工程渣土免燒磚的環(huán)境與經(jīng)濟效益分析

一、研究背景及意義

隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，高層建筑、地下交通設(shè)施、地下綜合管廊等建設(shè)項目普遍增多，工程渣土產(chǎn)量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計，每10000m2建筑施工過程中會產(chǎn)生500～600t的建筑渣土，我國建筑渣土的數(shù)量占城市固體廢棄物總量的30％～40％，截至2020年，我國城市的存量建筑垃圾已超過30×108t，每年至少還有3×108t的增量。在城市建設(shè)和發(fā)展的新形勢下，保持市容市貌和環(huán)境清潔美化的同時，探索城市建設(shè)垃圾處理相關(guān)方面的問題勢在必行。建筑垃圾是各類建筑物及其附屬設(shè)施在施工、改造、裝修、拆除、鋪設(shè)過程中產(chǎn)生的各種固體廢物，而建筑渣土是建筑垃圾中的工程渣土，不包括其他建筑廢物如廢舊混凝土、碎磚瓦、廢瀝青、廢舊管材、廢舊木材等。整個渣土的運輸和消納過程都需要花費建設(shè)方大量金錢，損耗企業(yè)的財力、物力與人力。因此，如果能在施工現(xiàn)場附近就地用最簡單和最快速的方式將建筑渣土消耗利用掉，不僅能解決當前建筑渣土的處置問題，同時還能為建設(shè)方節(jié)省處置渣土的費用，提高建設(shè)方利益。

由于環(huán)保要求越來越嚴格，設(shè)備投入成本低、占地面積小的免燒磚是目前資源化利用最主要的方式，十分有利于現(xiàn)場的就地建設(shè)生產(chǎn)線，且免燒磚渣土利用率極高，材料成本非常低，環(huán)境污染小，符合我國“保護農(nóng)田、節(jié)約能源、因地制宜、就地取材”的發(fā)展建材總方針。同時將工程渣土制備而成的免燒磚還能夠現(xiàn)場應用于建筑施工的使用，如利用于磚胎膜結(jié)構(gòu)，臨時和永久性結(jié)構(gòu)如集水井、排水溝等，性能較好的還可放在隔墻中使用。因此免燒磚無疑是工程渣土現(xiàn)場就地利用最佳的方式。

二、環(huán)境效益分析

免燒磚能很好地解決目前建筑廢棄物處理帶來的社會問題和環(huán)境問題，以“變廢為寶”和“就地利用”的方式，高效且高增值地實現(xiàn)建筑固體廢棄物的資源化利用，具有很好的社會效益和環(huán)境效益。本文主要從技術(shù)的碳排放方面進行計算和分析該技術(shù)的環(huán)境效益優(yōu)勢。

（一）水泥碳排放量

水泥是國民經(jīng)濟中最重要的一種原材料，2020年世界水泥總產(chǎn)能39.62億噸，我國就占了其中的約60%?！吨袊ㄖ牧瞎I(yè)碳排放報告》中指出，我國建筑材料工業(yè)碳排放為14.8億噸，水泥工業(yè)就占到了83%，碳排放量為12.3億噸，其中，二氧化碳排放量占大頭的兩項分別為碳酸鹽分解和化石燃料燃燒，電力消耗間接產(chǎn)生了大約8955萬噸的二氧化碳排放量。水泥生產(chǎn)過程中碳排放巨大，依據(jù)《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》準入值，本文綜合計算了水泥生產(chǎn)過程中化石燃料燃燒、碳酸鹽分解、熟料制備電力、水泥制備電力這四項主要的碳排放，得出了生產(chǎn)每噸水泥需要產(chǎn)生約667.8kgCO2。各項碳排放占比為碳酸鹽分解60%，化石燃料燃燒34%，熟料制備購入電力2%，水泥制備電力4%，由此可知，水泥生產(chǎn)碳排放中，原材料碳酸鹽分解占主要部分，其次就是高溫煅燒水泥所用的化石燃料燃燒。

