建筑垃圾处理及再生骨料利用现状分析

江媛云，余建杰，周小娟，周曼玉

(南昌航空大学土建学院，江西 南昌 330063)

1 概述

改革开放40年以来，我国经济发生了翻天覆地的变化，国民生产总值(GDP)翻了几十倍。同时经济的快速发展也带来了许多环境问题，许多基础设置建设和城镇一体化的推进以及老旧的房屋、建筑的拆迁、修整都带来了大量的建筑垃圾，如混凝土、钢筋、木材等。这些建筑垃圾，特别是混凝土的回收再利用存在很大的困难，不仅会占用大量的堆放空间影响市容和环境卫生，还会引起严重的大气、水体和土壤污染，特别是经过雨水的冲刷，混凝土中的有害物质(如重金属离子，混凝土各种添加剂等)被带入水体和土壤。目前世界各国都对再生骨料和再生混凝土的制备投入了大量的研究，并颁布了处置建筑垃圾的法律法规。

因为废弃混凝土中含有大量的砂石，所以将废弃混凝土破碎筛分之后作为再生骨料，不但可减缓当前工程建设中对天然骨料的供需矛盾，并且还能快速实现废物再利用，是一种行之有效的方式。但是与天然骨料相比，再生骨料组分中含有硬化水泥砂浆，再加上混凝土块在破碎过程中因损伤累积在内部造成大量微裂纹，导致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆积密度小、空隙率大、压碎指标高[1]。此外，再生混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化能力、收缩、徐变和抗氯离子渗透性等耐久性能也均低于新混凝土。因此，为了提高再生混凝土的性能，需要对再生骨料进行研究，从化学性能和物理性能上加以改进。

2 国外利用现状

随着城镇化程度的加快，城市建筑垃圾资源化处理是20世纪90年代以来世界许多国家，特别是发达国家的环境保护和持续发展战略目标之一[2- 3]。研究表明[4- 5]，发达国家建筑垃圾回收再利用效率达到95%以上，如日本(97%)、韩国(97%)、欧盟(90%)、荷兰和美国等基本上都会对建筑垃圾进行回收再处理，实践了变废为宝的理念。

在国外，工业化进程较早，工业化进程中产生的建筑垃圾较多，所以国外在建筑垃圾的资源化利用方面的研究也比较早。以美国为例，美国的建筑垃圾大致分为三个等级，低级是将建筑垃圾进行填埋，而中、高级则是制成再生骨料运用到不同的地方；在制作再生骨料方式上美国大多先将木材、塑料等用高压气流吹出，再用强磁金属等将吸出，再利用破碎机和筛分机进行破碎筛分，之后按不同的粒径分堆存放。除美国外，其他发达国家也有典型的再生骨料生产工艺，并且已经应用到实际生产过程中。德国和日本典型的再生骨料生产工艺分别如图1—2所示。

图1 德国典型的再生骨料生产工艺

图2 日本典型的再生骨料生产工艺

在研究建筑垃圾资源化方面，James通过借助计算机软件，首先对城市建筑垃圾进行分类处理，然后通过一些调查数据对各种建筑垃圾的产量进行估算，寻找合适的方法途径对建筑垃圾进行回收处理再利用。

