建筑垃圾資源化利用原地再生循環技術

沈玉，巨高權

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710016）

0 前言

我國基礎設施建設快速發展，舊路、橋梁等改造拆除日益增加，建筑垃圾越來越多，既浪費土地和資源，又污染環境，同時還引發了資源短缺等諸多問題，已成為我國可持續發展的瓶頸。而另一方面，項目建設過程中需要大量的臨時工程基礎建設，包括施工便道、臨時場站硬化處理、現澆混凝土結構的墊層混凝土等。作為臨時結構使用服役周期短、長期耐久性要求不高，若能將現場拆除的建筑垃圾經分揀、剔除、破碎處理后，就地取材，因地制宜地用于施工現場臨時工程的建造，不僅可降低工程成本，還可實現建筑固體廢棄物的循環再生利用，促進循環經濟，對于建設資源節約、環境友好型社會具有重要意義。

本文以施工項目為依托，經過前期調研、資料收集、方案論證、工藝實施、試驗論證等一系列措施，建立一套完整的施工現場建筑固體廢棄物再生利用的技術方案。該技術可指導施工現場建筑固體廢棄物的破碎、分篩、性能評估、配合比設計、混凝土性能評價等，使其可用于施工便道、臨時場站硬化處理、現澆混凝土結構的墊層混凝土等臨時工程，實現建筑垃圾的源頭消解，促進 “綠色化”施工，促進資源的可循環利用，降低工程造價和建筑垃圾運輸處理成本，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、水泥和外加劑質量檢測、配合比設計等準備。

（2）在現場妥善劃分區域，便于將破碎分篩后的再生骨料按照粒徑級配、質量等級分類保存，保持干燥。

1.2 破碎、分篩

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

（2）二次破碎階段：使用破碎機將大于 40mm 的混凝土塊進行二次破碎。

（3）篩分階段：經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

再生粒料應用施工工藝流程見圖 1，再生骨料應用施工工藝流程見圖 2。

圖1 建筑固體廢棄物現場作為粒料施工工藝流程圖

圖2 建筑固體廢棄物現場作為 再生混凝土骨料施工工藝流程圖

2 工藝要點

2.1 再生骨料復配

推薦使用連續級配的再生粗骨料和 2 級級配的再生細骨料作為混凝土骨料，具體標準參見表 1。

表1 再生粗骨料顆粒級配

2.2 配合比設計

（1）使用Ⅰ類再生粗骨料，不使用再生細骨料時，配合比設計參照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》設計。

表2 再生細骨料顆粒級配

（2）使用Ⅰ類再生粗骨料，并使用再生細骨料時，根據再生細骨料摻量適當調整減水劑用量，使混凝土流動性滿足施工要求。

（3）使用Ⅱ類、Ⅲ 類再生粗骨料時，根據骨料品質和取代量適當將設計強度提高 1～2 個等級（取代量＜30% 時，提高 1 個強度等級；取代量≥30% 時，提高 2 個強度等級），細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。通過調節減水劑用量調整再生混凝土的流動性。

2.2.1 計算試配強度

其中：

fcu,0——試配強度，MPa；

fcu,k——根據骨料質量調整后的設計強度，MPa；

σ——標準差。標準差值的選擇如表 3 所示。

表3 標準差 σ 值 MPa

2.2.2 膠凝材料 28d 抗壓強度計算

其中：

fb——膠凝材料 28 天的抗壓強度，MPa；

γf、γs——粉煤灰和粒化高爐礦渣粉影響系數，按表 4 選擇；

表4 粉煤灰影響系數 γf 和 粒化高爐礦渣粉影響系數 γs

γce——水泥強度等級的富余系數，根據表 5 選擇。

表5 水泥強度等級值的富余系數 γce

2.2.3 確定水膠比

其中：

αa、αb——粗骨料回歸系數，選擇碎石對應的參數，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 實際用水量

