廣州市建筑廢棄物在公路工程上的再生利用研究

楊明

一、概述

建筑垃圾的再生利用是建筑全壽命周期中的一個重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)建筑領(lǐng)域資源節(jié)約和節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著環(huán)保意識的不斷深化，世界各國都在加強建筑垃圾再生利用的技術(shù)研究，建筑垃圾再生集料技術(shù)已成為國外工程界和學術(shù)界共同關(guān)注的熱點和前沿課題。

日本、美國、德國等國家憑借經(jīng)濟實力與科技優(yōu)勢，發(fā)展了許多再生集料制備技術(shù)及再生集料混凝土應(yīng)用技術(shù)，通過制定并執(zhí)行適合國情的且技術(shù)水平先進的再生骨料標準，實質(zhì)性推動了建筑垃圾資源化事業(yè)的快速發(fā)展，實現(xiàn)了高水平的建筑垃圾處理利用，達到了較高的建筑垃圾處理利用率和資源化水平。

我國在該領(lǐng)域起步較晚，但伴隨建筑垃圾再生骨料相關(guān)系列技術(shù)標準的出臺，將切實有利于解決我國因建筑垃圾引發(fā)的一系列關(guān)系環(huán)境、資源與社會的矛盾難題。我國在建筑垃圾再生集料利用方面也出臺了諸多政策，編制了建筑領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。但由于建筑再生混凝土往往涉及結(jié)構(gòu)強度和安全，致使主管部門和技術(shù)人員顧慮重重，因此即使在建筑工程領(lǐng)域再生集料以及再生集料混凝土的實際應(yīng)用仍然處于初級階段，成功應(yīng)用案例仍然較少。

而道路工程則不同，道路工程中一般對強度要求不高，特別是路面基層和墊層等，強度要求只需幾個MPa，不涉及到安全問題。更重要的是道路工程中再生集料應(yīng)用量巨大，廢棄物再生集料的應(yīng)用潛力非常大。將建筑廢棄物有效利用于道路工程可能是解決建筑垃圾圍城、資源再利用的最快速、最簡易和最有效的途徑之一。

就廣州來說，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們對生活質(zhì)量要求的日益提高，地方政府對環(huán)境保護和整治的力度不斷加大。一方面，采取措施嚴格限制了采石場的范圍和數(shù)量，這使得工程的建設(shè)成本上升。另一方面，城鎮(zhèn)道路和公路的修筑需要大量的、性能適用的集料等建筑材料。而廣州市每年排放的各類建筑垃圾高達1000萬噸，加上近十年的建筑垃圾積存量約6000萬噸，每年需要占用6000畝的填埋場。中心城區(qū)建筑垃圾的總受納量只占總排放量的32.78 %。巨量的建筑垃圾已成為城市化進程的主要障礙。因此如果通過技術(shù)進步和科學管理，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，最大限度地將建筑垃圾再生集料應(yīng)用于公路和城鎮(zhèn)道路工程中，可以變廢為寶，節(jié)約資源、減少對環(huán)境的負面影響，并降低工程建設(shè)成本。同時，合理有效地將建筑廢棄物再利用也是政府部門、工程設(shè)計和施工單位以及每個工程技術(shù)人員的社會責任。建設(shè)行業(yè)的垃圾理應(yīng)由建設(shè)行業(yè)來處理和消化，這也應(yīng)該成為每個城市建設(shè)工作者的共識。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

（一）國外再生骨料利用現(xiàn)狀

1.美國

美國每年根據(jù)再生骨料規(guī)范將1億噸混凝土廢棄物加工成骨料投入工程建設(shè)，并通過這種使用途徑實現(xiàn)了建筑垃圾再利用。據(jù)悉，再生骨料占美國建筑骨料使用總量的5 %。在美國，68 %的再生骨料被用于道路基礎(chǔ)建設(shè)，美國現(xiàn)在已有超過20個州在公路建設(shè)中采用再生混凝土，6 %被用于攪拌混凝土，9 %被用于攪拌瀝青混凝土，3 %被用于邊坡防護，7 %被用于回填基坑，7 %被用在其他地方。

2.德國

二戰(zhàn)后，德國面臨大規(guī)模建設(shè)，這對原材料需求量很大。同時，很多建筑垃圾要從被戰(zhàn)爭摧毀的城市中運走。一邊急需原材料，一邊是大量建筑垃圾需清理，建筑垃圾資源化被提上議程。1955年至今，德國的建筑垃圾再生工廠僅柏林就有20多個，已加工了約1150萬m3再生骨料，這些再生骨料用來建造了約17.5萬套住房。與此同時，德國通過征收建筑垃圾處理費來減少建筑垃圾產(chǎn)生，對未處理的建筑廢棄物按500歐元/t的標準征收處理費。目前，世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的建筑垃圾處理廠就在德國，每小時可生產(chǎn)1200 t建筑垃圾再生材料。德國約有200家建筑垃圾消納企業(yè)，年營業(yè)額達20億歐元。

