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废弃混凝土的回收利用

建筑垃圾的处理和合理利用的思考

摘要目前我国建筑垃圾已占到城市垃圾总量的30~40%,,其中很大一部分是旧房拆除过程中所产生的废旧混凝土构件和块体。

传统的建筑垃圾处理方法将占用大量耕地,造成一定的环境污染,如何合理处理这部分建筑垃圾成为摆在我们面前的一个重要课题。

本文根据大量国内外调查资料和研究分析,从材料、技术和经济等方面论述了生产再生混凝土和在建筑工程中应用再生混凝土的可行性,给出了再生混凝土生产的技术要求和经济指标,对建筑垃圾的处理具有一定的指导意义。

关键词废弃混凝土再生骨料破碎与分级技术

1前言

随着城市公用与民用建筑及市政设施的更新、改造和建设,在建设过程中,大量旧建筑物被拆除,从而产生大量的建筑垃圾,目前我国建筑垃圾数量已占到城市垃圾总量的30~40%。

根据有关资料,经过砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑的施工材料损耗的粗略估计,每万平方米建筑的施工过程中,仅建筑废渣就会产生500~600吨,若据此测算,我国每年仅施工建设所产生和排出的建筑废渣就有4000万吨。

而建筑垃圾中又尤其以废弃混凝土占得比重最多，因此,在建筑废弃物回收再利用当中,解决占绝大多数的废弃混凝土是至关重要的。

建国初期我国处理废弃混凝土的办法:

一是运往郊外掩埋;二是运往河道倾倒,这些都带来了一定的不利影响。

近年来,国内专家学者们在废弃混凝土方面开展了一些基础性研究。

但研究深度不够,再加上施工应用者的认识不足,特别是没有标志性工程的示范和相关技术标准、规程的指导。

因此,目前我国建筑垃圾资源化再生循环利用步伐缓慢,综合高效利用率尚不足5%。

然而，由于美国、日本和欧洲等发达国家和地区对建筑垃圾尤其是废弃混凝土等的再生循环利用研究开展得较早,目前废弃混凝土的再生利用率均在90%以上。

因此我国在废弃混凝土方面的研究与发展还有很大的进步空间，本文通过国内外对废弃混凝土的研究和经济效益方面的评价阐述废弃混凝土对城市的可持续发展所起到的重中之重的意义。

2.国内对废弃混凝土的研发与利用

目前,我国对于建筑废弃物的处理办法主要是运往郊外露天堆放或填埋,即使是回收也只是作为建筑物或道路的基础材料等低级利用,这样不仅会占用大量土地,造成环境污染,而且还会导致资源的严重浪费。

一方面我国是一个资源匮乏的国家,经济增长越来越受到资源和环境的约束;另一方面我国要贯彻和谐社会、可持续发展战略,因此建筑垃圾处理及应用技术的研究势在必行。

21世纪,水泥混凝土仍为主要的工程材料,根据表1可分析我国水泥资源和能源的消耗:

每t水泥熟料要用1.4~1.5t石灰石,0.2~0.3t粘土,还有铁粉,煤耗按200kg/t计。

年产7.0亿t水泥（其中熟料按5亿t计）,需石灰石7.0亿t,粘土1.0~1.5亿t,煤1.0亿t。

我国混凝土生产每年需12亿t粗骨料和9亿t细骨料。

据有关部门调查,我国能生产水泥的石灰石贮量仅500亿t,可采量50%,仅够水泥工业生产使用40~50年。

生产水泥,我国排放CO2约7亿t/a,同时还排放大量SO2、NOx及大量粉尘,约1.5万t/a。

因此，对混凝土的高效利用至关重要。

近几年,我国每年拆除旧建筑与新建建筑所产生的垃圾估计要达到几十亿t,其中废弃混凝土的比例约占1/3,以上数据不容忽视。

若将废弃混凝土就地回收再利用,生产再生混凝土用到新建建筑物上,那么不仅能降低成本,节约骨料资源,而且还能减轻对环境的污染，近年来我国科学工作者对混凝土的回收再利用进行了大量研究，同时也提出了很多有建设性的办法。

例如：

2.1邯郸市建筑垃圾回收再利用的研究针对邯郸市在河北省“三年大变样”形势下城市建设进程中产生的大量建筑垃圾，结合邯郸市自身区域特点和城市发展模式，提出了利用建筑垃圾制作轻质混凝土浇筑保温墙体的研究技术，建筑垃圾制作轻质混凝土浇筑保温墙体,将处理过的建筑垃圾作为建筑材料使用，并建立了一套合理的工序：

