建筑垃圾再生骨料產業環境及綜合利用研究進展

黃柯柯，陶冶，張德強，張良，譚立清

（1. 廣東基業長青建筑科技有限公司，廣東 廣州 510000； 2. 湖南建工混凝土有限公司，湖南 長沙410005；3. 湖南錦程高新混凝土有限公司，湖南 長沙 410005）

隨著城市化進程的加快、城市老舊建筑和基礎設施的改造，產生了大量的建筑垃圾。目前，我國建筑垃圾的數量已占城市垃圾總量的 30%～40%[1]。2016 年 12月，中國砂石協會發布的 《促進綠色砂石骨料生產與應用行動方案》中指出，我國城市老舊建筑和基礎設施的改造產生大量的建筑廢棄物，其中廢棄混凝土量最大，年產生量達 25 億噸（不含廢棄土），但綜合利用率不足 10%。目前，建筑垃圾主要用來一般性回填，這種粗獷式處置方式造成了土地資源的占用、自然環境的污染、市容和生活環境的破壞等危害，建筑垃圾的處理與資源化成為我國城市化推進過程中的一大難題。

建筑垃圾資源化可分為次級資源化和原級資源化[2]。目前，拆除類的建筑垃圾主要是次級資源化，用來一般性回填、混凝土砌塊、免燒磚、透水磚、景觀磚的制備。原級資源化是建筑垃圾處理最理想、最優的資源化方式，同時，具有良好的經濟效益。建筑垃圾再生骨料就是建筑垃圾原級資源化的重要組成部分。建筑垃圾的有效資源化處理，在變廢為寶、實現綠色再生利用的同時，又有良好的經濟效益和重要的社會意義，建筑垃圾再生骨料的研究已經成為國內外的一項重要課題。

1 建筑垃圾現狀及政策

根據《城市建筑垃圾和工程渣土管理規定（修訂稿）》，建筑垃圾是指建設、施工單位或個人對各類建筑物、構筑物等進行建設、拆遷、修繕及居民裝飾房屋過程中所產生的余泥、余渣、泥漿及其他廢棄物。建筑垃圾按來源可分為土地開挖、道路開挖、舊建筑物拆除、建筑施工和建材生產垃圾五類。圖 1 為前瞻產業研究院統計的 2013～2017 我國建筑垃圾產量，2013 年建筑垃圾的產量為 18 億噸，2017 年增長至 23.79 億噸，增長率為 32.2%。2017 年北京市、上海市和深圳市建筑垃圾處理產業需求規模為分別為 0.678 億噸、0.802億噸、0.677 億噸，同比增長率分別為 17.3%、12.6%和 15.9%。建筑垃圾的處理與資源化成為亟待解決的一大問題。

圖1 2013～2017 我國建筑垃圾產量

隨著我國經濟的迅速發展，政府對節能減排、環境保護要求的日益提高，在建筑垃圾資源化方面，國家制訂了一系列法律法規、專項規劃及財政優惠政策。2018 年 3 月，住房和城鄉建設部印發《關于開展建筑垃圾治理試點工作的通知》，《通知》要求，要合理布局消納處置、資源化利用設施，加快設施建設，推動資源化利用，提高建筑垃圾再生產品質量，研究制定再生產品的推廣應用政策，決定在廣州市、深圳市、東莞市等 35 個城市（區）開展建筑垃圾治理試點工作。2017年 8 月，住房城鄉建設部印發《住房城鄉建設科技創新“十三五”專項規劃的通知》，指出：發展低環境影響和資源高效利用的綠色施工技術體系，開展固體廢棄物等污染物的排放源、定量數據、影響及控制技術研究，推動建筑垃圾減量化、無害化及資源化利用。2017 年 1月，國務院印發《“十三五”節能減排綜合工作方案的通知》中提出：選擇 50 個左右地級及以上城市規劃布局低值廢棄物協同處理基地，完善城市廢棄物回收利用體系，推動建筑垃圾等城市典型廢棄物集中處理和資源化利用。

2016 年 5 月，國務院辦公廳《關于促進建材工業穩增長調結構增效益的指導意見》，指出：積極利用尾礦廢石、建筑垃圾等固廢替代自然資源，發展機制砂石、混凝土摻合料、砌塊墻材、低碳水泥等產品。2016年 10 月，工業和信息化部關于印發《建材工業發展規劃（2016－2020 年）的通知》，在保證產品質量和生態安全的前提下，在水泥、混凝土、墻體材料和機制砂石等產品中提高消納產業廢棄物能力，逐步增加可消納固廢的品種。2014 年 5 月，廣州市城鄉建設委員會關于印發《廣州市預拌砂漿管理規定的通知》，指出鼓勵預拌砂漿企業使用允許利用的建筑廢棄物、工礦固體廢棄物制造的機制砂。

