利用再生骨料制备防洪块体经济性分析

韩 毅， 王 伟， 刘弘昱

(1.江苏省水利防汛物资储备中心， 江苏 南京 210029； 2.河海大学 港口海岸与近海工程学院， 江苏 南京 210098)

江苏省河道纵横、水网发达，拥有数量众多的江河湖泊，同时其地势低平，面临严峻的防汛抗洪压力，需储备大量防汛物资，块石作为一种不可或缺的防汛物资，在防汛抢险中发挥着极为重要的作用。然而江苏地区石料资源相对匮乏，加之近年环保要求的提高，可开采的石料资源锐减；但随着建筑、水利、交通等行业的快速发展，江苏对石料资源的需求急剧增加，进而出现石料价格较高，储备防汛块石的成本大幅上涨。

同时，随着城镇化的推进和城市棚户区改造工程的实施，老旧建筑的拆除产生大量建筑垃圾。据统计，仅南京市每年产生建筑垃圾约1 000万t，以当前主要采用的填埋方式进行处理，每年需占用近千亩土地用于建筑垃圾填埋。建筑垃圾的填埋处理不仅消耗巨额的土地征用费、垃圾清运费，而且会造成环境污染。如将建筑垃圾回收利用，处理后重新制备为混凝土块体应用于防洪抗汛，大幅降低建筑垃圾存放、转运费用的同时，降低储备防汛材料的成本，缓解日益突出的石料资源供需矛盾，为发展生态水利、节能水利提供技术支持。

当前建筑垃圾的再利用主要有免烧砖和再生混凝土两类，免烧砖主要应用于城市人行道；再生混凝土技术也有所发展，少量应用于道路及边坡工程。由此可见，建筑垃圾通过适当处理后制备的再生混凝土块体，可重复应用于工程结构[1-2]。但与免烧砖和普通再生混凝土不同的是防汛块体浸泡于水中，长期经受水流冲刷，对以建筑垃圾为原料的再生混凝土块体耐水、抗冲磨等性能提出了更高要求。江苏省水利防汛物资储备中心联合河海大学在对建筑垃圾原料进行分析归类的基础上，通过再生骨料预处理、添加矿物掺合料、调节配合比、改进制备工艺等多方面着手，开发以建筑垃圾制备防洪块体的关键技术，为防汛抗洪物资储备提供新的思路和途径，论文在此基础上对利用再生骨料制备防洪块体进行了经济性分析。

1 再生混凝土制备防洪块石配合比方案及强度检测结果

1.1 强度检测成果

针对再生骨料取代率和再生骨料改性进行了优化[3]，并得出其强度结果。检测成果见表1。

从表1可知，28 d各再生粗骨料取代率组和再生骨料改性组的混凝土抗压强度均超过20 MPa，且有部分超过30 MPa，再生粗骨料可以替代天然粗骨料用于制备水工防汛块体等材料。

表1 各组再生混凝土性能检测结果

(续表1)

1.2 推荐配合比

从以上再生混凝土中优选出B、D、F、G共4组进行经济分析。

(1)配合比B

B组配合比为水泥∶再生粗骨料∶天然粗骨料∶砂∶水=375 kg∶516 kg∶516 kg∶688 kg∶180kg，检测28 d按以上配合比拌制成型的立方体混凝土块，其尺寸为100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方体试件的28 d抗压为30.4 MPa，达到C30混凝土力学性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(2)配合比D

D组配合比为水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032 kg∶688 kg∶180 kg，检测28 d按以上配合比拌制成型的立方体混凝土块，其尺寸为100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方体试件的28 d抗压为23.7 MPa，达到C20混凝土力学性能要求，可以用于配置C20混凝土。

(3)配合比F

F组配合比为水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用42.5强度水泥∶水=30 kg∶12 kg，检测28 d按以上配合比拌制成型的立方体混凝土块，其尺寸为100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方体试件的28 d抗压为34.2MPa，达到C30混凝土力学性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(4)配合比G

G组配合比为水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用偏高岭土∶氢氧化钠∶硅酸钠∶水=25 kg∶5 kg∶8 kg∶40 kg，检测28 d按以上配合比拌制成型的立方体混凝土块，其尺寸为100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方体混凝土块试件的28 d抗压为34.7 MPa，达到C30混凝土力学性能要求，可以用于配置C30混凝土。

