廢尼龍?jiān)偕炷谅访娲u的經(jīng)濟(jì)性分析

劉 榮 自

(揚(yáng)州職業(yè)大學(xué), 江蘇 揚(yáng)州 225009)

隨著中國建筑業(yè)的迅速發(fā)展,大量的老舊建筑物或構(gòu)筑物拆除導(dǎo)致大量的建筑垃圾產(chǎn)生,因此，廢棄混凝土再生利用已成為混凝土研究領(lǐng)域中的一個熱點(diǎn)問題。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),中國建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的1/3以上[1]，不僅造成了環(huán)境污染,又浪費(fèi)了能源。因此，我國政府大力提倡和發(fā)展建筑垃圾的回收再利用。但目前只有極少數(shù)的再生骨料混凝土應(yīng)用于地基、路面和非承重結(jié)構(gòu)的低強(qiáng)度混凝土,絕大部分的廢棄混凝土還沒有得到較好的回收利用。對廢尼龍?jiān)偕炷恋难芯窟€處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,主要是將廢尼龍作為礦物摻合料用于配制再生混凝土制品。

1 廢尼龍對再生混凝土制品的性能影響

再生混凝土的主要材料為廢棄混凝土,正常狀態(tài)下,當(dāng)再生混凝土與普通混凝土的水灰比相同時,其抗壓強(qiáng)度要比普通混凝土低15%左右[2],但兩者之間的相差幅度會隨著時間的變長而減小。再生混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度一樣,隨著周期的增長,再生混凝土與天然骨料混凝土的抗拉強(qiáng)度之差也會增大,直到時間持續(xù)到第28天左右,才會保持齡期基本不變[3]。然而,如果在再生混凝土中摻加廢尼龍纖維,則可以提高相應(yīng)強(qiáng)度。具體影響如下:

1.1 增強(qiáng)基體性能

將尼龍纖維摻入水泥或混凝土基體中,尼龍纖維能夠增強(qiáng)基體性能,影響因素主要有纖維體積摻量、粘接強(qiáng)度、界面結(jié)構(gòu)、纖維直徑和長度直徑比、纖維的分布方向與分布間距等。尼龍纖維與混凝土具有良好的粘結(jié)性,與水泥具有良好的相容性,與普通有機(jī)合成纖維相比更加纖細(xì),纖維的摻量和纖維長度是影響混凝土力學(xué)性能的主要因素。

1.2 改善混凝土的性能和硬化狀態(tài)

如果在混合水中加入兩種相同數(shù)量的尼龍纖維和聚丙烯纖維,在相同時間內(nèi)尼龍纖維在溶液中擴(kuò)散速度比聚丙烯纖維要快,擴(kuò)散范圍要廣,這表明尼龍纖維能夠更好地粘結(jié)在混凝土里,能在更大體積混凝土內(nèi)擴(kuò)散,所以尼龍纖維比聚丙烯纖維更能夠改善混凝土的性能和硬化狀態(tài)。

1.3 提高混凝土的抗沖擊性能

尼龍纖維性能特點(diǎn)是彈性模量較高和抗拉強(qiáng)度高,并且混凝土在承受沖擊過程中,纖維不易折斷,可以吸收大量的沖擊能量,延緩混凝土的裂紋擴(kuò)展。因此，在混凝土中摻尼龍纖維可以大大提高混凝土的抗沖擊性能,并隨著纖維量的增加，抗沖擊能力進(jìn)一步提高。但隨著摻量的增加,混凝土抗沖擊性能的增長速度會逐漸變緩。

2 廢尼龍?jiān)偕炷谅访娲u的定性經(jīng)濟(jì)分析

為了更具體地闡釋廢尼龍對再生混凝土制品的作用,用路面磚做以下分析。影響廢尼龍?jiān)偕炷链u應(yīng)用的關(guān)鍵因素是尼龍纖維的加入量、水泥和水膠比的降低量。另外，影響廢尼龍?jiān)偕炷链u應(yīng)用的因素還有如下：