（二）煅燒余泥碳排放

考慮到殘積土余泥為殘積土利用干篩法制備殘積土再生砂生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，因此干篩法部分的碳排放不計入殘積土余泥的生產(chǎn)過程的碳排放計算當中。殘積土余泥僅需經(jīng)過750℃煅燒2h即可得到煅燒余泥，余泥煅燒過程中并未有原料分解產(chǎn)生的CO2氣體，因此整個殘積土余泥生產(chǎn)過程的碳排放主要就是煅燒余泥過程中的化石燃料燃燒和電力導致的碳排放。水泥化石燃料燃燒的碳排放能夠依據(jù)《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》準入值進行計算，而準入值是通過統(tǒng)計全國水泥生產(chǎn)過程中的化石燃料使用情況得到的，殘積土余泥并沒有這類型的標準可參考。此外，考慮到現(xiàn)場生產(chǎn)的需要，因此殘積土余泥的煅燒過程使用電爐，碳排放也通過電爐煅燒過程的電耗進行計算。

通過咨詢洛陽卓新窯爐科技，考慮小型生產(chǎn)，以爐膛尺寸為800×500×500mm的箱式電阻爐為例，其設(shè)計功率為28kw，恒溫功率為18kw。電爐升溫速率為10～15℃/min。以單爐每次煅燒0.2m3殘積土余泥計算，殘積土余泥的體積密度經(jīng)測得為1.007×103kg /m3，單天煅燒5次，則每天能生產(chǎn)1m3約1t煅燒余泥。而每生產(chǎn)1t煅燒余泥的碳排放，每天首次升溫電耗按1h計為28kw，每天單次恒溫電耗為36kw·h，每生產(chǎn)1t煅燒余泥電耗為208kw·h，碳排放區(qū)域電網(wǎng)平均CO2排放因子按文獻取0.8，則每生產(chǎn)1t煅燒余泥的碳排放為166.4kg。

由此可知，每生產(chǎn)1t煅燒余泥的碳排放為166.4kg，僅為每噸水泥生產(chǎn)碳排放667.8kg的24.92%。

（三）煅燒余泥使用對碳排放的貢獻

以煅燒余泥內(nèi)摻取代水泥制備渣土免燒磚為例，計算摻合料煅燒余泥的使用對碳排放的貢獻。據(jù)統(tǒng)計，煅燒余泥完全取代偏高嶺土內(nèi)摻取代15%水泥，會引起免燒磚抗壓強度損失7.58%。由于煅燒余泥的取代導致的強度損失也可通過減少水泥的使用量來實現(xiàn)，因此采用等強度時計算煅燒余泥使用帶來的碳排放貢獻。

使用復合膠凝材料（煅燒余泥-水泥）時渣土免燒磚的抗壓強度為10.96MPa，使用膠凝材料（水泥）時渣土免燒磚的抗壓強度為11.86MPa，則兩種膠凝材料在等強度使用效用上為煅燒余泥-水泥：水泥=10.96：11.86=0.924：1，即使用0.924份膠凝材料（水泥）便可達到1份復合膠凝材料（煅燒余泥-水泥）的強度效果。

經(jīng)驗證，每使用1t復合膠凝材料（煅燒余泥-水泥）的碳排放為592.59kg，每使用0.924t膠凝材料（水泥）的碳排放為617.05kg。由以上計算可知，等強度下，每使用1t復合膠凝材料（煅燒余泥-水泥），其碳排放為592.59kg，相比全部使用膠凝材料（水泥）的碳排放617.05kg而言，碳排放減少3.96%。采用水泥新型干法生產(chǎn)技術(shù)的槐坎南方綠色低碳生產(chǎn)線，較減量置換前的同等規(guī)模生產(chǎn)線，其化石燃料碳排放相對減少約15%，有效提高了能源利用效率，降低了水泥生產(chǎn)過程約5%的碳排放，煅燒余泥的使用帶來的碳排放貢獻是非常可觀的。同時，渣土免燒磚的現(xiàn)場制備，將大大降低渣土外運處理和磚材運輸過程中的碳排放。