2 再生混凝土制备防洪块石的经济性分析

2.1 材料单价成本分析

检测结果表明，配合比B、D、F和G的材料强度均能达到C30混凝土材料的强度要求，可用来制作水工防汛块体航道工程护底压载块等。不考虑材料运费的单价成本分析见表2～5。

表2 50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)成本分析

表3 100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)成本分析

表4 水泥裹浆再生混凝土(配合比H)成本分析

表5 偏高岭土裹浆再生混凝土(配合比G)成本分析

普通C20混凝土材料及C30混凝土材料单价成本核算见表6和表7。

表6 普通C20混凝土材料成本分析

表7 普通C30混凝土材料成本分析

从表2～5可知，50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)、100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)、42.5强度水泥裹浆再生混凝土(配合比H)和偏高岭土裹浆再生混凝土(配合比G)材料单价成本分别为287.5元、266.9元、278.6元和319.0元。从表6～7可知，普通C20和C30混凝土材料单价成本分别为318.4元和336.5元。与普通混凝土相比，再生混凝土材料单价成本稍低。

根据2019年9月全国水运工程材料价格信息平台上的统计，抛江石块的平均价格为340元/m3。根据江苏省水利防汛物资储备中心最新采购的一批防汛块石158.6元/t，按照平均比重2.5 t/ m3，折算得到396.5元/m3，这里综合取防汛块石采购成本340元/m3。该采购成本均未包括运输费用，再生混凝土块石材料单价成本低于块石采购成本。

2.2 材料综合成本分析

利用废弃混凝土制备水工材料，将再生粗骨料作为主要骨料来源，不仅可以节约石料购置，同时还可以减少废弃混凝土的外运填埋费用，对生态环境也有积极作用。分别考虑公路运输和水路运输，其利用再生粗骨料生产再生混凝土综合成本见表8和表9。

表8 各类再生混凝土材料综合费用对比(公路运输)

表9 各类再生混凝土材料综合费用对比(水路运输)

运费根据公路货运现价进行估算，1 km约0.36元/t，水路运输1 km约为0.18元/t，填埋处理费为50元/t，取砂石材料运距和废混凝土运距为100 km。

考虑废弃混凝土的运出费及处理运费后，利用再生粗骨料制备的水工材料的综合单价显著降低，以运距为100 km计，与普通C20混凝土相比，公路运输和水路运50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的综合单价分别降低38.8%和41.5%。公路运输和水路运输100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的综合单价分别降低44%和46.4%。公路运输和水路运输42.5强度水泥裹浆再生混凝土(配合比H)的综合单价分别降低40.8%和43.4%。公路运输和水路运输偏高岭土裹浆再生混凝土(配合比G)的综合单价分别降低30.6%和33.6%；以运距为100 km计，与普通C30混凝土相比，公路运输和水路运输50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的综合单价分别降低31.9%和35.2%。公路运输和水路运输100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的综合单价分别降低37.6%和40.6%。公路运输和水路运输42.5强度水泥裹浆再生混凝土(配合比H)的综合单价分别降低34.2%和37.4%。公路运输和水路运输偏高岭土裹浆再生混凝土(配合比G)的综合单价分别降低23.1%和26.8%。与采购的防汛块石相比，再生混凝土制备的块石的单价降低则更为显著。

3 结 语

研究表明，与采购的防汛块石相比，再生混凝土制备的块石的经济性较为显著。随着我国城市化建设的发展和国家“十三五”时期产业政策的调整和要求，以拆除的废弃混凝土为原料的再生建材将拥有广阔的市场前景。同时，现阶段新型工业化道路要求科技含量高、经济效益好、资源消耗少、环境污染少，这无疑为新型防洪材料的发展创造了有利的条件。全面节约和高效利用资源，坚持节约优先，树立节约集约循环利用的资源观，是国家“十三五”时期经济工作发展的要求，新型环保材料发展已成为防汛防旱结构调整的重要内容。依照国家的有关规定，废弃物再利用生产新型材料可享受减、免税的优惠[4]。同时，在地方各级人民政府的鼓励、引导、扶持新型材料的研究、开发、生产和推广应用基础上，以再生混凝土制备防洪材料符合国家节能减排政策，且通过和天然骨料混凝土进行比较，经济优势较为明显。将再生骨料直接或改性后运用到再生混凝土的制备，可适应于不同强度等级要求的防汛抢险工程，在避免废弃混凝土块转运掩埋的同时也减少降低工程造价，解决了固体废弃物的二次污染问题，可有效缓解对环境的影响，具有显著社会和经济效益。