工程渣土免烧砖的环境与经济效益分析

一、研究背景及意义

随着城镇化进程的不断推进，高层建筑、地下交通设施、地下综合管廊等建设项目普遍增多，工程渣土产量与日俱增。据统计，每10000m2建筑施工过程中会产生500～600t的建筑渣土，我国建筑渣土的数量占城市固体废弃物总量的30％～40％，截至2020年，我国城市的存量建筑垃圾已超过30×108t，每年至少还有3×108t的增量。在城市建设和发展的新形势下，保持市容市貌和环境清洁美化的同时，探索城市建设垃圾处理相关方面的问题势在必行。建筑垃圾是各类建筑物及其附属设施在施工、改造、装修、拆除、铺设过程中产生的各种固体废物，而建筑渣土是建筑垃圾中的工程渣土，不包括其他建筑废物如废旧混凝土、碎砖瓦、废沥青、废旧管材、废旧木材等。整个渣土的运输和消纳过程都需要花费建设方大量金钱，损耗企业的财力、物力与人力。因此，如果能在施工现场附近就地用最简单和最快速的方式将建筑渣土消耗利用掉，不仅能解决当前建筑渣土的处置问题，同时还能为建设方节省处置渣土的费用，提高建设方利益。

由于环保要求越来越严格，设备投入成本低、占地面积小的免烧砖是目前资源化利用最主要的方式，十分有利于现场的就地建设生产线，且免烧砖渣土利用率极高，材料成本非常低，环境污染小，符合我国“保护农田、节约能源、因地制宜、就地取材”的发展建材总方针。同时将工程渣土制备而成的免烧砖还能够现场应用于建筑施工的使用，如利用于砖胎膜结构，临时和永久性结构如集水井、排水沟等，性能较好的还可放在隔墙中使用。因此免烧砖无疑是工程渣土现场就地利用最佳的方式。

二、环境效益分析

免烧砖能很好地解决目前建筑废弃物处理带来的社会问题和环境问题，以“变废为宝”和“就地利用”的方式，高效且高增值地实现建筑固体废弃物的资源化利用，具有很好的社会效益和环境效益。本文主要从技术的碳排放方面进行计算和分析该技术的环境效益优势。

（一）水泥碳排放量

水泥是国民经济中最重要的一种原材料，2020年世界水泥总产能39.62亿吨，我国就占了其中的约60%。《中国建筑材料工业碳排放报告》中指出，我国建筑材料工业碳排放为14.8亿吨，水泥工业就占到了83%，碳排放量为12.3亿吨，其中，二氧化碳排放量占大头的两项分别为碳酸盐分解和化石燃料燃烧，电力消耗间接产生了大约8955万吨的二氧化碳排放量。水泥生产过程中碳排放巨大，依据《水泥单位产品能源消耗限额》准入值，本文综合计算了水泥生产过程中化石燃料燃烧、碳酸盐分解、熟料制备电力、水泥制备电力这四项主要的碳排放，得出了生产每吨水泥需要产生约667.8kgCO2。各项碳排放占比为碳酸盐分解60%，化石燃料燃烧34%，熟料制备购入电力2%，水泥制备电力4%，由此可知，水泥生产碳排放中，原材料碳酸盐分解占主要部分，其次就是高温煅烧水泥所用的化石燃料燃烧。

（二）煅烧余泥碳排放

考虑到残积土余泥为残积土利用干筛法制备残积土再生砂生产过程中的副产物，因此干筛法部分的碳排放不计入残积土余泥的生产过程的碳排放计算当中。残积土余泥仅需经过750℃煅烧2h即可得到煅烧余泥，余泥煅烧过程中并未有原料分解产生的CO2气体，因此整个残积土余泥生产过程的碳排放主要就是煅烧余泥过程中的化石燃料燃烧和电力导致的碳排放。水泥化石燃料燃烧的碳排放能够依据《水泥单位产品能源消耗限额》准入值进行计算，而准入值是通过统计全国水泥生产过程中的化石燃料使用情况得到的，残积土余泥并没有这类型的标准可参考。此外，考虑到现场生产的需要，因此残积土余泥的煅烧过程使用电炉，碳排放也通过电炉煅烧过程的电耗进行计算。

通过咨询洛阳卓新窑炉科技，考虑小型生产，以炉膛尺寸为800×500×500mm的箱式电阻炉为例，其设计功率为28kw，恒温功率为18kw。电炉升温速率为10～15℃/min。以单炉每次煅烧0.2m3残积土余泥计算，残积土余泥的体积密度经测得为1.007×103kg /m3，单天煅烧5次，则每天能生产1m3约1t煅烧余泥。而每生产1t煅烧余泥的碳排放，每天首次升温电耗按1h计为28kw，每天单次恒温电耗为36kw·h，每生产1t煅烧余泥电耗为208kw·h，碳排放区域电网平均CO2排放因子按文献取0.8，则每生产1t煅烧余泥的碳排放为166.4kg。