生产工艺技术路线概括为:

建筑垃圾进厂→检测→筛选→一次破碎→二次破碎→分类→计量→配料→现场浇筑→初凝→脱模→养护→成型。

取得了一定的经济效益，具有一定的推广价值。

但是与传统的构件材料相比有其自身的不足，具体体现在强度、保温隔热性能等方面，因此对于广泛推广还具有局限性，没有找到合理的解决办法。

2.2南京雨花再生资源有限公司是专业从事废旧钢铁回收分拣加工及建筑垃圾处理和再生资源的生产与研发的节能环保型企业。

公司成立之初便积极对废弃混凝土展开研究并与市城管局固废处保持联系，参与新建项目建筑垃圾处置招标，将招标进来的各种废弃混凝土原料按品种堆放到原料场地，用挖机炮头进行破碎预处理，使符合破碎机的尺寸大小，然后通过铲车将原料放入破碎机料斗，进行粗破，然后通过输送机送入细破料斗，进行细破，经过三层振动筛分选出粗骨料、细骨料、粉料三种不同的产品，通过皮带机放入成品堆场。

废弃混凝土深加工工艺流程图1。

通过一系列对废弃混凝土的再加工，制作成C30再生骨料混凝土，通过测试其抗压强度坍落度损失凝结时间泌水量含气量抗渗性能等的测算，得出再生骨料混凝土的各项性能基本能达到建筑工程的需要。

但是城市建筑固废中的废弃混凝土经过现场收集、运输、加工最后生产再生混凝土，要经过人工分选分离、破碎等工艺，总体生产成本较之普通混凝土要高。

由于我国混凝土垃圾处理产业还处于初步阶段，所以需要政府完善法律法规，出台扶持政策。

其次加大科技研发投入企业加大科技投入，多进行行业间的调研交流学习，促进再生资源行业的发展;加强生产工艺装备研发，提高加工水平，提高自动化程度，为建筑垃圾资源化再利用提供重要支撑。

通过科研立项资助、成果转化资助等方式鼓励企业进行技术创新;对采用先进技术的企业给予一定的设备采购补贴，或者采取以奖代补的方式，奖励采用先进技术设备的项目;对使用“绿色建材”产品的项目予以财政补贴。

最后还要加强废物利用和资源再利用宣传教育社会大众对再生产品的认可程度直接影响着再生产品的需求量，而市场需求量又是决定产业发展的重要因素。

加大宣传力度，让社会大众消除对建筑垃圾处理产业和再生混凝土产品的偏见。

加大对目前环境污染现状和资源紧缺现状的介绍，提高大众环境、资源危机意识，从侧面说明发展建筑垃圾处理产业的必要性，从而在全社会形成推动产业发展的良好氛围。

2.3近年来我国已经对废弃混凝土加大了研发力度，并取得了很多成果，同时也存在很多问题。

建筑垃圾经过破碎、筛分分级后，主要利用的是其中的粗骨料，而处于分选过程最终端的建筑垃圾细骨料，由于其成分复杂、粒径较小、性能不稳定，一般没有得到很好的应用，使建筑垃圾无法得到全部的再生利用，而产生二次污染，其再生利用率较低。

针对如此现象，北京工业大学的教授通过借鉴国内外废弃混凝土的处理经验，提出利用流动化施工方法，对建筑垃圾细料进行再生利用，以使建筑垃圾得到100%的再生利用、开拓新的建筑材料和提高基础设施施工效果的综合效益。

建筑垃圾细料的流动化施工技术“流动化施工技术”是20世纪80年代国外逐渐开发的、一种涵义广泛的施工技术的总称，指依靠材料的自身流动性进行充填施工的技术，最初是在建筑工程中采用的。

随着技术的完善和进步，“流动化施工技术”逐渐推广到土木工程各个领域的回填施工中。

专家们借鉴国内外广泛使用的流动化回填技术，以建筑垃圾细料为主要原材料，加入水泥、掺合料和水制备一种新型的回填材料———建筑垃圾流动性回填材料。

该材料一方面很好地解决了建筑垃圾再生利用率低的问题，另一方面开发出一种性能良好的基坑回填材料。

该回填材料具有强度可调节、良好的流动性、可开挖性、固化后的自立性、良好的施工性、良好的耐久性等优点，其强度与压实土的强度接近，可以与周围的土体完全融合成一个整体，不会产生不均匀变形和沉陷。

