑尚未得到應(yīng)用的相關(guān)案例及相關(guān)數(shù)據(jù)，筆者在這里不再贅述。

3.1 再生鋁材應(yīng)用

再生鋁是指以廢鋁作為主要原料，經(jīng)預(yù)處理、熔煉、精煉、鑄錠等生產(chǎn)工序后得到鋁合金，相比較原生鋁通過開采鋁礦得到的鋁礦石鋁礬土，再通過電解槽提煉出的純鋁而言，其強(qiáng)度、硬度、韌性及抗氧化性相對差一點(diǎn)，但用在室內(nèi)門窗，不受風(fēng)吹、雨淋及日曬等室外環(huán)境影響，可替代原生鋁制成的門窗型材，起到隔聲、采光、分隔及觀察等作用。此外，從環(huán)保角度，我們應(yīng)該鼓勵(lì)大量使用鋁制品及鋁合金，因?yàn)殇X是一種完全可以循環(huán)的原材料。2016年《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的通知》提出，到2020年，全國工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到73%。2019年《關(guān)于推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的通知》再次強(qiáng)調(diào)，到2020年要建設(shè)50個(gè)大宗固體廢棄物綜合利用基地、50個(gè)工業(yè)資源綜合利用基地，基地廢棄物綜合利用率達(dá)到75%以上[1]。以2008年中國鋁業(yè)集團(tuán)有限公司在青島建設(shè)20萬t的再生鋁工程為例，應(yīng)用鋁制品及鋁合金材料符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)建資源節(jié)約型社會(huì)的要求，對資源綜合回收利用有良好的促進(jìn)作用。

3.2 再生鋼鐵應(yīng)用

再生鋼鐵是廢舊鋼鐵經(jīng)過回收及加工處理后生產(chǎn)出來的鋼鐵產(chǎn)品，與開采鐵礦石生產(chǎn)而來的鋼鐵相比，再生鋼鐵含有微量非金屬雜質(zhì)，抗壓和抗拉強(qiáng)度相對差一點(diǎn)，但可應(yīng)用在無需過高抗拉及抗壓性能要求的景觀小品及圍墻處，再生鋼鐵可完全替代開采鐵礦石生產(chǎn)而來的原生鋼鐵。

1)再生鋼鐵應(yīng)用于景觀小品處。景觀小品是景觀設(shè)計(jì)中對室外空間起到點(diǎn)綴作用的物品，包括建筑小品、生活設(shè)施小品及道路鋪設(shè)小品。景觀小品在室外環(huán)境中表現(xiàn)的種類眾多，包括雕塑、藝術(shù)裝置及垃圾箱等。這些種類的小品通常體量不大，占用空間小，在室外空間起到較小功能性作用，主要起美化環(huán)境及裝飾室外空間的作用，對材料自身性能或承受外界荷載要求不大，因此，采用再生鋼鐵材料作為室外景觀小品，可替代利用鐵礦石而制成的景觀小品。

2)再生鋼鐵應(yīng)用于圍墻處。再生鋼鐵除了可應(yīng)用于室外景觀小品處之外，還可應(yīng)用于工程項(xiàng)目地界圍墻處。上文中提到，大多數(shù)圍墻結(jié)構(gòu)形式為上部采用金屬隔墻，下部為砌塊矮墻，整體圍墻高度不大。上部圍墻通常采用鋼鐵材料制成，起到界限劃分作用，主要承擔(dān)自身跨度上的撓度變形、室外風(fēng)荷載及由溫度引起的伸縮變化，受其他外界因素影響較小，要求鋼鐵材料承受外界荷載等性能較低，所以，再生鋼鐵材料可以替代原生鋼鐵材料用于圍墻上部結(jié)構(gòu)。需要說明的是，再生鋼鐵不僅是一種可再生資源，還是唯一可以替代鐵礦石的原材料，與對自然開采的鐵礦石比較，使用廢舊鋼、鐵材料作為生產(chǎn)原材料加工生產(chǎn)可以減少對自然資源開采與保護(hù)及大幅度降低排放污染，對建筑工程綠色發(fā)展起到推動(dòng)和促進(jìn)作用。

4 再生玻璃應(yīng)用

玻璃這種材料在垃圾處理中存在一定難度，相比以塑料為主的白色垃圾，其化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，在自然空氣環(huán)境中難以分解，通過土壤填埋的方式也很難降解，焚燒又會(huì)附著在爐壁上，影響焚燒效率，要經(jīng)常停爐清潔，甚至停爐整修。因此，對于玻璃來說，最好的處理方式便是回收再利用。通過對廢舊玻璃回收，經(jīng)過清洗，顏色分類，去除雜質(zhì)等工藝可被再次利用，尤其是建筑玻璃，顏色種類和雜質(zhì)少，經(jīng)過回收和加工后可再次用于室內(nèi)的門窗玻璃、玻璃磚、玻璃矮墻或玻璃隔墻，這些玻璃部件不受外墻玻璃風(fēng)荷載及環(huán)境溫度變化影響，起到窗隔聲、采光、分隔及觀察等作用，可替代淘洗石英砂而制成的原生玻璃。

5 再生木材應(yīng)用

在建筑工程中，廢舊木材所占比較小，且作為再生材料應(yīng)用于建筑工程中范圍較小，筆者在這里簡單闡述再生木材的主要用途。破損嚴(yán)重的木質(zhì)構(gòu)件可作為木質(zhì)再生板材的原材料，如不同密度的板材，應(yīng)用于墻體或衛(wèi)生間簡易隔斷墻體處，也可經(jīng)回收物為作為墻紙的原材料，經(jīng)打漿、過濾、凈化處理而成，但相對于原生木漿紙，該類紙的韌性相對比較弱，表面多為發(fā)泡或半發(fā)泡型。需要說明的是，對于尚未明顯破壞的木材，可通過簡單加工，直接替換改造建筑中破損嚴(yán)重的木質(zhì)構(gòu)件，減少對原生態(tài)木林砍伐，為樹木資源保護(hù)起到推動(dòng)作用。

6 結(jié)語

建筑工程中采用再生材料，不僅節(jié)約自然資源，穩(wěn)定國內(nèi)資源，同時(shí)，也為綠色建筑發(fā)展，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)文明建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。希望本文對同行設(shè)計(jì)師提供一定技術(shù)參考和依據(jù)。