辽宁省建筑固废物产业化再利用技术对策

闫丹宇，宋 海

（沈阳理工大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159）

0 引言

建筑垃圾资源化就是通过一定的技术措施、管理手段、运营策略等，将建筑垃圾转变为有再利用价值的资源，实现从垃圾到资源的转变。为了使建筑垃圾资源化的实施更加顺利，有必要推进建筑垃圾处理走上市场化的道路，形成产业化发展。

目前，国内学术界也对建筑垃圾处理产业化进行了相应的研究[1-2]。对建筑垃圾资源化产业可以概括为是由政府支持，以企业为主体的产业运作模式，把节约资源、保护环境作为产业的运行宗旨，同时引进先进的建筑垃圾处理技术和设备，将建筑垃圾转变为可再生利用的产品，投入市场中，以实现建筑垃圾的循环利用。建筑固废物资源化利用有几种不同的投资模式，无论是政府投资、政府经营，还是企业投资、企业运营管理，都需要选择适合当地实际情况的产业化模式，将建筑固废物资源化利用建设成为与建筑行业配套的服务产业，利用经济杠杆和政府支持来调节和处理建筑垃圾的问题，保持一个可持续发展的产业链[3]。

根据对辽宁省的建筑固废物的存量和未来产量的预测分析研究以及结合其他先进地区的经验，再深入了解辽宁省的市场需求情况，考虑采用建筑用预制PC 构件、再生粗细骨料、再生砌块为主的几条产业化路线。

1 辽宁省建筑固废物存量及处置现状

1.1 辽宁省建筑固废物数量调查

目前，辽宁省正值城市化高速发展时期，为此，在许多建筑物或构筑物新建的同时，也会出现许多破旧建筑物的拆除或改造，如城中村改造、旧房改造、棚户区改造、乡村振兴房屋的修建与改造等。一系列建设项目的动工，都伴随不少建筑固废物的产生且具有集中性和巨量性的特点。参考中国统计局关于辽宁省统计年鉴中的每年度的施工面积、竣工面积以及新开工面积的统计数据，再结合辽宁省统计年鉴中的统计数据，按照业内常用的估算方法，可大致估算出2018—2020 年建筑固废物的累计产量。同时，由于建筑垃圾的产量主要取决于年度建筑物或构筑物的施工面积、竣工面积及新开面积，因此，参考辽宁省往年历史数据，再根据低速增长场景（最保守估计），预测出2021—2023年建筑固废物的累计产量[4]，相关数据如图1 所示。由此可见，辽宁省建筑固废物的产量保持逐年增长趋势。

图1 2018—2023 年辽宁省建筑固废物累计产量

1.2 辽宁省建筑固废物处置现状

目前，辽宁省对于建筑垃圾的处置较为简单，建筑垃圾的产生源头的分类也比较单一且不完善。对于施工过程中产生的建筑垃圾，辽宁省一些地区仍然采用以下2 种处理方案：①露天堆放或者填埋的方式来处理建筑固废物。②对部分建筑固废物进行简单分类破碎再收集，分离出来的一部分骨料视为再生骨料用于填充墙等非承重结构用混凝土，破碎过程中产生的部分钢筋或木材在进一步分离处理后二次利用。这些方法不仅对环境造成了一定的污染，还浪费了大量资源，不能将建筑固废物合理有效的再利用。

2 建筑固废物产业化路线

2.1 PC 构件的产品路线

建筑工业化的其中一项内容为发展建筑构配件、制品、设备生产并形成一定的规模经营，为建筑市场提供各类建筑使用的系列化的通用建筑构配件和制品。采用现代技术及管理方案，制定和完善由建筑固废物为原料生产的建筑领域预制件的相关产品标准和工艺标准，并最终产出适用于建筑领域的混凝土预制件，它跟传统现浇混凝土相比，大幅节省了施工时间，采用现代化加工设备大大降低了人工费用，提高了劳动生产率，在提高建筑产品质量的同时，增加了产量，还节约了资源。

