建筑垃圾資源化利用原地再生循環(huán)技術(shù)

沈玉，巨高權(quán)

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016）

0 前言

我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，舊路、橋梁等改造拆除日益增加，建筑垃圾越來越多，既浪費(fèi)土地和資源，又污染環(huán)境，同時(shí)還引發(fā)了資源短缺等諸多問題，已成為我國可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。而另一方面，項(xiàng)目建設(shè)過程中需要大量的臨時(shí)工程基礎(chǔ)建設(shè)，包括施工便道、臨時(shí)場站硬化處理、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的墊層混凝土等。作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)使用服役周期短、長期耐久性要求不高，若能將現(xiàn)場拆除的建筑垃圾經(jīng)分揀、剔除、破碎處理后，就地取材，因地制宜地用于施工現(xiàn)場臨時(shí)工程的建造，不僅可降低工程成本，還可實(shí)現(xiàn)建筑固體廢棄物的循環(huán)再生利用，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。

本文以施工項(xiàng)目為依托，經(jīng)過前期調(diào)研、資料收集、方案論證、工藝實(shí)施、試驗(yàn)論證等一系列措施，建立一套完整的施工現(xiàn)場建筑固體廢棄物再生利用的技術(shù)方案。該技術(shù)可指導(dǎo)施工現(xiàn)場建筑固體廢棄物的破碎、分篩、性能評(píng)估、配合比設(shè)計(jì)、混凝土性能評(píng)價(jià)等，使其可用于施工便道、臨時(shí)場站硬化處理、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的墊層混凝土等臨時(shí)工程，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的源頭消解，促進(jìn) “綠色化”施工，促進(jìn)資源的可循環(huán)利用，降低工程造價(jià)和建筑垃圾運(yùn)輸處理成本，為同類工程起到示范作用。

1 施工工藝流程

1.1 施工準(zhǔn)備

（1）施工前做好場地清理、破碎分篩裝置測試、水泥和外加劑質(zhì)量檢測、配合比設(shè)計(jì)等準(zhǔn)備。

（2）在現(xiàn)場妥善劃分區(qū)域，便于將破碎分篩后的再生骨料按照粒徑級(jí)配、質(zhì)量等級(jí)分類保存，保持干燥。

1.2 破碎、分篩

（1）預(yù)處理階段：除去廢混凝土中的雜質(zhì)，篩分隔離大于 150mm 的骨料，將小于 150mm 的料通過 ZSW490×110 喂料機(jī)分入傳送帶，分入 PE750×1060 顎式破碎機(jī)中破碎。篩分出大于 40mm 的混凝土塊進(jìn)入二次破碎階段。

（2）二次破碎階段：使用破碎機(jī)將大于 40mm 的混凝土塊進(jìn)行二次破碎。

（3）篩分階段：經(jīng)過篩分分別獲得粒徑 5mm 以下、5～20mm、20～40mm 的再生骨料，并分別選擇合適的位置隔離堆存。

1.3 施工工藝流程

再生粒料應(yīng)用施工工藝流程見圖 1，再生骨料應(yīng)用施工工藝流程見圖 2。

圖1 建筑固體廢棄物現(xiàn)場作為粒料施工工藝流程圖

圖2 建筑固體廢棄物現(xiàn)場作為 再生混凝土骨料施工工藝流程圖

2 工藝要點(diǎn)

2.1 再生骨料復(fù)配

推薦使用連續(xù)級(jí)配的再生粗骨料和 2 級(jí)級(jí)配的再生細(xì)骨料作為混凝土骨料，具體標(biāo)準(zhǔn)參見表 1。

表1 再生粗骨料顆粒級(jí)配

2.2 配合比設(shè)計(jì)

（1）使用Ⅰ類再生粗骨料，不使用再生細(xì)骨料時(shí)，配合比設(shè)計(jì)參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)。

表2 再生細(xì)骨料顆粒級(jí)配

（2）使用Ⅰ類再生粗骨料，并使用再生細(xì)骨料時(shí)，根據(jù)再生細(xì)骨料摻量適當(dāng)調(diào)整減水劑用量，使混凝土流動(dòng)性滿足施工要求。

