建筑垃圾再生骨料产业环境及综合利用研究进展

黄柯柯，陶冶，张德强，张良，谭立清

（1. 广东基业长青建筑科技有限公司，广东 广州 510000； 2. 湖南建工混凝土有限公司，湖南 长沙410005；3. 湖南锦程高新混凝土有限公司，湖南 长沙 410005）

随着城市化进程的加快、城市老旧建筑和基础设施的改造，产生了大量的建筑垃圾。目前，我国建筑垃圾的数量已占城市垃圾总量的 30%～40%[1]。2016 年 12月，中国砂石协会发布的 《促进绿色砂石骨料生产与应用行动方案》中指出，我国城市老旧建筑和基础设施的改造产生大量的建筑废弃物，其中废弃混凝土量最大，年产生量达 25 亿吨（不含废弃土），但综合利用率不足 10%。目前，建筑垃圾主要用来一般性回填，这种粗犷式处置方式造成了土地资源的占用、自然环境的污染、市容和生活环境的破坏等危害，建筑垃圾的处理与资源化成为我国城市化推进过程中的一大难题。

建筑垃圾资源化可分为次级资源化和原级资源化[2]。目前，拆除类的建筑垃圾主要是次级资源化，用来一般性回填、混凝土砌块、免烧砖、透水砖、景观砖的制备。原级资源化是建筑垃圾处理最理想、最优的资源化方式，同时，具有良好的经济效益。建筑垃圾再生骨料就是建筑垃圾原级资源化的重要组成部分。建筑垃圾的有效资源化处理，在变废为宝、实现绿色再生利用的同时，又有良好的经济效益和重要的社会意义，建筑垃圾再生骨料的研究已经成为国内外的一项重要课题。

1 建筑垃圾现状及政策

根据《城市建筑垃圾和工程渣土管理规定（修订稿）》，建筑垃圾是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物等进行建设、拆迁、修缮及居民装饰房屋过程中所产生的余泥、余渣、泥浆及其他废弃物。建筑垃圾按来源可分为土地开挖、道路开挖、旧建筑物拆除、建筑施工和建材生产垃圾五类。图 1 为前瞻产业研究院统计的 2013～2017 我国建筑垃圾产量，2013 年建筑垃圾的产量为 18 亿吨，2017 年增长至 23.79 亿吨，增长率为 32.2%。2017 年北京市、上海市和深圳市建筑垃圾处理产业需求规模为分别为 0.678 亿吨、0.802亿吨、0.677 亿吨，同比增长率分别为 17.3%、12.6%和 15.9%。建筑垃圾的处理与资源化成为亟待解决的一大问题。

图1 2013～2017 我国建筑垃圾产量

随着我国经济的迅速发展，政府对节能减排、环境保护要求的日益提高，在建筑垃圾资源化方面，国家制订了一系列法律法规、专项规划及财政优惠政策。2018 年 3 月，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》，《通知》要求，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，决定在广州市、深圳市、东莞市等 35 个城市（区）开展建筑垃圾治理试点工作。2017年 8 月，住房城乡建设部印发《住房城乡建设科技创新“十三五”专项规划的通知》，指出：发展低环境影响和资源高效利用的绿色施工技术体系，开展固体废弃物等污染物的排放源、定量数据、影响及控制技术研究，推动建筑垃圾减量化、无害化及资源化利用。2017 年 1月，国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案的通知》中提出：选择 50 个左右地级及以上城市规划布局低值废弃物协同处理基地，完善城市废弃物回收利用体系，推动建筑垃圾等城市典型废弃物集中处理和资源化利用。

2016 年 5 月，国务院办公厅《关于促进建材工业稳增长调结构增效益的指导意见》，指出：积极利用尾矿废石、建筑垃圾等固废替代自然资源，发展机制砂石、混凝土掺合料、砌块墙材、低碳水泥等产品。2016年 10 月，工业和信息化部关于印发《建材工业发展规划（2016－2020 年）的通知》，在保证产品质量和生态安全的前提下，在水泥、混凝土、墙体材料和机制砂石等产品中提高消纳产业废弃物能力，逐步增加可消纳固废的品种。2014 年 5 月，广州市城乡建设委员会关于印发《广州市预拌砂浆管理规定的通知》，指出鼓励预拌砂浆企业使用允许利用的建筑废弃物、工矿固体废弃物制造的机制砂。

