建筑垃圾资源化利用技术研究现状*?

2018-03-27王信鸽何廷树张凯峰孟刚王晓峰

商品混凝土 2018年10期

王信鸽，何廷树，张凯峰，孟刚，王晓峰

（1. 西安建筑科技大学，陕西西安 710055；2. 中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710010）

0 引言

随着我国城镇化进程加快，大规模基建项目开工建设以及农村危房改造、乡村环境整治等原因，我国每年产生的建筑垃圾在 17 亿吨左右。目前，我国建筑垃圾占各类垃圾总量的 30% 以上，且每年在呈上升趋势。业内专家预计，到 2020 年，我国建筑垃圾产生量将达到 26 亿吨。巨量的建筑垃圾不仅占用土地，还带来一系列环境污染问题。因此，研究开发建筑垃圾资源化利用技术迫在眉睫，意义重大。

1 建筑垃圾定义及分类

建筑垃圾是工程渣土、工程泥浆、工程垃圾、拆除垃圾和装修垃圾等五类的总称，指建设、施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其它废弃物。本文所研究的建筑垃圾主要是指各类建筑物、构筑物等拆除过程中产生的金属、混凝土、沥青、砖瓦、陶瓷、玻璃、木材、塑料等弃料，称之为拆除垃圾。所谓资源化就是使建筑垃圾转化成为有用物质的方法。

2 行业政策环境分析

“十二五”以来，我国相继出台多项建筑垃圾资源化相关政策法规。2011 年，国家发展和改革委员会印发《“十二五”资源综合利用指导意见》和《大宗固体废物综合利用实施方案》（发改环资 [2011]2919号）。两份文件中明确了推广建设工程项目中废弃物生产路面透水砖砌块、混凝土、市政工程制品等再生建材制品、道路基材料，要求全国各地区建立完善的建筑工程废弃物回收利用体系，实施建筑垃圾资源化利用工程。

2013 年，国务院下发《循环经济发展战略及近期行动计划》的通知，推进建筑废物集中处理、分级利用，生产高性能建材产品。要求各地区因地制宜建设建筑废物资源化利用和处理基地。同年，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部共同发布《绿色建筑行动方案》（国办发 [2013]1 号）的通知。方案提出国务院各相关部门要制定实施方案，推行建筑固体废弃物资源化处理工作，各地方政府协同地级以上城市，因地制宜地开展建筑固体废弃物资源化处理工作。

2016 年，中共中央、国务院下发《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》的通知。通知提出力争用 5 年左右的时间，基本建立建筑垃圾回收和再生利用体系的目标。同年 12 月，工业和信息化部、住房和城乡建设部印发《建筑垃圾资源化利用行业规范条件》、《建筑垃圾资源化利用行业规范条件公告管理暂行办法》。文件对建设建筑垃圾处理厂、运行及行业监管等多方面提出了全面的要求。

2017 年，国家发展和改革委员会发布《循环经济发展评价指标体系（2017 年版）》，该通知中将城市建筑垃圾资源化处理率首次纳入城市评价指标体系，并且评价结果将作为今后申请相关资金、政策支持的重要参考。

2018 年初，住房和城乡建设部印发《关于开展建筑垃圾治理试点工作的通知》（建城函[2018]65 号）通知。决定在北京市、郑州市等 35 个城市（区）开展建筑垃圾治理试点工作。要求各试点城市（区）要合理布局消纳处置、资源化利用设施，加快设施建设，推动资源化利用，提高建筑垃圾再生产品质量，研究制定再生产品的推广应用政策，制定专门实施方案。

近年来，国家各部委、各地政府及行业协会陆续发布了建筑垃圾资源化利用相关政策法规及指导意见。这为行业发展做出了顶层设计，规范了资源化处理处置设施设备及运用的建设标准，进行了形式多样的商业开发探索，开创了多种发展模式，树立了一批行业发展示范标杆，为建筑垃圾资源化利用打下了坚实的基础。

3 建筑垃圾预处理相关技术

3.1 国内外建筑垃圾预处理技术现状

国外发达国家将建筑垃圾资源化利用作为长期国家战略，通过法律保障、政府支持及先进技术开发与应用，实现建筑垃圾的资源化利用。美、日及欧盟等发达国家和地区基本已实现建筑垃圾资源化处理。以美、德为例，美国的再生产业规模就达 2400 亿美元，与其汽车业相当；德国有 200 家左右的建筑垃圾处理企业，年营业额超过 20 亿欧元。在立法方面，美国《超级基金法》、德国《废物处理法》等法律法规，明确各方权责，确立“谁产生谁负责”的基本原则，强调建筑垃圾源头处理，为预处理及资源化产品阶段减轻压力。

建筑垃圾资源化利用分为三个等级，包括低级利用、中级利用及高级利用。当前，国外发达国家建筑固废资源化利用主要集中在低级利用以及中级利用。比如在美国，现场分拣利用、一般性回填处理等低级利用占比大概为 50%～60%，作为再生砂石骨料用于建筑工程、道路工程及制备砌体材料的等约占比 40%。目前，世界上最大的建筑垃圾资源化处理工厂位于德国。这家工厂每小时可生产 1200 吨建筑垃圾再生建材。