由此可知，每生产1t煅烧余泥的碳排放为166.4kg，仅为每吨水泥生产碳排放667.8kg的24.92%。

（三）煅烧余泥使用对碳排放的贡献

以煅烧余泥内掺取代水泥制备渣土免烧砖为例，计算掺合料煅烧余泥的使用对碳排放的贡献。据统计，煅烧余泥完全取代偏高岭土内掺取代15%水泥，会引起免烧砖抗压强度损失7.58%。由于煅烧余泥的取代导致的强度损失也可通过减少水泥的使用量来实现，因此采用等强度时计算煅烧余泥使用带来的碳排放贡献。

使用复合胶凝材料（煅烧余泥-水泥）时渣土免烧砖的抗压强度为10.96MPa，使用胶凝材料（水泥）时渣土免烧砖的抗压强度为11.86MPa，则两种胶凝材料在等强度使用效用上为煅烧余泥-水泥：水泥=10.96：11.86=0.924：1，即使用0.924份胶凝材料（水泥）便可达到1份复合胶凝材料（煅烧余泥-水泥）的强度效果。

经验证，每使用1t复合胶凝材料（煅烧余泥-水泥）的碳排放为592.59kg，每使用0.924t胶凝材料（水泥）的碳排放为617.05kg。由以上计算可知，等强度下，每使用1t复合胶凝材料（煅烧余泥-水泥），其碳排放为592.59kg，相比全部使用胶凝材料（水泥）的碳排放617.05kg而言，碳排放减少3.96%。采用水泥新型干法生产技术的槐坎南方绿色低碳生产线，较减量置换前的同等规模生产线，其化石燃料碳排放相对减少约15%，有效提高了能源利用效率，降低了水泥生产过程约5%的碳排放，煅烧余泥的使用带来的碳排放贡献是非常可观的。同时，渣土免烧砖的现场制备，将大大降低渣土外运处理和砖材运输过程中的碳排放。

（四）渣土免烧砖碳排放

目前建筑渣土的资源化利用主要是将其制备为烧结砖，为了对比两者的碳排放，通过查询GB/T51366-2019《建筑碳排放计算标准》，得到了烧结粘土实心标准砖的碳排放为357kgCO2/m3，换算成单砖碳排放为0.521kgCO2/块；同时考虑外购的烧结砖运输到现场的过程中也会产生碳排放，经查询得到标准中轻型汽油货车运输（载重2t）的碳排放因子为0.334kgCO2/（t·km），按照运输距离50km计算，单砖运输碳排放为0.058kgCO2/块，最终外购烧结砖综合单砖碳排放为0.579kgCO2/块。

渣土免烧砖的生产过程中涉及到碳排放的主要有使用水泥、渣土烘干和筛分、混合料搅拌、免烧砖成型产生的碳排放，本文结合该技术生产设备的能耗分析，计算得出渣土免烧砖碳排放，如表1所示。

由计算分析可知，渣土免烧砖的碳排放远低于传统的烧结砖，MU20强度内的碳排放量平均降低33.4%，MU10强度砖的降幅高达57.5%。因此，该技术和产品的减碳效益非常明显，符合国家绿色环保的发展政策，也将为实现“双碳目标”做出贡献。

三、经济性分析

（一）渣土免烧砖成本分析

以MU5等级的免烧砖测算制砖成本，渣土免烧砖单块制备需要的混合料质量约为3.5kg。其中水泥用量为0.149kg，按照水泥价格为605元/吨计算，水泥成本是0.090元/块；渣土用量为2.826kg，按照渣土（烘干、筛分）处理成本的平均值为49元/吨计算，渣土处理成本是0.138元/块；混合料搅拌和免烧砖压制成型的单砖成本约为0.007元。综合上述可得出免烧砖的生产成本约为0.235元/块（未考虑人工和场地成本）。若考虑现场制备渣土免烧砖，以深圳为例，按照渣土外运处理成本为200元/吨计算，可节省渣土外运处理成本约为0.565元/块。

以相同方法计算MU10、MU15和MU20等级的免烧砖制砖成本，具体计算结果如表2所示。

（二）渣土免烧砖的经济效益计算

为了更好地对比渣土免烧砖与市售免烧砖的生产成本，通过广联达平台查询了深圳市目前常用标准实心砖的市场价格，如表3所示。

渣土免烧砖的经济效益主要包含两方面，一是施工现场制备，节省了土方的外运处理成本；二是节省了从外面购置免烧砖的费用。建筑废渣混凝土实心砖与渣土免烧砖最相似，因此综合考虑外运处理成本和节省外购建筑废渣混凝土实心砖的费用，可得到渣土免烧砖的经济效益，如表4所示。

结语：

通过计算与实验分析可知，渣土免烧砖的碳排放远低于传统的烧结砖，MU20强度内的碳排放量平均降低33.4%，MU5强度砖的降幅高达57.9%。该技术和产品的减碳效益非常明显，符合国家绿色环保的发展政策，也将为实现“双碳目标”做出贡献。因此，渣土免烧砖具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。