2015 年 6 月，财政部和国家税务总局印发了《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》，其中规定：建筑垃圾资源综合利用项目，享受通知规定的增值税即征即退政策。2015 年 12 月，广州市住建委、城管委、财税局印发《广州市建筑废弃物综合利用财政补贴资金管理试行办法》，指出建筑废弃物处置补贴资金按再生建材产品中建筑废弃物的实际利用量予以补贴，补贴标准为每吨 2 元；生产用地补贴资金对符合补贴条件的企业的厂区用地，结合企业的生产规模予以补贴，补贴标准按每月每平方米 3 元。当年度可用补贴资金不足时，补贴资金按照企业实际利用建筑废弃物量所占年度全部实际利用建筑废弃物总量比例计算。

2 砂石骨料现状及政策

2016 年 12 月，中国砂石协会发布的《砂石骨料工业“十三五”发展规划》中指出：砂石骨料市场需求持续增长，年产量已达到 200 多亿吨。目前，在建筑用砂方面，我国南端本地河砂供应能力远比不上市场需求，海南建筑用砂频频告急，广东部分地区则正在经历建筑用砂供给不足的窘境。未来，广东 9 市地区的粤港澳大湾区的城市群建设和海南全境自由贸易港建设建筑用砂量将形成我国南端砂石需求大区。当两大区域规划完成正式进入建设阶段，建筑用砂供应或成为市场焦点。

虽然海砂开采、淡化海砂在该地区规模较大，但当前我国加强了非法河砂、海砂开采的打击与规范行动，会导致天然砂的产量骤减。2016 年 11 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推行河长制的意见》，明确到 2018 年年底前全面建立河长制，将从源头根本遏制河道非法采砂，保护天然资源和河道景观。2016 年 12 月，《长江中下游干流河道采砂规划（2016－2020 年）》获水利部批复。《规划》确定长江中下游干流河道年度采砂控制总量为 8330 万吨，较上轮共减少 1390 万吨。长江流域减少的天然砂石骨料将由机制砂石企业供应。2017 年 10 月，广东省人民政府办公厅、广东省人民政府办公厅《关于推动我省海域和无居民海岛使用“放管服”改革工作的意见》，规范海砂开采管理。中国海监广东省总队从 2018 年 3 月 30日开始开展为期一个月的“靖海 2018-3”珠江口海域海砂开采专项执法行动。广东、广西、海南三省区于 5月 28 日至 6 月 26 日开展为期一个月的三省交界海域联合执法专项行动，违法采砂、倾倒等行为将“顶格”处罚。广东同步部署粤西湛江、茂名、阳江三市开展海洋与渔业“靖海 2018-4”和“亮剑 2018-5”专项执法行动，广西部署“广西亮剑 2018-3”专项执法行动，海南部署“护蓝打非 2018”专项执法行动。

天然砂石骨料紧缺，机制砂的推广迫在眉睫，政策鼓励与支持机制砂的研发、推广与应用。《关于全面推行河长制的意见》明确促进机制砂石的研发和生产，使我国砂石骨料行业健康发展。《长江中下游干流河道采砂规划（2016－2020 年）》指出，流域减少的天然砂石骨料将由机制砂石企业供应。《砂石骨料工业“十三五”发展规划》明确了建筑废弃物等加工生产再生砂石骨料，再生骨料比例占机制砂总产量的 20% 以上。2017 年 1 月，中国砂石协会发布《促进绿色砂石骨料生产与应用行动方案》，指出：不断提高工业固体废弃物再生利用的比例，提高再生骨料产品的功能性和附加值。要加大固废技术和装备的研发，对城市建筑、道路沥青混凝土废弃物进行处理，使资源再生利用。建筑垃圾再生骨料于 2010 年取得了实质性的进展，GB /T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》和 GB/T 25176—2010《混凝土和砂浆用再生细骨料》两个规范的颁布，为我国再生骨料在工程中的应用提供了技术支持。

