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      建筑垃圾在道路建設中回收利用的可行性分析

      發布日期:2013-07-12   點擊次數:

      作者:周增華

      引  言

      隨著我國城鎮化、工業化發展速度的加快,城市建設從外延式開發與大規模舊城改造并舉、住宅小區規?;ㄔO及道路的改擴建,導致大量建筑垃圾急劇產生,說明我國建筑垃圾排放量高峰期已經到來。目前,國內處理建筑垃圾基本上仍停留在落后簡單的填埋式處理,由于建筑垃圾的不可降解性,填埋式處理將會給社會帶來災難性的后果。據專家測算,堆放建筑垃圾需要大量地皮,每10 萬m3 的建筑垃圾至少需要6 萬m2 的堆放場地,一般臨時建筑垃圾堆放場地高度在3 m 左右,堆放場地還需要留有一定的面積用作道路、緩沖區以堆放分揀的其他垃圾等。簡單的處理方法對土地、人力資源的消耗十分巨大,運輸成本高。且不說此舉耗用大量的可耕地和運輸費用,還會給環境造成長遠的破壞。面對如此嚴峻的建筑垃圾成災的局面,如何處理和利用越來越多的建筑垃圾,已成為各級政府部門和其他相關部門迫在眉睫、亟待解決的問題。

      在未來30 年間,將出現“十大新興技術”,其中有關“垃圾處理”的新興技術被列為第二位。國際上經濟發達國家正在積極探索將垃圾變為一種新資源并將其打造成一個新興的大產業,為之建立了一個以技術方法、科學和組織結構的新模式,確保對主要廢棄物流動的控制和對大部分建筑垃圾的循環利用。其中,建筑垃圾在道路建設中的應用是城市發展過程中首先要解決的問題。

      1  建筑垃圾的國內、外綜合利用現狀

      1. 1  國外綜合利用現狀

      建筑垃圾中的許多廢棄物經過分撿、剔除或粉碎后,大多可作為再生資源重新利用。綜合利用建筑垃圾是節約資源、保護生態的有效途徑。在這方面,日本、美國和德國等發達國家進行得比較早,提供了許多優質的經驗和處理方法。由于對建筑技術、建筑習慣與材質的偏好,資源回收再利用的情形略有差異。

      1977 年日本政府制定了《再生骨料和再生混凝土使用規范》,并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠,生產再生水泥和再生骨料,生產規模較大的可加工生產100 t/ h 。1991 年日本政府又制定了《資源重新利用促進法》,規定建筑施工過程中產生的渣土、混凝土塊、瀝青混凝土塊、木材及金屬等建筑垃圾,必須送往“再資源化設施”進行處理.日本對于建筑垃圾的主導方針是:盡可能不從施工現場排出建筑垃圾;建筑垃圾要盡可能的重新利用;對于重新利用有困難的則應適當予以處理[1 ] 。

      美國政府則制定了《超級基金法》,規定“任何生產有工業廢棄物的企業,必須自行妥善處理,不得擅自隨意傾卸”。從而在源頭上限制了建筑垃圾的產生量,促使各企業自覺的尋求建筑垃圾資源化利用途徑。美國住宅營造商協會正在推廣一種“資源保護屋”,其墻壁是用回收輪胎和鋁合金廢料建成的,屋架所用的大部分鋼料是從建筑工地上回收來的,所用的板材是鋸末和碎木料加上20 %的聚乙烯制成,屋面的主要原料是舊的報紙和紙板箱。這種住宅不僅積極利用了廢棄的金屬、木料和紙板,而且比較好的解決了住房緊張和環境保護之間的矛盾[2 ] 。在荷蘭,建筑業每年產生的廢物大約為14 ×106 t ,大多數是拆毀和改造舊建筑物的產物(石塊、金屬、塑料和木材的雜亂物) 。

      目前,已有70 % 的建筑廢物可以被再循環利用,但是荷蘭政府希望將這個百分比增加到90 %。因此,該國制定了一系列法律,建立限制廢物的傾卸處理、強制再循環運行的質量控制制度。荷蘭建筑廢物循環再利用的重要副產品是篩砂, 產量大約1 ×106 t/ a 。砂很容易被污染,其再利用是有限制的。為此,荷蘭采用了砂再循環網絡,由揀分公司負責有效篩砂:依照它的污染水平分類,儲存干凈的砂,清理被污染的砂。