同时该种材料的弹性模量介于混凝土和压实土之间，是一种良好的过渡性材料，可以广泛地应用于刚性构筑物和柔性基础之间的衔接。

由于使用的原材料大部分是建筑垃圾细料，所以对环境保护、节约资源以及建筑材料的可持续发展等都有很大的益处。

通过

（1）再生细料的基本物理性能指标：

级配、密度、坚固性、界线含水量等，

（2）再生胶砂需水量比试验,。

（3）建筑垃圾细料的二级分类方法：

级配指数和再生胶砂需水量比的各项性能指数的试验研究，流动化施工技术在混凝土的回收利用方面具有非常大的潜力。

2.4上海大学何池全教授等人根据国内外对废弃混凝土的利用研究，引进了植被生态混凝土的概念。

植被生态混凝土是一种能够适应植物生长,对调节生态平衡、美化环境、实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料.植被生态混凝土属于生态混凝土的一种,它被定义为能够适应植物生长、可进行植被作业,并具有保护环境、改善生态环境、基本保持原有防护作用功能的混凝土块。

日本混凝土工学协会最早正式提出了生态混凝土的概念,此后国际上对生态混凝土的研究逐渐开展起来,如日本鹿岛建设公司使用植物纤维和水泥混合浇筑,制出了轻质水泥,其表面可以生长植物甚至栖息一些动物;韩国自然与环境株式会社开发研制的类似花盆般的孔洞型混凝土块,被用于生态型河川建设.我国在生态混凝土方面的研究起步较晚,2002年6月,天津水利科学研究所率先开发出一项绿色植被混凝土技术并申请了国家专利;而三峡大学后勤集团护坡绿化研究所研制的多孔连续性绿化混凝土性能十分优越,具有降温、降噪、提高热交换等功能;除此以外,吉林水利实业公司和吉林水利工程材料研究所也作了很多相关研究.在三峡高陡坡、无锡灵山大佛陡坡、黄龙滩电厂混凝土边坡等都运用了生态混凝土技术。

由于混凝土的强度与孔隙率及骨料直径成反比,即骨料越大、接点越少,混凝土强度也就随之下降,但要想植物深入就必须确保混凝土块具有一定的孔隙率.与此同时,混凝土浇筑后,水泥水化生成Ca（OH）2,使混凝土碱度增加,不利于植物生长.普通水泥混凝土的孔隙率约为4%、碱度为13,而植被生态混凝土则要求其孔隙率要达到20%以上、碱度下降到11左右才能实现混凝土与绿色植物共存.因此,筛选合适的耐碱植物、解决混凝土孔隙率和强度的矛盾以及确定植物培养基是植被生态混凝土技术要重点解决的问题.作者通过对日本结缕草、狗牙根、高羊茅、黑麦草、草地早熟禾、高地草等试验研究，得出利用建筑垃圾作为骨料制作生态混凝土可行,制作出的混凝土预制块养护28d后,其抗压强度为1.0~3.2MPa,抗折强度为0.2~1.0MPa,透水系数≥0.5mm/s,混凝土块孔隙率≥20%,达到了护坡和植被生长的要求。

2.5海安江阴等地政府为了解决长期的建筑垃圾造成的困扰，积极引进了废弃混凝土的造砖技术。

经过多次调整配比试验，成功生产出混凝土砖，产品经检测各项指标都符合国家标准，该制砖技术已在行业内推广。

当地利用建筑垃圾制砖产量达3000多万块，综合利用建筑垃圾10万多吨。

3.国外对废弃混凝土的研发利用

3.1日本是最早再生循环利用建筑垃圾的国家。

早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料。

日本的废弃混凝土再生骨料处理工艺流程借鉴了碎石集料生产早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料的成熟工艺，因此便于控制块体破碎以及骨料的筛分，但需要对分选、洁净、冲洗等工艺加早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，生产再生水泥和再生骨料,以控制。

为得到质量较高的再生骨料，还添加了填充型加热装置，用于骨料生产时的升温、二次破碎加工。

通过该工艺流程制备的再生骨料性能满足日本相关规范要求，工艺流程见图2。

该工艺中设置的二级筛分破碎可以提高剩余粗骨料的强度，但是升温和二次碾磨筛分都会提高生产成本

3.2废弃混凝土的回收利用早已经过许多国家的研究，但是混凝土的粗细骨料的分离一直困扰着许多科研工作者。

因为工地的废弃混凝土，由硬化水泥浆体将粗、细骨料紧密结合在一起，并具有一定的抗压强度，如果采用普通破碎的方法只能将废弃混凝土在粒度上进行从大到小破碎，达不到将粗、细料分离的目的。