2.1.1 预制墙板

预制板墙按使用功能分为内墙板和外墙板[5]。其中内墙板一般采用单一材料（普通混凝土、硅酸盐混凝土或轻集料混凝土）制成，有实心内墙板与空心内墙板两种，应具有隔声与防火的功能；外墙板采用轻集料单一材料制成，应具有隔声和防火的功能外，还应具有保温和易加工装饰的需求。生产工艺为在已制作好的模具内进行加工预制混凝土墙板，具体工序如图2 所示，预制墙板成品如图3 所示。

图2 预制墙板工序

图3 预制墙板成品

2.1.2 预制楼梯

混凝土预制楼梯与传统的现浇楼梯相比，预制楼梯的安装效率高、施工速度快、节约资源，还能够最大限度发挥出拼装灵活的特点。预制楼梯的制作严格按照《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ 1—2014）执行。同时采用预制与现浇相结合的形式装配成建筑使用楼梯。在此结合的过程中，梯段的吊装工作要在本层所在的两个休息平台（含梯梁）混凝土浇筑、养护工序完成后进行。在预制楼梯生产过程中，还可以将扶手等预埋件提前埋好，并与防滑条、滴水线等构造通过定模一次浇筑成型。具体相关安装流程和成品分别见图4 和图5 所示。

图4 预制楼梯安装流程

图5 预制楼梯成品

2.1.3 预制叠合阳台板及叠合楼板

目前大部分房屋建筑采用现浇的方式进行浇筑阳台板和楼板，此方法在浇筑过程中会造成一定的施工困难、存在一些质量问题，同时，建筑工人操作的危险性也较大。而采用预制的叠合阳台板和楼板进行安装，不仅大大降低了施工时间成本，还可以节省在施工过程中因必要的制模和支模等工序所产生的费用。预制阳台板及楼板都可以根据施工图纸，按照要求的尺寸规格提前在工厂制作完成，并运送至施工场地等待安装。其中，预制楼板和阳台板的厚度一般为60～80mm，并埋入桁架筋和钢筋网。同时，在叠合板中还可以根据管线施工图提前预留好所需要的孔洞，方便后期铺设线路或水管。两者成品如图6 所示。

图6 预制阳台板及楼板成品

2.2 再生骨料的产品路线

再生骨料按骨料粒径组成可分为粒径5～40mm 连续级配的再生粗骨料和粒径小于5mm 的再生细骨料[6]。由于再生骨料是由废旧建筑混凝土中经过破碎等手段剥离收集而来，再生粗骨料颗粒的表面会存留部分未完全水化的水泥砂浆，还会存在一些剥离得到的石子砂子等。

2.2.1 再生骨料的生产工艺

为了最大程度的将建筑固废物回收再利用，就需要采用一种经济合理的再生骨料生产工艺，同时还需要设计出适用于国内的一种建筑固废物回收、破碎和分级等的具体流程。李惠强等[7]提出了如图7 所示的再生骨料生产流程。在这一生产流程中，采用两次破碎和振动筛选，将再生固废物依次分离，大的块体进行再破碎，后经分级处理再进行下一步加工筛选。该工艺的特点是废弃混凝土经过一种填充型加热装置，在加温、二级破坏、二级筛分后可获得高品质再生骨料。加温到300℃左右后，包裹在天然岩石骨料外的水泥石粘结较差的部分和在一级破碎中天然骨料已带有损伤裂纹的水泥石，在二级转筒式或球磨式碾压破碎中都会脱落。由于建筑垃圾的成分多样，它的复杂性大大提高了其处理难度，为此，建筑固废物在一次破碎后可以采用人工分选的方式，除去掺杂在建筑固废物当中的木材、钢筋、废塑料和废纸板等。再利用铁金属磁选机的磁性分选出铁钉等废弃旧金属。在一些砖混结构的建筑中，经拆除破碎后建筑固废物常含有再生砖骨料和再生混凝土骨料，因此还可以采用光电分选[8]的方式将其分离开来。它的原理是依据建筑固废物中不同物体颜色不同，导致其反射光的波长和频率也不同，以此来实现砖混废弃物的分选。最后，建筑固废物经过循环破碎后根据需要的粒径范围进行筛选分级，对不符合粒径要求的骨料可通过传送带重新进入破碎机再次破碎筛选。再生骨料通常含有更多的有害物质，如粘土、淤泥、细屑等，它们依附于骨料的表面，降低了再生骨料强度，同时又增大混凝土用水量，所以在筛分完毕后对其进行冲洗等处理。