      德國將建筑垃圾分成土地開挖、碎舊建筑材料、道路開挖和建筑施工工地垃圾,1997~2005 年各類建筑垃圾的再利用情況見表1 所列(德國聯邦環境基金會總部的建筑就是用了舊混凝土集料) [3 ] 。德國西門子公司開發的干餾燃燒垃圾處理工藝,可將垃圾中的各種可再生材料十分干凈地分離出來,再回收利用,對于處理過程中產生的燃氣則用于發電,垃圾經干餾燃燒處理后有害重金屬物質僅剩下2~3 kg/ t ,有效地解決了垃圾占用大片耕地的問題。碎舊建筑材料主要用作道路路基、造垃圾填埋場、人造風景和種植等。

      表1  德國1997~2005 年各類建筑垃圾的再生利用率  %

      垃圾類別

      年  份

      1997

      1999

      2001

      2003

      2005

      碎舊建筑材料

      25

      37

      55

      70

      75

      建筑工地垃圾

      10

      12

      30

      45

      60

      道路開挖垃圾

      70

      75

      88

      90

      95

       

      總之,這些國家大多施行“建筑垃圾源頭削減策略”,即在建筑垃圾形成之前,就通過科學管理和有效控制措施將其減量化。對于產生的建筑垃圾則采用科學手段,使其具有再生資源的功能。

      1. 2  國內綜合利用現狀

      長期以來,我國的建筑垃圾再利用沒有引起很大重視,通常是未經任何處理就被運到郊外或農村,采用露天堆放或填埋的方式進行處理。隨著我國城鎮建設的蓬勃發展,建筑垃圾的產生量也與日俱增。目前,我國每年的建筑垃圾數量已在城市垃圾總量中占有很大比例,成為廢物管理中的難題。我國于1995 年頒布了《城市固體垃圾處理法》,

      但單一收費方法并不能根本上堵住建筑垃圾的源頭,而且有必要進一步完善建筑垃圾再利用的法律依據。政府部門一方面應出臺一系列的優惠政策,大力扶持建筑垃圾回收再利用這項新興的產業;另一方面以《固體廢棄物污染環境防治法》等法律、法規建立起嚴格的環境保護問責制,進一步強化全社會的環保意識。如上海、北京、深圳等城市在對建筑垃圾的回收

      利用方面作了一些嘗試。

      1990 年7 月,上海市第二建筑工程公司在市中心的“華亭”和“霍蘭”2 項工程的7 幢高層建筑施工過程中,將結構施工階段產生的建筑垃圾,經分揀、剔除并將有用的垃圾碎塊粉碎后,與標準砂按1 ∶1 的比例拌合作為細骨料,用于抹灰砂漿和砌筑砂漿。共計回收利用建筑垃圾480 t ,節約砂子材料費1. 44 萬元和垃圾清運費3 360 元,扣除粉碎設備等購置費,凈收益1. 24余萬元。

      1992 年6 月,北京城建集團一公司先后在9 萬m2 不同結構類型的多層和高層建筑的施工過程中,回收利用各種建筑垃圾840 t ,用于砌筑砂漿、內墻和頂棚抹灰、細石混凝土樓地面和混凝土墊層,使用面積約3 萬m2 ,節約資金4. 5 余萬元。近幾年,河北工專新興科技服務總公司開發成功一種“用建筑垃圾夯擴超短異型樁施工技術”,在綜合利用建筑垃圾方面有了突破性進展。該項技術是采用舊房改造、拆遷過程中產生的碎磚瓦、廢鋼渣及碎石等建筑垃圾為填料,經重錘夯擴形成擴大頭的鋼筋混凝土短樁,并采用了配套的減隔振技術,具有擴大樁端面積和擠密地基的作用。單樁豎向承載力設計值可達500~700 kN。經測算,該項技術較其他常用技術可節約基礎投資25 %左右[4 ] 。

      2  建筑垃圾應用于道路建設的可能性

      2. 1  建筑垃圾應用于道路的適應性

      建筑垃圾是由碎混凝土、碎磚瓦及碎砂石土等無機物類構成。其化學成分是硅酸鹽、氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硫化物及硫酸鹽等。其具有相當好的強度、硬度、耐磨性、沖擊韌性、抗凍性及耐水性等,即強度高、穩定性好。建筑垃圾又具有相當好的物理和化學穩定性,其性能優于黏土、粉性土,甚至砂土和石灰土[1] 。建筑垃圾透水性好,遇水不凍漲,不收縮,是道路工程難得的水穩定性好的建筑材料。建筑垃圾顆粒大,比表面積小,含薄膜水少,不具備塑性。透水性好能夠阻斷毛細水上升,在潮濕狀態和環境下,建筑垃圾的基礎墊層,強度變化不大,是理想的強度高、穩定性好的路用材料,如利用廢棄建筑混凝土和廢棄磚石生產的粗細骨料,可用于生產相應強度等級的混凝土、砂漿或將粗細骨料添加固化類材料后,也可用于道路路面基層。道路工程,具有工程數量大,耗用建材多的特點。耗材多,決定著道路工程的基本造價。因此道路設計的一項基本原則就是因地制宜,就地取材,努力降低工程造價。而建筑垃圾,具備其他建材沒有的優點:數量大、成本低及質量好。因此,建筑垃圾的主要應用對象,選擇應該是道路工程。