其中：

mw0’——未摻外加劑時的計算用水量，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）

根據表 8 選擇，當坍落度大于 60mm 時，按坍落度每增加 20mm，砂率增加 1% 調整。

表8 混凝土的砂率 %

2.2.8 質量法計算骨料用量

其中：

mg0、ms0——單方粗、細骨料用量，kg/m3；

mcp——單方混凝土拌合物的假定質量，kg/m3。

2.3 混凝土性能測試

（1）檢測新拌混凝土工作性能，需滿足施工現場需求。

（2）檢測硬化后混凝土力學性能，抗壓強度試件加載速率 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，根據工程環境選擇相應耐久性指標進行檢測，抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等。

3 設備參數

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

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

4 質量保證措施

4.1 原材料質量控制措施

（1）水泥儲存在水泥灰罐內，水泥入罐時必須進行過篩，避免有結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）根據施工特點選擇合適的外加劑。

4.2 施工過程質量控制措施

（1）配合比計算準確，應結合配合比設計規范和預試驗結果，選擇最合適的配比。

（2）混凝土配制過程保證規范，從稱量到攪拌時間嚴格控制，并有專人做好相應記錄備案，新拌混凝土性能確保良好后方可進行下一步施工，新拌混凝土若出現分層、離析、泌水等現象時，應立刻檢查水泥質量、外加劑品質、稱量過程等，找出原因并及時調整后，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，也要避免振搗不實導致的蜂窩麻面。

（4）后續養護過程不可忽視。

5 效益分析

5.1 社會效益

通過這種 “自產自銷”的方式處理施工現場的建筑垃圾，為建筑垃圾綠色再生循環利用提出了一種新的模式，為我國傳統模式中由于建筑垃圾產生、再生骨料生產和使用三個過程中的主體各異造成脫節提供了新的出路，也解決了建筑垃圾在運輸過程中由于大量粉塵造成的環境污染，不僅可以降低工程成本，還能夠實現建筑固體廢棄物的循環再生利用，促進循環經濟，具有長遠的社會效益和環保效益。

5.2 經濟效益

再生骨料混凝土現場利用的前期投入包括場地建設和設備購置等，總投入大約 150 余萬元；再生粒料的運輸成本約為 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約 122 元/m3；用于全級配設計的再生混凝土的破碎成本為 40 元/m3，基于此計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可以節約 98 元/m3。

6 結語

以改擴建施工項目為例，拆除的道路、橋梁產生了大量舊瀝青、水穩底基層、混凝土等固體廢棄物，經過破碎、分篩后作為路基粒料使用，并用其配制再生骨料混凝土，用于臨時設施的建造。

首先對再生粒料進行含水率測試，測得其含水率大約為 10%；隨后通過顆粒分析發現該批次的破碎料中粗骨料占比 60%～70%，細料占比 30%～40%；然后測得其壓碎值約為 13%，并通過擊實試驗、CBR 測試和無側限抗壓強度測試證實該批次粒料符合用于再生粒料的要求，且通過調整含水率和粗細骨料配比改善試樣外觀質量，當粗細骨料比例 50%～70% 對產品外觀有明顯改善，后期破碎過程中可調整破碎工藝對其進行適當控制。

經過一系列物理性能測試證實，該再生骨料屬于Ⅱ級再生骨料，根據相應標準進行再生骨料混凝土配合比設計，本項目的設計要求為 C20，再生骨料取代率 100%，因此調整混凝土設計強度為 C30 后進行下一步計算；新拌混凝土的流動性、粘聚性和保水性均符合設計；28d 后進行強度測試，同樣符合強度設計要求。因此可以認為，再生粗骨料、再生細骨料全取代是可行的，可以實現現場建筑垃圾的最大資源化利用，顯著降低原材料成本。

通過本項目的積累推進、技術總結和經營思路模式的總結，有望通過資源循環再利用使項目形成資源節約、建筑垃圾資源化，降低類似項目的施工成本。