2015 年 6 月，財政部和國家稅務總局印發了《資源綜合利用產品和勞務增值稅優惠目錄》，其中規定：建筑垃圾資源綜合利用項目，享受通知規定的增值稅即征即退政策。2015 年 12 月，廣州市住建委、城管委、財稅局印發《廣州市建筑廢棄物綜合利用財政補貼資金管理試行辦法》，指出建筑廢棄物處置補貼資金按再生建材產品中建筑廢棄物的實際利用量予以補貼，補貼標準為每噸 2 元；生產用地補貼資金對符合補貼條件的企業的廠區用地，結合企業的生產規模予以補貼，補貼標準按每月每平方米 3 元。當年度可用補貼資金不足時，補貼資金按照企業實際利用建筑廢棄物量所占年度全部實際利用建筑廢棄物總量比例計算。

2 砂石骨料現狀及政策

2016 年 12 月，中國砂石協會發布的《砂石骨料工業“十三五”發展規劃》中指出：砂石骨料市場需求持續增長，年產量已達到 200 多億噸。目前，在建筑用砂方面，我國南端本地河砂供應能力遠比不上市場需求，海南建筑用砂頻頻告急，廣東部分地區則正在經歷建筑用砂供給不足的窘境。未來，廣東 9 市地區的粵港澳大灣區的城市群建設和海南全境自由貿易港建設建筑用砂量將形成我國南端砂石需求大區。當兩大區域規劃完成正式進入建設階段，建筑用砂供應或成為市場焦點。

雖然海砂開采、淡化海砂在該地區規模較大，但當前我國加強了非法河砂、海砂開采的打擊與規范行動，會導致天然砂的產量驟減。2016 年 11 月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于全面推行河長制的意見》，明確到 2018 年年底前全面建立河長制，將從源頭根本遏制河道非法采砂，保護天然資源和河道景觀。2016 年 12 月，《長江中下游干流河道采砂規劃（2016－2020 年）》獲水利部批復。《規劃》確定長江中下游干流河道年度采砂控制總量為 8330 萬噸，較上輪共減少 1390 萬噸。長江流域減少的天然砂石骨料將由機制砂石企業供應。2017 年 10 月，廣東省人民政府辦公廳、廣東省人民政府辦公廳《關于推動我省海域和無居民海島使用“放管服”改革工作的意見》，規范海砂開采管理。中國海監廣東省總隊從 2018 年 3 月 30日開始開展為期一個月的“靖海 2018-3”珠江口海域海砂開采專項執法行動。廣東、廣西、海南三省區于 5月 28 日至 6 月 26 日開展為期一個月的三省交界海域聯合執法專項行動，違法采砂、傾倒等行為將“頂格”處罰。廣東同步部署粵西湛江、茂名、陽江三市開展海洋與漁業“靖海 2018-4”和“亮劍 2018-5”專項執法行動，廣西部署“廣西亮劍 2018-3”專項執法行動，海南部署“護藍打非 2018”專項執法行動。

天然砂石骨料緊缺，機制砂的推廣迫在眉睫，政策鼓勵與支持機制砂的研發、推廣與應用。《關于全面推行河長制的意見》明確促進機制砂石的研發和生產，使我國砂石骨料行業健康發展。《長江中下游干流河道采砂規劃（2016－2020 年）》指出，流域減少的天然砂石骨料將由機制砂石企業供應。《砂石骨料工業“十三五”發展規劃》明確了建筑廢棄物等加工生產再生砂石骨料，再生骨料比例占機制砂總產量的 20% 以上。2017 年 1 月，中國砂石協會發布《促進綠色砂石骨料生產與應用行動方案》，指出：不斷提高工業固體廢棄物再生利用的比例，提高再生骨料產品的功能性和附加值。要加大固廢技術和裝備的研發，對城市建筑、道路瀝青混凝土廢棄物進行處理，使資源再生利用。建筑垃圾再生骨料于 2010 年取得了實質性的進展，GB /T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》和 GB/T 25176—2010《混凝土和砂漿用再生細骨料》兩個規范的頒布，為我國再生骨料在工程中的應用提供了技術支持。