2.1 設(shè)備及工藝水平

再生骨料生產(chǎn)設(shè)備及工藝水平,直接影響再生骨料的生產(chǎn)成本、銷售價(jià)格和利潤,進(jìn)而影響廢尼龍?jiān)偕炷链u的生產(chǎn)成本。廢尼龍?jiān)偕炷链u的生產(chǎn)需要通過一定的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn),再生骨料的生產(chǎn)設(shè)備及工藝水平的選擇將直接影響廢棄混凝土回收。因此，生產(chǎn)廢尼龍?jiān)偕炷链u在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。

2.2 地區(qū)人口密度和城市發(fā)展水平

地區(qū)人口密度和城市發(fā)展水平?jīng)Q定著城市混凝土的用量和廢棄混凝土的產(chǎn)生數(shù)量,進(jìn)而決定了廢尼龍?jiān)偕炷链u的經(jīng)濟(jì)成本。在人口密度越大和發(fā)展水平越高的城市和地區(qū),市場對混凝土的需求量越高,相對廢棄混凝土的產(chǎn)量也越多,為廢尼龍?jiān)偕炷链u創(chuàng)造了相對越多的原材料。

2.3 水泥價(jià)格

水泥的價(jià)格直接影響廢棄混凝土的應(yīng)用,是推動廢尼龍?jiān)偕炷链u應(yīng)用的最大動力。

2.4 政府的相關(guān)規(guī)定

政府對于建筑垃圾處理費(fèi)的相關(guān)規(guī)定及對回收利用建筑垃圾的政策扶持同樣影響廢尼龍?jiān)偕炷链u應(yīng)用的成本。

在國外,很多國家和地區(qū)實(shí)現(xiàn)了對再生骨料生產(chǎn)的財(cái)政和稅收上的扶持，積極鼓勵用再生骨料生產(chǎn),從而降低業(yè)主和拆除舊建筑成本,使再生骨料比天然骨料更具有競爭力。

在國內(nèi)如揚(yáng)州,早在2004年,市政府就出臺了《揚(yáng)州市市區(qū)城市建筑垃圾和工程渣土管理辦法》,特別強(qiáng)調(diào)了建筑垃圾處理企業(yè)對各類建筑垃圾的回收利用的方案。

3 廢尼龍?jiān)偕炷谅访娲u定量經(jīng)濟(jì)分析

3.1 全壽命周期生產(chǎn)成本的計(jì)算

本研究中廢尼龍?jiān)偕炷谅访娲u使用的原材料包括廢棄混凝土、水泥、水、纖維、再生骨料、天然砂石、外加劑等。廢尼龍?jiān)偕炷谅访娲u生產(chǎn)可分解為:天然骨料的生產(chǎn)與運(yùn)輸、廢棄混凝土的拆除及運(yùn)輸、再生骨料的制備、廢尼龍?jiān)偕炷恋闹苽浜蛷U尼龍?jiān)偕炷谅访娲u的生產(chǎn)。

首先做生產(chǎn)成本分析。在只考慮原材料成本的情況下,廢尼龍?jiān)偕炷链u與天然骨料混凝土磚的生產(chǎn)成本中的材料費(fèi)見表1所示。天然骨料混凝土磚與廢尼龍?jiān)偕炷链u成本的差異,主要在材料上,其中廢尼龍的成本價(jià)格為0,而磚的制作工藝和流程是相同的,并且直接人工成本和制造費(fèi)用所需的成本也是一樣的。

1m3天然骨料混凝土磚與廢尼龍?jiān)偕炷链u的生產(chǎn)成本計(jì)算步驟如下:

(1)人工費(fèi)。混凝土磚人工費(fèi)由普工費(fèi)和技工費(fèi)組成。1m3天然骨料混凝土磚與1m3廢尼龍?jiān)偕炷链u費(fèi)用相同，其中，普工費(fèi)：180元/工日×0.212工日=38.16元；技工費(fèi)：220元/工日×0.33工日=72.6元。共計(jì)110.76元。

(2)材料費(fèi)。1m3廢尼龍?jiān)偕炷链u與1m3天然骨料混凝土磚的生產(chǎn)成本材料費(fèi)已在表1中列出，表中各材料單價(jià)為進(jìn)行本課題試驗(yàn)時，調(diào)查揚(yáng)州市2018年3月、4月的建材市場價(jià)格所得。