      2. 2  建筑垃圾應用于道路需要解決的技術問題

      (1) 建筑垃圾和雜填土的成分與分類指標。對建筑垃圾種類進行分類,進行各類建筑垃圾的物理力學性能試驗;對雜填土的性質進行試驗,了解其成分,進行指標分類。

      (2) 建筑垃圾和雜填土的處理方法。根據建筑垃圾和雜填土的分類性質劃分結果,結合目前道路建設的施工工藝水平,通過試驗尋找改善建筑垃圾和雜填土的性能,特別是適合路用性能的方法,主要解決:尋找合適的固結材料,在拌和試驗合格的基礎上,進行處理后的建筑垃圾和雜填土初步物理力學性能試驗;尋找合適已知的路用材料,在拌和試驗合格的基礎上,進行處理后的建筑垃圾和雜填土的初步物理力學性能試驗;總結試驗結果,提出處理后的建筑垃圾和雜填土的路用性能室內試驗方案。

      (3) 建筑垃圾和雜填土的路用性能試驗。根據室內試驗的處理方法,按照路用性能由低要求到高要求的試驗研究步驟,對處理后的建筑垃圾和雜填土的路用性能進行試驗研究:根據找到的處理材料,提出試驗采用的配方;根據提出的配方,進行多配方的路用性能比較試驗,性能試驗主要包括下列的全部或若干:強度、水穩定性及溫度穩定性等項技術指標;根據配合比試驗結果,分析處理后的建筑垃圾和雜填土的性質改變情況,對試驗結果進行評價,對比分析出路用性能滿足使用要求情況,提出幾種可采用的配合比和設計參數,確定處理后的建筑垃圾和雜填土在道路工程中的使用部位。

      (4) 建筑垃圾和雜填土的施工工藝。根據室內試驗的主要結果,結合目前道路建設的施工工藝水平,初步提出處理后的雜填土和建筑垃圾的施工工藝方案(包括質量控制方法) ,重點突出城市管道線部位或附近的施工方法。

      2. 3  建筑垃圾應用于道路可產生的經濟效益據了解,建筑垃圾大多為固體廢棄物,一般是在建設過程中或舊建筑物維修、拆除過程中產生的。主要由土、渣土、散落的砂漿和混凝土、磚、打樁截下的鋼筋混凝土樁頭、竹木材、裝飾裝修產生的廢料等廢棄物組成。據有關資料介紹,在每1 萬m2 建筑的施工過程中,僅建筑垃圾就會產生500~600 t 。這樣,在我國加上舊城拆遷、建材工業所產生的建筑垃圾數量每年就達數億噸[5 ] 。以韓國再生建筑垃圾中的骨料生產為例,計算回收建筑垃圾的經濟效益。韓國每生產1 t 再生骨料的費用為15 元人民幣,每噸建筑垃圾可生產出0. 7 t以上的再生骨料,再生骨料的售價根據骨料強度的不同,每噸約為30~80 元人民幣(這里以較低價30 元人民幣/ t 計算) ,再生骨料生產商每處理1 t 建筑垃圾要向建筑商收取約10~20 元人民幣的處理費(按較低收費20 元人民幣/ t 計算) ,這樣在再生骨料生產中每處理1 t 建筑垃圾帶來的利潤可計算如下:利潤= 0. 7 ×30 + 10 - 15 ×0. 7 = 20. 5 元(人民幣)通過計算,可見再生骨料的生產和利用,除了對環境保護具有明顯的現實意義外,還具有較好的經濟效益。

      以上是韓國將建筑垃圾回收應用于路面結構的例子,在我國目前還沒有這樣的條件利用回收建筑垃圾,但是根據條件的不同將建筑垃圾應用于路基,同樣可以取得較好的社會效益和經濟效益。

      3  結束語

      建筑垃圾中絕大部分的東西可以轉化為再生資源和再生產品。建筑垃圾的再生利用技術以及相關法律、法規在國內應進一步的完善和推廣,為提高經濟效益和保護環境做出新的貢獻。

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