（3）使用Ⅱ類、Ⅲ 類再生粗骨料時(shí)，根據(jù)骨料品質(zhì)和取代量適當(dāng)將設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高 1～2 個(gè)等級(jí)（取代量＜30% 時(shí)，提高 1 個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；取代量≥30% 時(shí)，提高 2 個(gè)強(qiáng)度等級(jí)），細(xì)骨料取代量盡量不超過 30%，在滿足和易性的條件下，取較低的砂率。通過調(diào)節(jié)減水劑用量調(diào)整再生混凝土的流動(dòng)性。

2.2.1 計(jì)算試配強(qiáng)度

其中：

fcu,0——試配強(qiáng)度，MPa；

fcu,k——根據(jù)骨料質(zhì)量調(diào)整后的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

σ——標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差值的選擇如表 3 所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)差 σ 值 MPa

2.2.2 膠凝材料 28d 抗壓強(qiáng)度計(jì)算

其中：

fb——膠凝材料 28 天的抗壓強(qiáng)度，MPa；

γf、γs——粉煤灰和?；郀t礦渣粉影響系數(shù)，按表 4 選擇；

表4 粉煤灰影響系數(shù) γf 和 粒化高爐礦渣粉影響系數(shù) γs

γce——水泥強(qiáng)度等級(jí)的富余系數(shù)，根據(jù)表 5 選擇。

表5 水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù) γce

2.2.3 確定水膠比

其中：

αa、αb——粗骨料回歸系數(shù)，選擇碎石對(duì)應(yīng)的參數(shù)，分別為 0.53 和 0.20。

2.2.4 單位用水量

單位用水量（mw0）按表 6 和 7 選擇。

表6 干硬性混凝土的用水量 kg/m3

表7 塑性混凝土的用水量 kg/m3

2.2.5 實(shí)際用水量

其中：

mw0’——未摻外加劑時(shí)的計(jì)算用水量，kg/m3；

β——減水劑的減水率，%；

2.2.6 單方膠凝材料用量、礦物摻合料用量和水泥用量

其中：

mb0——單方膠凝材料用量，kg/m3；

mw0——實(shí)際用水量，kg/m3；

W/B——混凝土水膠比。

mf0——單方礦物摻合料用量，kg/m3；

β——礦物摻合料摻量，%；

其中：

mc0——單方混凝土中的水泥用量，kg/m3。

2.2.7 確定砂率（βs）

根據(jù)表 8 選擇，當(dāng)坍落度大于 60mm 時(shí)，按坍落度每增加 20mm，砂率增加 1% 調(diào)整。

表8 混凝土的砂率 %

2.2.8 質(zhì)量法計(jì)算骨料用量

其中：

mg0、ms0——單方粗、細(xì)骨料用量，kg/m3；

mcp——單方混凝土拌合物的假定質(zhì)量，kg/m3。

2.3 混凝土性能測試

（1）檢測新拌混凝土工作性能，需滿足施工現(xiàn)場需求。

（2）檢測硬化后混凝土力學(xué)性能，抗壓強(qiáng)度試件加載速率 0.3～0.5MPa/s（＜C30）、0.5～0.8MPa/s（≥C30 且＜C60）、0.8～1.0MPa/s（≥C60）。

（3）檢測耐久性能，根據(jù)工程環(huán)境選擇相應(yīng)耐久性指標(biāo)進(jìn)行檢測，抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等。

3 設(shè)備參數(shù)

（1）破碎裝置：ZSW490×110 喂料機(jī)、PE750× 1060 顎式破碎機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)。

（2）篩分裝置：3YKJ2060 振動(dòng)篩（篩孔尺寸：40mm、20mm、5mm）。

4 質(zhì)量保證措施

4.1 原材料質(zhì)量控制措施

（1）水泥儲(chǔ)存在水泥灰罐內(nèi)，水泥入罐時(shí)必須進(jìn)行過篩，避免有結(jié)塊的水泥影響混凝土性能。

（2）篩分后不同粒徑的骨料分開保存，盡可能避免接觸水分。

（3）根據(jù)施工特點(diǎn)選擇合適的外加劑。

4.2 施工過程質(zhì)量控制措施

（1）配合比計(jì)算準(zhǔn)確，應(yīng)結(jié)合配合比設(shè)計(jì)規(guī)范和預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，選擇最合適的配比。