图7 再生骨料生产流程

2.2.2 再生骨料的应用

目前，由建筑固废物经过处理得到的大量再生骨料主要被应用于再生混凝土的制备。在此过程中，再生骨料主要通过以下3种方案来配置再生混凝土：①使用不同粒径的粗细骨料全部代替原有的天然砂石骨料来设计再生混凝土配合比。②使用粒径为5～40mm 连续级配的再生粗骨料来代替原有的天然粗骨料，细骨料继续采用天然河砂来设计再生混凝土配合比。③使用粒径在5mm 以下的再生细骨料来代替原有的天然细骨料砂，粗骨料保持不变继续使用天然卵石或碎石来设计混凝土配合比。

2.3 再生砌块的产品路线

2.3.1 再生砌块原料

（1）水泥。选用水泥的标号为P.O 32.5 级，普通硅酸盐水泥，安定性良好。

（2）骨料。按照上述2.2 中的产品路线，建筑固废物经过分类、破碎、筛选、分级等一系列过程，将最终形成的5～40mm 连续级配的再生粗骨料和5mm 以下的再生细骨料作为制备再生砌块的骨料。

（3）矿物掺合料。再生混凝土的生产过程中，为改善某些再生混凝土的性能、调节再生混凝土强度及节约水泥材料等，往往需要加入一部分矿物掺合料。考虑到资源化再生利用，掺合料通常采用具有一定活性的固体工业废渣，依据沈阳市的具体情况，掺合料使用沈阳市某电厂煤粉炉排出的烟气中经收集处理后的粉煤灰等工业废渣。粉煤灰的掺入，不仅使砌块能够保证较高的强度和耐久性，还可以获得较好的经济效益。

（4）外加剂。为改善再生砌块中混凝土的工作性能，提高再生混凝土砌块的强度和耐久性，根据相关规定，可适量添加外加剂。砌块用混凝土中较为常用的外加剂主要有减水剂和早强剂。一方面，减水剂能使混凝土拌合物在工作性保持不变的情况下，减少用水量，以提高混凝土砌块的强度，改善砌块的抗冻、抗渗等耐久性能。特别是对于建筑垃圾再生骨料有吸水率大、强度低的特点，应用减水剂就显得尤为重要；另一方面，在保持混凝土砌块强度不变的条件下，还可以节省水泥用量，降低成本。早强剂能够加快水泥水化的速率，促进再生混凝土硬化，从而提高再生混凝土砌块的早期强度，特别在采用移动成型工艺中，可以显著缩短养护期，提高台座的周转率，北方地区使用负温度早强剂可以延长每年的可生产时间，到达一剂多用的目的。

2.3.2 再生砌块的配制

根据实际工程所需的再生混凝土砌块设计要求，考虑使用再生粗骨料全部代替天然粗骨料，再生细骨料分别按照细骨料的40%、50%、60%与天然细骨料混合掺入。最终根据再生细骨料的不同掺量设计了三组不同再生砌块的配合比，具体如表1 所示，以方便后期根据实际需求合理选用。

表1 再生砌块混凝土配合比 单位：kg/m3

3 结语

当下，绿色经济是人类发展的潮流，建筑领域的减碳行动也成为实现“双碳”目标的关键一环，尤其对建筑固废物的资源化利用是实现减碳目标的重要举措之一。将建筑固废物经回收加工处理后二次利用，尝试走产业化路线，贯穿建筑的全生命周期，将其制作成符合建材使用要求的建筑材料，并积极发展装配式建筑，从而提高建筑固废物的利用率，最终实现对建筑全产业链低碳化的转型。