城市建筑垃圾，大部分是固废。其中最多的就是混凝土骨料，关于混凝土骨料的再利用问题，Hansen等的实验研究表明：在混凝土中加入经过处理后的骨料，反而会降低混凝土的强度，再生骨料的添加量与混凝土强度成反比，再生骨料添加越多，制成的再生混凝土强度降低越大。但是再生骨料的不同对再生混凝土的影响也不同。因此，再生混凝土的强度也与再生骨料的强度有关，所用的再生骨料的强度越大，制成的新混凝土的影响就会越大。Mandal等人对再生骨料混凝土和普通混凝土做了一个对比性研究，结果表明，在其他条件相同的情况下，两种混凝土的渗透深度和吸水率有很大差别，再生骨料制成的混凝土和普通混凝土的渗透深度分别为25mm、18mm，吸水率分别为5.9%、4.1%，因此再生骨料混凝土比普通混凝土的渗透深度增加了38%；吸水率增加了44%。这表明再生混凝土的抗渗性比普通混凝土差，其主要原因是因为再生骨料的颗粒较大，制成混凝土时的空隙较多，孔隙率增加，使得混凝土的吸水率增加。Evert Mulder[6]提出闭合循环建筑的概念，提出在一定条件下建筑垃圾的处理过程是完全可以实现闭合的，即绝大部分建筑垃圾中的建筑材料可借助热加工等措施得到还原。Isabel Martinez[6]通过对加利西亚的建筑垃圾管理情况进行分析，提出建筑垃圾的循环利用模式，即减量化、资源化和无害化，指出建筑垃圾只有通过这三个管理模式才能被允许最终的填埋处置。

3 国内利用现状

在我国建筑垃圾的数量已经占到城市垃圾总量的40%，并且对建筑垃圾的回收再资源化利用率很低，其综合利用率不到5%，而且我国的建筑垃圾普遍采取堆放和掩埋的方式处理，这样不仅会造成环境的污染，同时也是对资源的极大浪费。

据不完全统计，在我国建筑垃圾占城市垃圾的40%以上，其中，废弃混凝土在建筑垃圾中占到了60%。根据工业与信息化部公布的数据显示，2010年一年我国产生的建筑垃圾约为15亿吨，且呈逐年上升的趋势，据估计到2020年我国建筑垃圾的年产量将高达20亿吨，也就是说将会产生12亿吨的废弃混凝土，2010—2017年我国建筑垃圾资源化再利用规模如图3所示。因此，必须对废弃混凝土进行处理。

相比于国外，国内城市化进程较晚，所以对城市建筑垃圾的处理的研究也起步较晚。赵由才等从原则、管理、技术、法律等方面，全面提出了建筑垃圾处理与回收的新理论、新技术和新方法。唐沛等[7]根据中国的实际情况，指出中国建筑垃圾资源的开发不仅仅只是吸取发达国家的成功经验，必须要具有我国自身的特点。李惠强[8]等提出了一套废弃混凝土骨料再生的办法，如图4所示，首先对建筑垃圾进行分类回收，然后对废弃的混凝土骨料进行研磨，筛分，分出直径0～60mm骨料进行强化，然后对较粗的物料返回再次研磨。并对废弃混凝度的回收利用进行了经济评价，但选择合适的场地，工艺条件进行处理，都对废弃混凝土的回收再利用是有一定的经济价值的。李秋义[9]等提出一套对再生骨料进行整形强化的工艺，整形强化后的骨料表观密度、堆密度、微裂缝含量均有所改善，部分指标还要高于普通骨料的性能。袁晓峰[10]等提出再生粗骨料配制自密实混凝土，指出相对于天然粗骨料配制自密实混凝土力学性能有略微差异，但只要使用合理的方法处理，就能够缩小两者之间的差异。

图3 2010—2017年我国建筑垃圾资源化再利用规模(单位：万吨，%)

图4 再生混凝土制备流程图

4 结语

混凝土是现代建筑必备的材料之一，被广泛应用。关于混凝土的各种性质和添加剂国内的研究有很多，但对于废弃混凝土的再利用的研究却比较少。现阶段由于国家的倡导和环境对经济发展的制约，越来越多的研究者开始将目光转移到对废弃混凝土再生骨料的研究上来。十八大以来，国家大力治理污染问题，在既要金山银山，又要青山绿水的要求下，大力强调走可持续发展战略，对城市化进程中产生的大量的废弃混凝土的回收再利用势在必行。

建筑垃圾的处理目前依旧是一个亟待解决的问题，所以还需要国家及地方相关政策的大力扶植，也需要各高校科研院所的科研人员的共同努力。相信经过不断的实验研究，建筑垃圾必将成为和金属、木材一样回收利用率极大的材质，再生骨料的制备也会成为建筑史上的里程碑。