与国外发达国家相比，我国建筑垃圾资源化利用率偏低。建筑垃圾的处理处置处在简单化、无序化的初级状态。一方面，城市缺乏长远可持续的发展规划。建设项目中的设计、施工与拆除工程采用的多为传统的粗放型生产方式，直接造成大量的建筑固废垃圾的产生。另一方面，对于各类建筑垃圾未实施分类回收及有组织的消纳和资源化管理。政府各级监管部门未对建筑固废垃圾的生产者规定其强制回收的义务。建筑垃圾被随意填埋或倾倒处理，而建筑垃圾处置企业却因缺乏生产原材料，处于停产或者亏损状态[1]。

3.2 建筑垃圾预处理技术现状

3.2.1 预处理技术

建筑垃圾资源化利用预处理的工艺一般可划分为破碎、筛分及分选除杂等环节。

破碎是建筑垃圾预处理技术的核心内容。这个工艺过程能够影响设备的生产能力及能源消耗，还能影响建筑垃圾再生骨料产品的粒形、粒度分布、粉料率等性能，并最终影响生产线的经济效益。建筑固废垃圾的物料，硬度上看强度中等偏软，表面裂缝较多，一般有挤压式破碎（包括颚式破碎和圆锥破碎）和冲击式破碎（常见的有反击式破碎、立式冲击破碎和锤式破碎）两种处理方法。

筛分也是建筑垃圾资源化预处理的重要环节。包括建筑垃圾中渣土等杂物的筛分分离和破碎后再生骨料分级筛分。常用设备包括振动筛、滚筒筛、棒条筛等。

分选除杂包括人工和机械分选两种。机械分选主要包括风选、磁选、水力浮选等，是根据建筑垃圾中杂物在尺寸、磁性、比重等物理特性的不同进行高效分离的。人工分选主要针对金属、玻璃、陶瓷、旧衣物等杂物。在预处理过程中，因建筑固废垃圾中所含杂质种类繁多，除杂过程往往是多种分选方法并用，如浮选应与人工拣选、风选、磁选等除杂工艺相配合的除杂方式。

3.2.2 预处理工艺的环保技术

建筑垃圾资源化预处理过程的环保除尘技术应用较多的是脉冲布袋除尘和喷雾抑尘。脉冲布袋除尘技术属于过滤式除尘的一种，具有突出的优点和性能指标：脉冲袋除尘器体积小、重量轻；维修方便、简单；除尘效率高，与电除尘器相比更具优越性。目前，多数建筑垃圾资源化处理厂家都会选择脉冲袋式除尘器除尘，并通过多点布置，达到良好的除尘效果。例如，北京首钢建筑垃圾处置厂将除尘器分别设置在第一次破碎、2 号筛及反击破、3 号筛等处。

在建筑垃圾处置过程中，砖、混凝土在破碎过程中易产生大量粉尘，袋式除尘装置能够有效地控制预处理过程中的扬尘问题，实现清洁环保生产。同时，收集的粉尘可作为矿物掺合料应用在建材中。

喷雾抑尘是指用水作为除尘的介质，利用雾炮机通过高压泵、微细雾化喷嘴将水雾化，再利用风机风量和风压将雾化后的水雾送到较远距离，使得水雾到达较远距离同时能够覆盖更大面积，水雾与粉尘凝结后降落，从而达到降尘目的。在实际应用中，可在雾炮喷雾中增加抑尘剂，以降低水的表面张力，改变亲水性，从而避免粉尘带静电，实现微尘融入水滴，通过重力自然落地，实现降尘。一旦粉尘和水的混合物落地后，表层会形成一固化物，将粉尘固化在其之下，避免二次扬尘。

3.2.3 预处理技术发展趋势

砖混分离技术。当前，我国建筑垃圾资源化处理缺少在源头分类，必然在处理厂过程过涉及“二次分类”问题。在现有资源化处理工艺的链条上，添加“砖混分离”的处理工艺是对建筑垃圾预处理工艺路线的优化和提升。“砖混分离”的核心是“形状分离”，结合“水力淘汰”的水力浮选技术，经过分离分类处理的骨料能够高附加值利用再生建材产品的应用，提高建筑垃圾资源化产品的经济效益。

骨料整形强化技术及装备。一般来说，经过资源化处理的再生骨料具有针片状颗粒较多、表面粗糙且包裹水泥砂浆以及表面存在大量微裂缝等性状，其综合性能明显劣于天然骨料。因此，对破碎后的骨料颗粒进一步整形强化处理，使其综合性能达到甚至高于天然骨料是未来预处理技术的重要课题。再生骨料整形强化有化学方法和物理方法。常规的化学强化处理方法是利用酸液实现骨料强化，但是处理工艺成本高，且存在二次污染风险，目前不具备工业化应用条件。机械方法就是使用机械加工设备，通过骨料之间的相互撞击、磨削等机械作用除去表面黏附的水泥砂浆和颗粒棱角。这种处理方法在国外被广泛采用，主要有卧式回转研磨法、立式冲击整形法、加热研磨法等。

