工程渣土免燒磚的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益分析

一、研究背景及意義

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高層建筑、地下交通設(shè)施、地下綜合管廊等建設(shè)項(xiàng)目普遍增多，工程渣土產(chǎn)量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每10000m2建筑施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生500～600t的建筑渣土，我國(guó)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(guó)城市的存量建筑垃圾已超過(guò)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(shì)下，保持市容市貌和環(huán)境清潔美化的同時(shí)，探索城市建設(shè)垃圾處理相關(guān)方面的問(wèn)題勢(shì)在必行。建筑垃圾是各類(lèi)建筑物及其附屬設(shè)施在施工、改造、裝修、拆除、鋪設(shè)過(guò)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(gè)渣土的運(yùn)輸和消納過(guò)程都需要花費(fèi)建設(shè)方大量金錢(qián)，損耗企業(yè)的財(cái)力、物力與人力。因此，如果能在施工現(xiàn)場(chǎng)附近就地用最簡(jiǎn)單和最快速的方式將建筑渣土消耗利用掉，不僅能解決當(dāng)前建筑渣土的處置問(wèn)題，同時(shí)還能為建設(shè)方節(jié)省處置渣土的費(fèi)用，提高建設(shè)方利益。

由于環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)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(chǎng)的就地建設(shè)生產(chǎn)線(xiàn)，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(guó)“保護(hù)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(shí)將工程渣土制備而成的免燒磚還能夠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用于建筑施工的使用，如利用于磚胎膜結(jié)構(gòu)，臨時(shí)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(wú)疑是工程渣土現(xiàn)場(chǎng)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(lái)的社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題，以“變廢為寶”和“就地利用”的方式，高效且高增值地實(shí)現(xiàn)建筑固體廢棄物的資源化利用，具有很好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。本文主要從技術(shù)的碳排放方面進(jìn)行計(jì)算和分析該技術(shù)的環(huán)境效益優(yōu)勢(shì)。

（一）水泥碳排放量

水泥是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)就占了其中的約60%。《中國(guó)建筑材料工業(yè)碳排放報(bào)告》中指出，我國(guó)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(xiàng)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(wàn)噸的二氧化碳排放量。水泥生產(chǎn)過(guò)程中碳排放巨大，依據(jù)《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》準(zhǔn)入值，本文綜合計(jì)算了水泥生產(chǎn)過(guò)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(xiàng)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(xiàng)碳排放占比為碳酸鹽分解60%，化石燃料燃燒34%，熟料制備購(gòu)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(guò)程中的副產(chǎn)物，因此干篩法部分的碳排放不計(jì)入殘積土余泥的生產(chǎn)過(guò)程的碳排放計(jì)算當(dāng)中。殘積土余泥僅需經(jīng)過(guò)750℃煅燒2h即可得到煅燒余泥，余泥煅燒過(guò)程中并未有原料分解產(chǎn)生的CO2氣體，因此整個(gè)殘積土余泥生產(chǎn)過(guò)程的碳排放主要就是煅燒余泥過(guò)程中的化石燃料燃燒和電力導(dǎo)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(zhǔn)入值進(jìn)行計(jì)算，而準(zhǔn)入值是通過(guò)統(tǒng)計(jì)全國(guó)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的化石燃料使用情況得到的，殘積土余泥并沒(méi)有這類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)可參考。此外，考慮到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要，因此殘積土余泥的煅燒過(guò)程使用電爐，碳排放也通過(guò)電爐煅燒過(guò)程的電耗進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)咨詢(xún)洛陽(yáng)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(jì)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(jì)算，殘積土余泥的體積密度經(jīng)測(cè)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(jì)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(xiàn)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(duì)碳排放的貢獻(xiàn)

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

使用復(fù)合膠凝材料（煅燒余泥-水泥）時(shí)渣土免燒磚的抗壓強(qiáng)度為10.96MPa，使用膠凝材料（水泥）時(shí)渣土免燒磚的抗壓強(qiáng)度為11.86MPa，則兩種膠凝材料在等強(qiáng)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(dá)到1份復(fù)合膠凝材料（煅燒余泥-水泥）的強(qiáng)度效果。

經(jīng)驗(yàn)證，每使用1t復(fù)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(jì)算可知，等強(qiáng)度下，每使用1t復(fù)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(xiàn)，較減量置換前的同等規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)，其化石燃料碳排放相對(duì)減少約15%，有效提高了能源利用效率，降低了水泥生產(chǎn)過(guò)程約5%的碳排放，煅燒余泥的使用帶來(lái)的碳排放貢獻(xiàn)是非常可觀的。同時(shí)，渣土免燒磚的現(xiàn)場(chǎng)制備，將大大降低渣土外運(yùn)處理和磚材運(yùn)輸過(guò)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(duì)比兩者的碳排放，通過(guò)查詢(xún)GB/T51366-2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，得到了燒結(jié)粘土實(shí)心標(biāo)準(zhǔn)磚的碳排放為357kgCO2/m3，換算成單磚碳排放為0.521kgCO2/塊；同時(shí)考慮外購(gòu)的燒結(jié)磚運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生碳排放，經(jīng)查詢(xún)得到標(biāo)準(zhǔn)中輕型汽油貨車(chē)運(yùn)輸（載重2t）的碳排放因子為0.334kgCO2/（t·km），按照運(yùn)輸距離50km計(jì)算，單磚運(yùn)輸碳排放為0.058kgCO2/塊，最終外購(gòu)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(guò)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(jì)算得出渣土免燒磚碳排放，如表1所示。

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

三、經(jīng)濟(jì)性分析

（一）渣土免燒磚成本分析

以MU5等級(jí)的免燒磚測(cè)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(jià)格為605元/噸計(jì)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(jì)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(chǎng)地成本）。若考慮現(xiàn)場(chǎng)制備渣土免燒磚，以深圳為例，按照渣土外運(yùn)處理成本為200元/噸計(jì)算，可節(jié)省渣土外運(yùn)處理成本約為0.565元/塊。

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

（二）渣土免燒磚的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

為了更好地對(duì)比渣土免燒磚與市售免燒磚的生產(chǎn)成本，通過(guò)廣聯(lián)達(dá)平臺(tái)查詢(xún)了深圳市目前常用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)心磚的市場(chǎng)價(jià)格，如表3所示。

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

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析可知，渣土免燒磚的碳排放遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的燒結(jié)磚，MU20強(qiáng)度內(nèi)的碳排放量平均降低33.4%，MU5強(qiáng)度磚的降幅高達(dá)57.9%。該技術(shù)和產(chǎn)品的減碳效益非常明顯，符合國(guó)家綠色環(huán)保的發(fā)展政策，也將為實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”做出貢獻(xiàn)。因此，渣土免燒磚具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。