（2）混凝土配制過程保證規(guī)范，從稱量到攪拌時(shí)間嚴(yán)格控制，并有專人做好相應(yīng)記錄備案，新拌混凝土性能確保良好后方可進(jìn)行下一步施工，新拌混凝土若出現(xiàn)分層、離析、泌水等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立刻檢查水泥質(zhì)量、外加劑品質(zhì)、稱量過程等，找出原因并及時(shí)調(diào)整后，重新配制混凝土。

（3）混凝土施工過程中，要保證振搗合理，既要避免過度振搗帶來的離析分層，也要避免振搗不實(shí)導(dǎo)致的蜂窩麻面。

（4）后續(xù)養(yǎng)護(hù)過程不可忽視。

5 效益分析

5.1 社會(huì)效益

通過這種 “自產(chǎn)自銷”的方式處理施工現(xiàn)場的建筑垃圾，為建筑垃圾綠色再生循環(huán)利用提出了一種新的模式，為我國傳統(tǒng)模式中由于建筑垃圾產(chǎn)生、再生骨料生產(chǎn)和使用三個(gè)過程中的主體各異造成脫節(jié)提供了新的出路，也解決了建筑垃圾在運(yùn)輸過程中由于大量粉塵造成的環(huán)境污染，不僅可以降低工程成本，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑固體廢棄物的循環(huán)再生利用，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，具有長遠(yuǎn)的社會(huì)效益和環(huán)保效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

再生骨料混凝土現(xiàn)場利用的前期投入包括場地建設(shè)和設(shè)備購置等，總投入大約 150 余萬元；再生粒料的運(yùn)輸成本約為 38 元/m3，而目前市場上天然砂和天然石的購買加運(yùn)輸成本約為 150 元/m3，故相比于用天然砂和天然石的填料可以節(jié)約 122 元/m3；用于全級(jí)配設(shè)計(jì)的再生混凝土的破碎成本為 40 元/m3，基于此計(jì)算出再生混凝土的成本約為 226 元/m3，相比于用天然砂石的混凝土 324 元/m3可以節(jié)約 98 元/m3。

6 結(jié)語

以改擴(kuò)建施工項(xiàng)目為例，拆除的道路、橋梁產(chǎn)生了大量舊瀝青、水穩(wěn)底基層、混凝土等固體廢棄物，經(jīng)過破碎、分篩后作為路基粒料使用，并用其配制再生骨料混凝土，用于臨時(shí)設(shè)施的建造。

首先對(duì)再生粒料進(jìn)行含水率測試，測得其含水率大約為 10%；隨后通過顆粒分析發(fā)現(xiàn)該批次的破碎料中粗骨料占比 60%～70%，細(xì)料占比 30%～40%；然后測得其壓碎值約為 13%，并通過擊實(shí)試驗(yàn)、CBR 測試和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試證實(shí)該批次粒料符合用于再生粒料的要求，且通過調(diào)整含水率和粗細(xì)骨料配比改善試樣外觀質(zhì)量，當(dāng)粗細(xì)骨料比例 50%～70% 對(duì)產(chǎn)品外觀有明顯改善，后期破碎過程中可調(diào)整破碎工藝對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)控制。

經(jīng)過一系列物理性能測試證實(shí)，該再生骨料屬于Ⅱ級(jí)再生骨料，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行再生骨料混凝土配合比設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求為 C20，再生骨料取代率 100%，因此調(diào)整混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C30 后進(jìn)行下一步計(jì)算；新拌混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性均符合設(shè)計(jì)；28d 后進(jìn)行強(qiáng)度測試，同樣符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。因此可以認(rèn)為，再生粗骨料、再生細(xì)骨料全取代是可行的，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場建筑垃圾的最大資源化利用，顯著降低原材料成本。

通過本項(xiàng)目的積累推進(jìn)、技術(shù)總結(jié)和經(jīng)營思路模式的總結(jié)，有望通過資源循環(huán)再利用使項(xiàng)目形成資源節(jié)約、建筑垃圾資源化，降低類似項(xiàng)目的施工成本。