人工智能分选技术。选用视觉系统，依靠机器人来分选建筑垃圾。智能机器人采取色彩分选法，通过颜色来甄别砖和混凝土等建筑垃圾。建筑垃圾中许多的轻质物，如塑料垃圾袋、电线皮、木屑及装修装潢的石膏板、涂料等，可以用色彩分选法将它们从建筑垃圾中挑选出来。例如，日本东京近郊一家废弃物处理厂 Shitara Kousan 引入了 4 个形似人手臂的智能机器人，机器人通过传感器对传送带上的垃圾进行扫描检测，能同步识别出不同材质的垃圾，主要用来把混在建筑垃圾里的混凝土、金属、木材、塑料等可以循环再利用的垃圾挑选出来。芬兰 ZenRobotics 公司与我国江苏绿和环境科技有限公司就中国首个建筑混合（装修）垃圾无害化处理项目开展合作，试验阶段其有效分拣率可达 98%。

4 建筑垃圾资源化再生产品技术

4.1 再生混凝土

利用建筑垃圾预处理生产的微粉、骨料可制备普通再生混凝土及透水混凝土等产品。薛翠真等人[2]将建筑垃圾废砖块磨细，与其他工业废渣、激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料制备了 C30 混凝土。试验结果表明，合适掺量的该粉体材料可提高混凝土的强度和抗渗性能，最佳掺量为 30%。建筑垃圾复合粉体材料改善了混凝土水化产物组成和内部孔结构，从而提高了混凝土强度及抗渗性能。黄修林等人[3]采用废弃混凝土水泥石粉与高炉矿渣、烟气脱硫石膏等混合粉磨制备再生复合微粉，替代Ⅱ级粉煤灰添加到普通 C30 混凝土中，起到改善混凝土工作性能和长期强度的作用。赵刘阳等人[4]采用选择性自磨及分选方法，以其中强度较高的物料破碎分级后作透水混凝土骨料制备透水混凝土。结果表明，当骨料级配为 9.5～4.75mm占 64.8%、4.75～2.36mm 占 16.2%，水泥用量为 18% 时，试件的孔隙率、透水系数、抗压抗折强度均达到了《透水水泥混凝土路面技术规程》的指标要求。重庆大学熊枫[5]、李乐继[6]通过强化技术制备高品质的再生骨料以不同比例替代天然骨料制备再生混凝土。试验最佳配合比条件下的再生混凝土应用于重庆地区框架建筑填充墙，其热工参数满足标准的建筑热工设计要求，其建筑模型全年采暖和空调建筑能耗比普通混凝土填充墙时节能了24.61%。

4.2 再生砂浆

建筑垃圾微粉、细骨料可以制备预拌砂浆。魏小凡等人[7]将废弃的混凝土块经过粉碎处理后，筛选出尺寸在 0.15～4.75mm 的再生骨料替代天然砂作为细骨料，研究建筑垃圾对砂浆基本性能的影响。试验表明：随着建筑垃圾再生骨料掺量的增加，再生砂浆产品的体积密度逐渐增加，孔隙率和吸水率逐渐减小，7d 和 28d 的强度均呈现为增大的趋势。冯文利[8]利用再生细骨料与新型纤维素醚复合使用，再生细骨料已成功用于抹灰砂浆，所制备得到的抹灰砂浆，其性能满足国家标准要求，并已成功应用于建筑工程。王申宁[9]利用在建筑垃圾破碎生产再生骨料的过程中收集的粒径小于 75μm 的超细粉取代砂浆中的水泥或粉煤灰以及将超细砖粉取代砂浆中的水泥制备再生砂浆。掺加了建筑垃圾超细粉和超细砖粉的砂浆,保水性要优于普通砂浆。建筑垃圾超细粉的掺入对砂浆的抗冻性能影响不大。

4.3 再生混凝土制品

建筑垃圾再生骨料可以制备砌块等再生混凝土制品作为墙体材料应用在建设工程中。赵训等人[10]利用建筑垃圾骨料、EPS 保温板等原材料制备建筑垃圾自温砌块，当再生骨料砂率为 45% 时，抗压强度达到最大值 10.4MPa。李聪等人[11]以贵州饭店项目为载体，利用C40 混凝土破碎自制的再生骨料添加水泥和水后搅拌成型砌块达到设计强度等级为 MU10，针对施工项目固体废弃物的特点，探索出了适合施工单位的建筑垃圾处理的途径。陈燕菲等人[12]采用陈积粉煤灰和再生混凝土骨料等质量替代部分水泥和机制砂，制备了建筑垃圾小型空心砌块，再生骨料全部替代机制砂，添加沉积灰仍可制得强度大于 10.0MPa 的砌块。