3 国内外建筑垃圾再生骨料研究进展

建筑垃圾再生骨料已成为世界各国关注的研究方向之一，国外早在 20 世纪 40 年代开始对建筑垃圾资源化进行研究，后期更是制定相关法律和行业标准来确保研究和应用的顺利进行，很多国家在建筑垃圾资源化技术上的研究和应用上均领先我国。早在 1982 年，美国已将破碎的废弃水泥混凝土作为混凝土粗骨料加以应用[3]。德国于 1994 年建立了首个利用再生骨料混凝土建造的大型建筑物——德国联邦环保局总部大楼，该国又于 1996 年利用再生骨料混凝土建成了Diepmannsbach 大桥，其中再生骨料用量几乎占混凝土总用量的 50%[4]。德国、日本、韩国均设立技术成熟的建筑废物处理厂、再生骨料加工厂等，极大地提高了废弃混凝土的资源利用率，具有良好的示范作用[5]。我国学者起步较晚，从 20 世纪末期着手废弃混凝土再生骨料的研究和应用[6,7]。

世界各国众多学者研究表明，废弃混凝土再生粗骨料与天然粗骨料相比，表观密度小于天然骨料，吸水率、压碎指标则高于天然骨料[5,8]。Lee 等人[9]研究发现利用再生骨料制备的再生混凝土受压后产生裂缝多贯穿骨料且裂纹较大，同时再生混凝土中的新界面过渡区的显微硬度较低，另外老界面过渡区其显微硬度比新界面过渡区约低 41%。Zhang 和 Wang[10]针对建筑垃圾再生骨料的外观形状进行研究并利用统计学方法研究了对再生骨料的外形对再生混凝土的影响。

再生骨料物理强化技术的作用在于通过减少老砂浆含量来降低再生骨料孔隙率和吸水率。再生骨料物理强化法主要有机械研磨、加热研磨、颗粒整形等[11]。Bru等[12]利用微波辅助机械研磨法对再生骨料进行改性。马新伟等[13]通过废弃混凝土高温处理技术与脱水水泥浆再水化活性研究，实现再生骨料和水泥浆的分离。

李秋义等[14]通过再生骨料整形处理，使得其表面附着的泥浆剥落，骨料粒形改善，骨料性能提升。韩碧莹等[15]研究发现经颗粒整形强化后的再生骨料对环境影响折减的效果明显，具有显著的环境效益。

再生骨料化学强化技术是利用化学浆液浸泡填充再生骨料孔隙结构，减少微裂纹的存在，从而强化再生骨料。化学物质主要有聚合物、有机硅防水剂、水泥等[16]。Kou et al[17]和杨宁[18]研究了聚乙烯醇改性再生骨料，改性后再生骨料性能明显改善。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。朱亚光和徐培蓁[21]通过使用 PVA和有机硅将简单破碎再生骨料改性处理，研究其对再生骨料吸水性能的影响。发现：在 24h 吸水率的条件下PVA 改性再生骨料的吸水性效果优于硅烷改性处理，同时使用硅烷和 PVA 在有效浓度为 10% 时再生骨料吸水率降低幅度最大。刘晓冬等人[22]分别用纯水泥浆液、外掺 30% 矿粉的水泥浆液、外掺 10% 硅粉的水泥浆液，针对再生骨料表面细纹与微小裂缝进行加强处理，其中经过水泥外掺硅粉对再生骨料力学性能改善效果最为明显。陈建良和倪竹萍[23]采用机械搅拌及化学浸泡处理后再生骨料混凝土的性能进行了试验研究，发现：采用机械研磨结合有机硅防水剂浸泡的方法处理后，再生混凝土的抗压强度降低，但其它性能提高；利用机械研磨结合聚乙烯醇浸泡的方法处理再生粗骨料，混凝土的和易性、抗压强度、抗渗性和抗冻性均有所提高。

4 结论与展望

一方面，建筑垃圾基数巨大，并且日益增多，造成建筑垃圾处理需求量巨大。另一方面，资源短缺问题日益突出，优质的天然砂石骨料日益稀少，继续开采将导致自然景观和生态环境遭到严重破坏，国家已经出台多项政策禁止非法采砂。环境资源问题更加突出。在国家大力推行可持续发展的政策条件下，建筑垃圾资源化将是社会发展的需求，也是发展的大势所趋。

通过对建筑垃圾和砂石骨料现状及政策的分析以及再生骨料的研究进展论述，建筑垃圾再生骨料应用技术研究需要进一步深化。促进再生骨料的推广应用，有利于缓解天然骨料的供求矛盾，走绿色建材发展之路，将会产生不可估量的环境效应、经济效应和社会效应。