（四）渣土免燒磚碳排放

目前建筑渣土的資源化利用主要是將其制備為燒結(jié)磚，為了對比兩者的碳排放，通過查詢GB/T51366-2019《建筑碳排放計算標準》，得到了燒結(jié)粘土實心標準磚的碳排放為357kgCO2/m3，換算成單磚碳排放為0.521kgCO2/塊；同時考慮外購的燒結(jié)磚運輸?shù)浆F(xiàn)場的過程中也會產(chǎn)生碳排放，經(jīng)查詢得到標準中輕型汽油貨車運輸（載重2t）的碳排放因子為0.334kgCO2/（t·km），按照運輸距離50km計算，單磚運輸碳排放為0.058kgCO2/塊，最終外購燒結(jié)磚綜合單磚碳排放為0.579kgCO2/塊。

渣土免燒磚的生產(chǎn)過程中涉及到碳排放的主要有使用水泥、渣土烘干和篩分、混合料攪拌、免燒磚成型產(chǎn)生的碳排放，本文結(jié)合該技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備的能耗分析，計算得出渣土免燒磚碳排放，如表1所示。

由計算分析可知，渣土免燒磚的碳排放遠低于傳統(tǒng)的燒結(jié)磚，MU20強度內(nèi)的碳排放量平均降低33.4%，MU10強度磚的降幅高達57.5%。因此，該技術(shù)和產(chǎn)品的減碳效益非常明顯，符合國家綠色環(huán)保的發(fā)展政策，也將為實現(xiàn)“雙碳目標”做出貢獻。

三、經(jīng)濟性分析

（一）渣土免燒磚成本分析

以MU5等級的免燒磚測算制磚成本，渣土免燒磚單塊制備需要的混合料質(zhì)量約為3.5kg。其中水泥用量為0.149kg，按照水泥價格為605元/噸計算，水泥成本是0.090元/塊；渣土用量為2.826kg，按照渣土（烘干、篩分）處理成本的平均值為49元/噸計算，渣土處理成本是0.138元/塊；混合料攪拌和免燒磚壓制成型的單磚成本約為0.007元。綜合上述可得出免燒磚的生產(chǎn)成本約為0.235元/塊（未考慮人工和場地成本）。若考慮現(xiàn)場制備渣土免燒磚，以深圳為例，按照渣土外運處理成本為200元/噸計算，可節(jié)省渣土外運處理成本約為0.565元/塊。

以相同方法計算MU10、MU15和MU20等級的免燒磚制磚成本，具體計算結(jié)果如表2所示。

（二）渣土免燒磚的經(jīng)濟效益計算

為了更好地對比渣土免燒磚與市售免燒磚的生產(chǎn)成本，通過廣聯(lián)達平臺查詢了深圳市目前常用標準實心磚的市場價格，如表3所示。

渣土免燒磚的經(jīng)濟效益主要包含兩方面，一是施工現(xiàn)場制備，節(jié)省了土方的外運處理成本；二是節(jié)省了從外面購置免燒磚的費用。建筑廢渣混凝土實心磚與渣土免燒磚最相似，因此綜合考慮外運處理成本和節(jié)省外購建筑廢渣混凝土實心磚的費用，可得到渣土免燒磚的經(jīng)濟效益，如表4所示。

結(jié)語：

通過計算與實驗分析可知，渣土免燒磚的碳排放遠低于傳統(tǒng)的燒結(jié)磚，MU20強度內(nèi)的碳排放量平均降低33.4%，MU5強度磚的降幅高達57.9%。該技術(shù)和產(chǎn)品的減碳效益非常明顯，符合國家綠色環(huán)保的發(fā)展政策，也將為實現(xiàn)“雙碳目標”做出貢獻。因此，渣土免燒磚具有顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。