建筑垃圾制备再生骨料的绿色评价体系研究

刘佳，于淼，郝庆军，王灵秀，刘韬

（1. 中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024；2. 北京泰豪智能科技有限公司，北京 100176）

我国城镇一体化进程不断加快，由于大规模拆建，目前我国建筑垃圾的数量已占城市垃圾总量的30%～40%，但建筑垃圾资源化利用率较低，仅为 5%左右，而欧盟、日韩等发达国家均高于 90%[1]。大部分建筑垃圾都没有经过处理，只是采取露天堆放或者是简单填埋的方式进行处理，不仅占用大量土地，影响市容卫生，而且污染环境，具有严重的安全隐患[2]。另一方面，混凝土生产需要大量的砂石骨料，而天然砂石在开采和运输中的能耗与费用较高，并且天然骨料资源趋于枯竭，特别是京津冀地区，为了控制雾霾天气，更是严禁开山炸石，导致天然砂石资源难以获取。若将废弃混凝土块等建筑垃圾经过分拣、破碎等处理后制备成再生骨料，应用到实际工程中也是大规模高附加值利用建筑垃圾的一种途径。目前再生骨料应用范围较广，主要包括透水砖、墙砖、混凝土、干混砂浆等领域。

2013 年，工业和信息化部原材料司和科技司协力推进绿色建材标准体系建设，明确了绿色建材的定义和内涵，指出：“绿色建材应是在全生命周期内可减少对天然资源消耗和减轻对生态环境影响，本质更安全、使用更便利，具有‘节能、减排、安全、便利和可循环’特征的建材产品”。依托全生命周期的理念[3]，在成熟的国家标准和企业生产工艺的基础上，通过企业调研、试验研究、企业再验证的方法，研究再生骨料全生命周期各个阶段重点的能耗和环境影响，对再生骨料进行绿色度评价，建立再生骨料产品的绿色评价体系。不仅可以提高建筑垃圾资源化利用率，鼓励更多的建筑商采用建筑垃圾制备再生骨料产品，引导再生骨料作为绿色建材在绿色建筑中的应用，对建筑垃圾生产再生骨料具有积极的指导和推广作用。

1 再生骨料的发展概况

1.1 再生骨料的研究现状

建筑垃圾是指在工程中由于人为或者自然等原因产生的建筑废料，包括废渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦废块、废金属、废玻璃及其它废弃物等。由于城镇化进程的加快，建筑业也同时快速发展，导致目前我国建筑垃圾的占比为城市垃圾总量的 30%～40%，尤其是北京市建筑垃圾年产量达3500万～4000 万吨，累积堆存量达3亿吨[4]，大部分都采用堆放或者填埋的方式处理，从而带来了占用土地、污染环境和具有安全隐患的负面影响。

将建筑垃圾中的部分废弃物经分拣、剔除或粉碎处理后，大部分是可以重新利用的，其利用途径[5]包括：经过破碎和分选成粗细骨料，用来替代天然骨料配制混凝土、制备建筑用砖和道路基层材料；铁钉、铁管、废钢筋、黑白铁皮等经分拣后送有色金属冶炼厂或钢铁厂回炼；废砖瓦经处理后可再使用。废瓷砖等洁具经破碎、分选、配料、压制成型可生产透水地砖或烧结地砖；废玻璃经过筛分后送玻璃厂可做原料生产玻璃制品；木屋架、木门窗也可重复利用等。其中废弃混凝土块经过分拣、破碎、清洗、筛分、清洗、整形后形成的骨料称为再生骨料，目前比较成熟的技术是将再生骨料部分或全部代替砂石等天然骨料应用在透水砖、墙砖、混凝土、干混砂浆等领域上。

1.2 再生骨料相关的政策法规

目前国家鼓励将建筑垃圾资源化利用，争取到2020 年基本实现原生垃圾零填埋的目标，相关的国家政策文件如表1所示，已经出台的有关再生骨料产品的国家标准和行业标准如表2所示，从表中可以看出国家大力支持的程度以及目前的再生骨料的标准和工艺成熟，研究再生骨料的绿色评价体系具有一定的基础。

表1 关于鼓励建筑垃圾资源化利用的国家政策文件

表2 已出台的关于建筑垃圾资源化利用的标准

2 再生骨料产品绿色评价指标的筛选（企业+试验）

2.1 再生骨料生产企业调研

我国绿色建材产品评价体系的研究应遵循科学性和实用性相结合的原则，更好地筛选出再生骨料产品绿色评价指标，因此对提供移动式建筑垃圾处理线的服务商及年处理量 100～150 万吨的再生骨料生产企业进行了调研，并从中选取某环保建材科技有限责任公司作为再生骨料的试验研究试点企业，主要了解再生骨料全生命周期各阶段的能耗和环境影响，及重点影响再生骨料的基本性能指标与环境友好性指标，结合调研结果对再生骨料进行实验室检测，重点检测压碎值、微粉含量、泥块含量、云母含量、表观密度、紧密密度、孔隙率、松散密度、孔隙率、细度模数、需水量比、抗压强度比等物性指标，以及重金属含量、放射性水平，并且与标准限制进行对比，为再生骨料的绿色评价奠定基础。其中试验方法及标准限制的标准包括《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176—2010）、《建设用砂》（GB/T 14684—2011）、《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）、《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）、《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）（针对建筑主体材料）。