要将其分离，必须解决废弃混凝土原有的并牢固粘结在一起的粗骨料与集料分离，即类似于将粗骨料表面的“壳”剥了，得到表面干净的粗骨料与细料（砂和硬化水泥浆及其混合物）。

韩国科研工作者最先提出一种最新工艺，该工艺采用一种专门用来分离废弃混凝土的“剥壳”机，其原理是通过机械方法对破碎至一定粒度的废弃混凝土进行有效磨削，将硬水泥砂浆从骨料表面进行剥离。

将废弃混凝土破碎至粒径不超过40mm后进行“剥壳”处理，采用孔径5.0mm（粒径4.75mm）筛进行筛分处理，粒径大于4.75mm的粗骨料用于配制新混凝土，粒径小于4.75mm的细料进行磨细处理。

具体分离工艺见图1

废弃混凝土通过“剥壳”处理，得到粗骨料和“壳（细料）”，“壳（细料）”的主要成分是水泥砂浆和部分粒径小的石子及石末等混合物。

分离效果主要看得到粗骨料的量及其性能。

实验证明，利用废弃混凝土组分的性能差异，采用机械方法对其进行有效磨削，可将硬化砂浆从骨料表面进行有效剥离，得到理想的粗骨料，可改善其配制的混凝土性能；对得到的细料再进行磨细加工后，是混凝土较好的掺合料，由此对废弃混凝土的再次利用做出了巨大贡献。

3.3德国废混凝土的资源化现状第二次世界大战后，德国已经有了将废弃砖破碎后作为混凝土材料使用的经验，是较早开始对废混凝土进行在资源化的国家之一。

。

德国克林曼移动式破碎筛分机，在整个设备中主要的构成方式是：

结构紧凑性能优良的履带移动式破碎站，配置有预筛分功能的强力型震动给料系统。

再生工艺流程示意图，主要由一个二档等级的破碎机组成，还装置两个颚式破碎机和铁件受料台（电磁器）等。

通过加工的再生骨料被筛分为0~4mm、4~16mm、16~45mm及45~90mm四个级配区。

预处理阶段：

原材料过筛后先使用挑选设备去除废料中的杂质，然后送入冲击破碎机将粒径大于45mm的材料破碎成较小颗粒；再经过磁性分离机除去铁质。

（b）粒组分化阶段：

首先进行二次筛分，再经过空气分离机将各粒组的细小杂质分离。

就此可得到不同粒径的再生骨料。

用这种方法处理过的再生骨料纯度和质量较高，可满足工程要求。

湿处理技术原理是脉冲水流冲过材料混合物，利用材料密度不同去除杂质.克林曼破碎筛分机结构紧凑，安装省时，运输便利，维修方便，使其成为各类物料生产企业的理想设备。

克林曼移动式破碎筛分机就有独特的性能特点。

传统的移动式破碎筛分机在处理建筑垃圾时候都采用的是钻机，刀具等工具，但是德国的克林曼破碎筛分机却是采用的液压力，坚固，高性能的单轴板鄂式的破碎机进行驱动破碎的，这样的破碎筛分机在进行建筑垃圾的处理时，能够更大产量的进行建筑垃圾的回收再利用，节省了时间并且也能带来经济效益。