3 國內外建筑垃圾再生骨料研究進展

建筑垃圾再生骨料已成為世界各國關注的研究方向之一，國外早在 20 世紀 40 年代開始對建筑垃圾資源化進行研究，后期更是制定相關法律和行業標準來確保研究和應用的順利進行，很多國家在建筑垃圾資源化技術上的研究和應用上均領先我國。早在 1982 年，美國已將破碎的廢棄水泥混凝土作為混凝土粗骨料加以應用[3]。德國于 1994 年建立了首個利用再生骨料混凝土建造的大型建筑物——德國聯邦環保局總部大樓，該國又于 1996 年利用再生骨料混凝土建成了Diepmannsbach 大橋，其中再生骨料用量幾乎占混凝土總用量的 50%[4]。德國、日本、韓國均設立技術成熟的建筑廢物處理廠、再生骨料加工廠等，極大地提高了廢棄混凝土的資源利用率，具有良好的示范作用[5]。我國學者起步較晚，從 20 世紀末期著手廢棄混凝土再生骨料的研究和應用[6,7]。

世界各國眾多學者研究表明，廢棄混凝土再生粗骨料與天然粗骨料相比，表觀密度小于天然骨料，吸水率、壓碎指標則高于天然骨料[5,8]。Lee 等人[9]研究發現利用再生骨料制備的再生混凝土受壓后產生裂縫多貫穿骨料且裂紋較大，同時再生混凝土中的新界面過渡區的顯微硬度較低，另外老界面過渡區其顯微硬度比新界面過渡區約低 41%。Zhang 和 Wang[10]針對建筑垃圾再生骨料的外觀形狀進行研究并利用統計學方法研究了對再生骨料的外形對再生混凝土的影響。

再生骨料物理強化技術的作用在于通過減少老砂漿含量來降低再生骨料孔隙率和吸水率。再生骨料物理強化法主要有機械研磨、加熱研磨、顆粒整形等[11]。Bru等[12]利用微波輔助機械研磨法對再生骨料進行改性。馬新偉等[13]通過廢棄混凝土高溫處理技術與脫水水泥漿再水化活性研究，實現再生骨料和水泥漿的分離。

李秋義等[14]通過再生骨料整形處理，使得其表面附著的泥漿剝落，骨料粒形改善，骨料性能提升。韓碧瑩等[15]研究發現經顆粒整形強化后的再生骨料對環境影響折減的效果明顯，具有顯著的環境效益。

再生骨料化學強化技術是利用化學漿液浸泡填充再生骨料孔隙結構，減少微裂紋的存在，從而強化再生骨料。化學物質主要有聚合物、有機硅防水劑、水泥等[16]。Kou et al[17]和楊寧[18]研究了聚乙烯醇改性再生骨料，改性后再生骨料性能明顯改善。Zhu et al[19]和Spaeth et al[20]利用硅烷聚合物改性再生骨料，再生骨料的吸水性得到改善。朱亞光和徐培蓁[21]通過使用 PVA和有機硅將簡單破碎再生骨料改性處理，研究其對再生骨料吸水性能的影響。發現：在 24h 吸水率的條件下PVA 改性再生骨料的吸水性效果優于硅烷改性處理，同時使用硅烷和 PVA 在有效濃度為 10% 時再生骨料吸水率降低幅度最大。劉曉冬等人[22]分別用純水泥漿液、外摻 30% 礦粉的水泥漿液、外摻 10% 硅粉的水泥漿液，針對再生骨料表面細紋與微小裂縫進行加強處理，其中經過水泥外摻硅粉對再生骨料力學性能改善效果最為明顯。陳建良和倪竹萍[23]采用機械攪拌及化學浸泡處理后再生骨料混凝土的性能進行了試驗研究，發現：采用機械研磨結合有機硅防水劑浸泡的方法處理后，再生混凝土的抗壓強度降低，但其它性能提高；利用機械研磨結合聚乙烯醇浸泡的方法處理再生粗骨料，混凝土的和易性、抗壓強度、抗滲性和抗凍性均有所提高。

4 結論與展望

一方面，建筑垃圾基數巨大，并且日益增多，造成建筑垃圾處理需求量巨大。另一方面，資源短缺問題日益突出，優質的天然砂石骨料日益稀少，繼續開采將導致自然景觀和生態環境遭到嚴重破壞，國家已經出臺多項政策禁止非法采砂。環境資源問題更加突出。在國家大力推行可持續發展的政策條件下，建筑垃圾資源化將是社會發展的需求，也是發展的大勢所趨。

通過對建筑垃圾和砂石骨料現狀及政策的分析以及再生骨料的研究進展論述，建筑垃圾再生骨料應用技術研究需要進一步深化。促進再生骨料的推廣應用，有利于緩解天然骨料的供求矛盾，走綠色建材發展之路，將會產生不可估量的環境效應、經濟效應和社會效應。