3.日本

日本國土面積小，資源匾乏，原材料價格遠高于歐洲，而且建筑業(yè)發(fā)展速度非常快，在日本立法中資源再利用企業(yè)、政府都將建筑廢棄物視為“建筑副產(chǎn)品”，各方責任明確，以“誰生產(chǎn)，誰負責”為原則實現(xiàn)97 %以上的高效利用。2007年的調(diào)查顯示，日本建筑工地產(chǎn)生的廢棄物總量有6380萬噸，其中最終作為垃圾處理的僅有402萬噸，再資源化的比例達92.2 %。日本的垃圾分類要求十分嚴格，所以日本設(shè)計出產(chǎn)的建筑垃圾分揀機械效率很高，破碎、分離、篩選，甚至輻射監(jiān)測都可一條龍完成，對于混凝土之類的建筑垃圾，或分離為骨料重新利用，或破碎后用于道路工程、回填土和碎石料等鋪設(shè)。對再生骨料混凝土的強度、耐久性、吸水性、配合比、耐凍性等也進行了全面系統(tǒng)的研究。

（二）我國再生骨料研究現(xiàn)狀

1.我國再生骨料技術(shù)研究現(xiàn)狀概述

我國對再生混凝土的研究目前尚處于初開始階段，廢棄混凝土的回收利用、資源化還未被人們足夠重視，但一些關(guān)注這一領(lǐng)域的科研機構(gòu)已經(jīng)開始了研究，并對再生骨料混凝土的物理化學性質(zhì)和實際應(yīng)用做了初步理論研究。重點研究內(nèi)容集中在對再生骨料混凝土的強度大小、和易性好壞、表觀密度大小、彈性模量大小、極限拉伸以及高強高性能化等方面。

張晏清通過建筑廢渣作為再生骨料，研究該再生混凝土的基本性能。研究中提出原材料的強度越高，再生骨料的強度越高，所制備的再生混凝土強度就越高；如使用的建筑廢渣為磚塊時，還需考慮吸水率問題；通過添加磨細礦渣來節(jié)約水泥用量并增加再生混凝土強度。

王健等在同配合比下研究再生混凝土流動性、保水性、黏聚性，他們的試驗主要針對再生骨料混凝土的施工性能和力學性能。試驗結(jié)果表明，在相同配合比下，再生骨料混凝土流動性略為降低，保水性、黏聚性較好，立方體抗壓強度略高于同配合比天然骨料混凝土，這一研究結(jié)果也驗證了用廢棄混凝土做骨料代替粗骨料配制再生混凝土是可行的結(jié)論。

戈雪良通過利用普通高強混凝土的生產(chǎn)工藝結(jié)合當?shù)卦牧祥_發(fā)高強再生骨料混凝土的研制，研制結(jié)果是配制成功了強度達60 MPa的再生骨料混凝土，這一研究為再生混凝土的實際應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

孔德玉對粗骨料強度及水灰比對混凝土強度的影響開展了研究。研究結(jié)果表明：水灰比、粗骨料壓碎指標在一般情況下與混凝土強度緊密相關(guān)，并提出了鮑羅米統(tǒng)一公式，這一公式指出了天然粗骨料混凝土、再生粗骨料混凝土28 d抗壓強度與水灰比、粗骨料壓碎指標之間的關(guān)系，試驗驗證出實測值與計算值相差不大。這說明當水泥和用水量條件不變時，鮑羅米統(tǒng)一公式可用來估計不同粗骨料混凝土的28 d抗壓強度。

以上研究成果表明，再生骨料混凝土的物化性能會隨著原材料性能改變而改變，而再生骨料的性能又會隨不同地域、不同生產(chǎn)條件、不同自然氣候條件、不同來源等各種因素的影響而有所不同，這增加了再生集料實際應(yīng)用的難度。

2.我國再生骨料的相關(guān)國家標準

我國在20世紀90年代初期就已開展進行建筑垃圾處理和利用的相關(guān)研究，在再生骨料的生產(chǎn)與應(yīng)用方面取得了一定的成果。但由于諸多客觀原因的限制，我國的建筑垃圾處理利用水平長年維持在較低的水平。縱觀其中原因，建筑垃圾處理利用相關(guān)技術(shù)標準匱乏就是一個亟待解決的重要影響因素。令人可喜的是，經(jīng)過中國建筑科學研究院等國內(nèi)相關(guān)科研技術(shù)力量的不懈努力。從2010年起，國家產(chǎn)品標準《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）和《混凝土和砂漿用再生細骨料》（GB/T 25176-2010）以及行業(yè)工程標準《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 240-2011）陸續(xù)發(fā)布，填補了我國長期以來的技術(shù)標準空白，從根本上為再生粗骨料和再生細骨料的生產(chǎn)、應(yīng)用提供了合法可行的技術(shù)支撐，從而保證了再生粗骨料和再生細骨料的產(chǎn)品質(zhì)量與實際應(yīng)用，為我國建筑垃圾資源化事業(yè)的開展進行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