但是，由于国外发达国家的各种基础想性的建筑已经完善了，建筑垃圾的数量在逐渐的下降，因此，移动破碎筛分机已经向国内进行了转移，成为国内运普遍的建筑垃圾的处理方式。

4.效益分析

尽管目前从纯经济指标的角度来讲,再生骨料的生产是微利、无利甚至是亏损的,但随着科学技术的进步和生产水平的发展以及人类对环保的日益重视,经济性的概念也会随之变化。

因此,再生混凝土的经济性不能简单地用生产成本来衡量,因为它所增加的费用很容易被其他方面的效益所补偿。

1）不同的国家、城市和地区应用再生骨料的经济条件是不同的,天然骨料的储量及其市场价格因素直接影响再生骨料的应用。

对于天然骨料紧缺的地区,其市场价格必然偏高,使用再生混凝土一定会降低成本。

即使是天然骨料富足的地区,随着环保意识的增强,为了获取价格较低的天然骨料,无限制地开山取石也必然会受到限制,那么使用再生骨料,是以后生产混凝土的重要途径。

2）城市垃圾处理费用的增加也反映出再生骨料混凝土的经济效果。

城市规划中规定了建筑垃圾堆放场的具体位置和数量,其直接影响到建筑垃圾的清运和处理成本。

2005年6月1日起,我国开始实行建设部颁布的《城市建筑垃圾管理规定》,此法规规定对于单位和个人不按相关规定处置建筑垃圾的行为,在经济上给予严厉处罚,国内很多城市据此给出了具体的处罚细则,这为再生骨料的应用提供了一个很好的政策支持。

因此,业主和拆除商必然会考虑政府的政策、法规,并根据垃圾场的远近,综合分析垃圾清运及处理费用。

相比之下,采用就地

处理,循环利用配制再生混凝土,不失为良策。

以上海为例,若将废弃混凝土全部循环再生利用,则每年可节约建筑垃圾处理费1亿元以上。

3）国家和地区对再生骨料生产的财政和税收上的扶持程度,对再生骨料的使用程度也有一定的影响。

如果政府对再生骨料的生产提供财政支持,制定相应的减免税政策,以减少业主和拆除商拆除旧建筑的费用支出,降低再生骨料的生产成本,那么再生骨料与天然骨料成本相比,将会具有同等的竞争力,再生混凝土的使用程度也会大幅度提高。

如新加坡政府提供再生建材建厂基地、再生建材原料堆置基地以及无限期免税额度、工业废料处理补贴、再生厂人事薪资补贴以及绿色产品开发奖励等。

4）定量经济分析。

欧盟、美国、日本每年废混凝土超过3.6亿t,对混凝土和钢筋混凝土废料再加工得到的再生骨料能耗比开采天然碎石要低7倍,成本可降低25%。

以韩国再生骨料生产为例,换算成人民币计算再生骨料的经济效益。

目前韩国市场上天然骨料的售价为100~150元/t;据计算,工业化生产再生骨料的成本为15元/t,而每吨建筑垃圾可生产出0·7t以上的再生骨料;再生骨料的售价根据骨料强度不同定为60~160元/t;此外,建筑拆除商还要向再生骨料生产商交纳20~30元/t的建筑垃圾处理费。

若再生骨料的售价和垃圾处理费均

按最低价计算,则生产每吨再生骨料的利润=60+20×（1/0.7）-15=73.57元/t;若再生骨料的售价和垃圾处理费均按最高价计算,则生产每吨再生骨料的利润=160+30×（1/0.7）-15=187.86元/t。

可见利润是很可观的。

5）技术可行性。

目前再生骨料的加工方法是将不同的切割破碎设备、传送机械、筛分设备和清除杂质的设备有机地组合在一起,共同完成破碎,筛分和除去杂质等工序,最后得到符合质量要求的再生细骨料和再生粗骨料。

不同的设计者和生产厂家在生产细节上略有不同。

5结语

通过国内外专家学者长期的试验研究和实践表明：

（1）废弃混凝土的破碎与加工工艺在加工设备和生产成本上都要进行考虑，国内的破碎与加工工艺要结合我国基本国情，在生产设备的选择和回收利用率方面还需继续研究。

（2）在制定再生骨料的分级分类标准时应考虑不同来源废弃混凝土对再生骨料性能的影响，建议在建筑垃圾回收时就对其进行分类处理；鉴于骨料本身存在地域差别，且不同区域的环境对原生混凝土产生的影响也有所不同导致废弃混凝土再生骨料的性能不尽相同，建议在出台全国通用再生骨料相关标准的同时，各地区也制定适用于本地区的废弃混凝土再生骨料分级分类标准并在分级分类时提出再生骨料混凝土的应用范围，如：

道路、房屋结构等，利于推广使用。

（3）在国家政府对废弃混凝土循环利用大力支持的基础上，建议制定有效的市场运行机制和商业模式，提高全民对于建筑废弃物的再生循环利用意识。

通过以上的分析可以看出,使用再生混凝土,无论是在生态上、经济上还是技术上,都是可行的。

再生混凝土的应用,是适应人与自然和谐发展的体现。

但是再生混凝土的研究还存在一定的局限性,还需要政府在各方面的大力扶持,各规程、规范、标准也需尽快制定。

只要准备工作做足了,将再生混凝土适当地运用到结构工程中也就指日可待。

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