图1 为北京某环保建材科技有限责任公司建筑垃圾资源处置基地，图2为北京某150吨/小时处理能力的移动式现场建筑垃圾处理生产线，图3为北京某再生骨料资源化利用企业生产的 5～10mm 再生砂（现场堆场照片），图4为北京某再生骨料资源化利用企业生产的0.15～5mm 再生砂（现场堆场照片）。

图1 北京某建筑垃圾资源处置基地

图2 北京某 150t/h 处理能力的移动式现场建筑垃圾处理生产线

图3 北京某再生骨料资源化利用企业生产的5～10mm 再生砂（现场堆场照片）

图4 北京某再生骨料资源化利用企业生产的0.15～5mm 再生砂（现场堆场照片）

表3 再生骨料物性检测结果与标准限制的对比表

2.2 主要影响再生骨料绿色度指标的研究

表3 为再生骨料物性检测结果与标准限制的对比表，从表中可以看出，再生骨料细度模数为 2.8，为Ⅱ区中砂。其他指标也都在标准限制以内。表4为再生骨料的重金属含量检测结果与标准限制对比表，从中可以看出，重金属含量检测方法依据 GB/T15555和 GB/T 30810—2014 进行检测，检测结果对照国家标准《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）、《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中限值要求，废混凝土重金属元素或未检出，或含量远低于标准限值。表5为再生骨料放射性水平检测结果与标准限制对比表，从表中可以看出，放射性水平检测方法依据国家标准《高纯锗 γ 能谱分析通用方法》（GB/T 11713—2015）进行检测，检测结果对照国家标准《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）中限值要求，作为原材料的固废的放射性水平（内照射指数和外照射指数）较低，该材料满足标准中最严格的建筑主体材料的要求。

通过再生骨料的压碎值等基本性能指标以及重金属、放射性的环境友好型指标的试验研究，了解到重点评价指标的标准限值以及影响再生骨料的评价指标区间范围。

表4 再生骨料的重金属含量检测结果与标准限制对比表

表5 再生骨料放射性水平检测结果与标准限制对比表

3 建立再生骨料的绿色评价体系

3.1 再生骨料绿色评价体系的构建

根据影响再生骨料绿色度的评价指标，结合《绿色建材评价技术导则》[6-9]，建立再生骨料的绿色评价体系。再生骨料绿色评价体系主要由控制项、评分项、加分项三部分构成。再生骨料绿色评价体系的构建如图5所示。

控制项是评定结果为满足或不满足，即评价再生骨料绿色建材必须满足的基本条件，为一票否决，只要有一项不满足要求，就不能参评绿色建材的评价。主要内容包括大气污染物、污水、噪声排放，工作场所环境、安全生产和管理体系等方面的要求。

图5 再生骨料绿色评价体系的构建

评分项和加分项的评定结果为获得分值或不得分。评分项是从节能、减排、安全、便利和可循环五个方面对建材产品全生命周期评价。节能是单位产品能耗、原材料运输能耗、管理体系等要求；减排是生产厂区污染物排放、产品认证或环境产品声明（EPD）、碳足迹等要求；安全是影响安全生产标准化和产品性能的指标；便利是指施工性能、应用区域适用性和经济性等要求；可循环是生产、使用过程中废弃物回收和再利用的性能指标。加分项是重点考虑再生骨料生产工艺和设备的先进性、环境影响水平、技术创新和性能等。

3.2 再生骨料绿色评价体系的主要内容

筛选出的再生骨料重点评价指标包括再生骨料产品的压碎值、泥块含量、孔隙率、需水量比、抗压强度比等基本性能，原材料运输半径等运输能耗，单位产品能耗，固废的重金属含量，放射性，固废的综合利用比例等。表6～8 分别是再生骨料控制项、评分项和加分项的评价内容及分值。

表6 再生骨料控制项得分评价内容及分值

表7 再生骨料评分项得分评价内容及分值

表8 再生骨料加分项得分评价内容及分值

3.3 再生骨料绿色评价评价方法及等级

评价指标体系分为控制项、评分项和加分项。参评产品及其企业必须全部满足控制项要求。评分项总分为100 分，加分项总分为5分，总得分按照式 (1) 和式 (2)计算。

式中：

Q总——总分；

Q评——评分项得分；Q加——加分项得分；

Wi——评分项各指标权重；Qi——评分项各指标得分。

再生骨料绿色建材等级由评价总得分确定，由低到高分为“★”、“★★”和“★★★”三个等级。等级划分见表9。

表9 再生骨料绿色建材等级划分

4 结语

目前再生骨料的绿色评价尚处于起步阶段，需要进一步对再生骨料资源消耗情况、能源消耗情况、对环境影响情况、可再生利用程度等各个环节的调研，建立必要的基础数据库，如何与绿色建筑体系的有机结合等工作，从而使再生骨料绿色评价体系更加系统、科学、准确的评价，引导相关人员更加科学合理的选用再生骨料替代天然砂石，最大限度的达到能源效率、资源效率和人类健康的统一，大幅度提高能源和资源利用效率、改善生态环境，真正实现经济和社会的可持续发展，促进我国绿色建材、建筑产业的有效和健康发展。