表1 廢尼龍?jiān)偕炷链u與天然骨料混凝土磚的生產(chǎn)成本材料費(fèi)分析表

(3)其他費(fèi)用。1m3廢尼龍?jiān)偕炷链u與1m3天然骨料混凝土磚的生產(chǎn)成本其他費(fèi)用均由折舊費(fèi)、修理費(fèi)、水電費(fèi)、低值易耗品攤銷、管理費(fèi)組成，且費(fèi)用相同，均為:14+5+3.86+0.60+8.75=32.21元。

(4)合計(jì)?；炷链u的生產(chǎn)成本由人工費(fèi)、材料費(fèi)、其他費(fèi)用匯總而成。匯總可得：1m3天然骨料混凝土磚總成本為447.30元；1m3廢尼龍?jiān)偕炷链u總成本為352.70元。

1m3廢尼龍?jiān)偕炷链u相較于天然骨料混凝土磚,成本節(jié)約了447.30-352.70=94.60元,約占27%。

選用L14(4＾4),進(jìn)行正交試驗(yàn)因素水平的設(shè)計(jì)，見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平確定表

按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提取如下數(shù)據(jù)，具體參數(shù)見表3。

表3 正交試驗(yàn)抗折數(shù)據(jù)處理

由表可知,天然骨料混凝土磚中,纖維摻量增加0.5%,水泥用量減少20g,水膠比降低12%,鑄就廢尼龍?jiān)偕炷链u,抗折強(qiáng)度增加17%,原材料成本下降約占25 %?；趯?shí)驗(yàn)成果,提取如下數(shù)據(jù)，具體參數(shù)見表4。

表4 正交試驗(yàn)抗壓數(shù)據(jù)處理

由表可知，天然骨料混凝土磚中,纖維摻量增加1.5%,水泥用量減少60g,水膠比降低10%,鑄就廢尼龍?jiān)偕炷链u,抗折強(qiáng)度增加24%。原材料成本下降約27%。

綜上可知,天然骨料混凝土磚通過一定的纖維配比,可以使廢尼龍?jiān)偕炷链u的抗壓和抗折性能達(dá)到最優(yōu),原材料成本明顯下降。

3.2 全壽命周期環(huán)境成本分析(碳排放的計(jì)算)

隨著社會的不斷進(jìn)步、科技的迅速發(fā)展,人們對環(huán)境要求也越來越高。一般情況下,環(huán)境成本包括實(shí)物型損失和功能性損失。實(shí)物型損失,比如由于環(huán)境質(zhì)量下降而導(dǎo)致的各種產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量下降以及人體健康損害等如表5至表7;功能性損失,比如美學(xué)景觀價(jià)值損失和休閑娛樂損失。因此,建筑材料應(yīng)用于建筑產(chǎn)品中,除了需要滿足我們生存居住的基本需求之外,不斷減小環(huán)境成本將是我們的重要目標(biāo)和要求。

表5 材料碳排放系數(shù) 單位：kg·t-1

表6 不同運(yùn)輸方式的單位能耗

表7 部分燃料的有效CO2排放系數(shù)F

4 結(jié)論

通過以上研究可以得出以下結(jié)論:

(1)采用廢尼龍?jiān)偕炷辽a(chǎn)磚制品能有效降低造價(jià),節(jié)約成本。

(2)天然骨料混凝土磚通過一定的纖維配比,可以使廢尼龍?jiān)偕炷链u的抗壓和抗折性能達(dá)到最優(yōu),可以降低原材料成本。

(3)用廢棄混凝土生產(chǎn)再生骨料，加入廢棄的尼龍纖維,鑄就廢尼龍?jiān)偕炷链u,既可以節(jié)省自然資源的使用,又可以減少天然石材的開采以及建筑垃圾的排放,從而減輕環(huán)境的污染。

(4)廢尼龍?jiān)偕炷链u中廢棄的尼龍纖維加入量甚微,其造成的環(huán)境污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土磚生產(chǎn)時減少的水泥等造成的環(huán)境污染量。

綜上,廢尼龍?jiān)偕炷链u對比傳統(tǒng)的天然骨料混凝土磚,環(huán)境成本降低,如果大規(guī)模使用,將會對改善環(huán)境做出一定的貢獻(xiàn)。