3.廣州市建筑廢棄物應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)市城管部門近幾年對我市建筑廢棄物的排放統(tǒng)計，我市建筑廢棄物平均年產(chǎn)生量約為4000萬噸左右，其中，建筑余泥占了總量的60%，拆除舊建筑物所產(chǎn)生的廢混凝土塊、廢磚瓦、廢砂漿，約占了排放總量的25%，年產(chǎn)生量約1000萬噸，建筑廢棄物總利用量不到100萬噸。

為積極探索我市建筑廢棄物再生集料在工程建設(shè)領(lǐng)域循環(huán)利用的有效途徑，促進廣州生態(tài)文明建設(shè)，促進建筑廢棄物等“城市礦產(chǎn)”的開發(fā)利用，我市先后出臺了《廣州市建筑廢棄物循環(huán)利用的主要技術(shù)路徑》、《廣州市建筑廢棄物再生建材產(chǎn)品推廣使用辦法》、《廣州市建筑廢棄物循環(huán)利用工作方案》等文件規(guī)定。這些方案的出臺有效推動了建筑廢棄物再生集料的應(yīng)用工作，但是，由于缺乏有效的技術(shù)依據(jù)，大大阻礙了再生集料在道路工程的應(yīng)用步伐。

三、建筑廢棄物再生集料應(yīng)用研究

（一）建筑廢棄物再生集料主要分類

建筑廢棄物按照組成成分可以分為：渣土、混凝土塊、無機穩(wěn)定材料、磚、石、木材、金屬以及舊包裝等，當中的廢混凝土塊、廢舊無機穩(wěn)定材料、石、廢磚、廢砂漿經(jīng)裂解、破碎、清洗和篩分等加工處理可以得到再生集料，符合規(guī)定要求的再生集料可用于公路和城鎮(zhèn)道路路基、路面基層和墊層中。建筑廢棄物再生集料可按照磚集料含量分為混凝土再生集料、磚混再生集料和磚再生集料3大類。各類再生集料的技術(shù)指標差異性較大，分別適用于不同的工程部位。

（二）建筑廢棄物再生集料生產(chǎn)工藝

根據(jù)廣州市行政范圍內(nèi)建筑廢棄物的性狀，一般的再生利用工藝流程為：收料（分類堆放）→分揀雜物→機械解小→上料→破碎→篩分（磁選、風選、水選）→各檔骨料（一級產(chǎn)品）。其中，核心設(shè)備為“破碎→篩分生產(chǎn)線”，主要包括：反擊式破碎機、篩分設(shè)備、磁吸分揀設(shè)備、風選除雜設(shè)備及其他配套機械，設(shè)備如下圖所示。

（三）建筑廢棄物再生集料適用范圍

依據(jù)建筑廢棄物再生集料的室內(nèi)試驗結(jié)果，各類再生集料在道路工程中使用時，其適用范圍如表1所示。

四、存在問題及工作展望

國內(nèi)尚未有建筑廢棄物再生集料在路基路面工程中應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范，也未有相關(guān)驗收規(guī)范，這給廣州地區(qū)建筑廢棄物再生集料的大規(guī)模推廣應(yīng)用帶來了阻礙。因此廣州地區(qū)急需編制專門針對于建筑廢棄物再生集料在路基路面工程中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和驗收規(guī)范。

下一步工作展望：

1.通過一批示范工程的建設(shè)總結(jié)推廣建筑廢棄物再生集料技術(shù)的應(yīng)用。通過示范工程總結(jié)，形成市政工程建筑廢棄物“減量化”和“資源化”技術(shù)與管理的新模式，為廣州市建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市提供有力的技術(shù)保障。

2.優(yōu)先考慮建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定（底）基層和級配碎石層，經(jīng)科研試驗研究和實體工程驗證，進而開展廣州市地方標準《廣州市再生集料路面基（墊）層應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的編制工作。該地方性標準的出臺將用于指導建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定（底）基層和級配碎石層的施工應(yīng)用和驗收，有望填補該領(lǐng)域的空白，推進廣州地區(qū)建筑垃圾資源的合理有效利用和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

3.完善建筑廢棄物集料的再生技術(shù)。目前廣州市相關(guān)企業(yè)已通過技術(shù)改造和創(chuàng)新，形成成套的建筑廢棄物集料再生設(shè)備，基本可以滿足大規(guī)模工程施工的需要。但從原材料技術(shù)指標的檢測結(jié)果看，尚有提升的空間，因此仍需開展技術(shù)改進和工藝完善工作：如解決木屑等有機輕物質(zhì)不能與再生集料分離、揚塵和破碎粉料尚無法利用、仍無法實現(xiàn)完全充分利用和零排放等問題。

4.開拓建筑廢棄物再生集料的應(yīng)用范圍，通過技術(shù)更新與工藝改進，將建筑廢棄物再生集料應(yīng)用于排水磚、排水基層以及再生集料輕質(zhì)土等建筑材料中，增加消耗渠道、提高回收使用效率。