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建筑垃圾在道路建设中回收利用的可行性分析

发布日期:2013.07.12  点击次数:

作者:周增华

引  言

随着我国城镇化、工业化发展速度的加快,城市建设从外延式开发与大规模旧城改造并举、住宅小区规模化建设及道路的改扩建,导致大量建筑垃圾急剧产生,说明我国建筑垃圾排放量高峰期已经到来。目前,国内处理建筑垃圾基本上仍停留在落后简单的填埋式处理,由于建筑垃圾的不可降解性,填埋式处理将会给社会带来灾难性的后果。据专家测算,堆放建筑垃圾需要大量地皮,每10 万m3 的建筑垃圾至少需要6 万m2 的堆放场地,一般临时建筑垃圾堆放场地高度在3 m 左右,堆放场地还需要留有一定的面积用作道路、缓冲区以堆放分拣的其他垃圾等。简单的处理方法对土地、人力资源的消耗十分巨大,运输成本高。且不说此举耗用大量的可耕地和运输费用,还会给环境造成长远的破坏。面对如此严峻的建筑垃圾成灾的局面,如何处理和利用越来越多的建筑垃圾,已成为各级政府部门和其他相关部门迫在眉睫、亟待解决的问题。

在未来30 年间,将出现“十大新兴技术”,其中有关“垃圾处理”的新兴技术被列为第二位。国际上经济发达国家正在积极探索将垃圾变为一种新资源并将其打造成一个新兴的大产业,为之建立了一个以技术方法、科学和组织结构的新模式,确保对主要废弃物流动的控制和对大部分建筑垃圾的循环利用。其中,建筑垃圾在道路建设中的应用是城市发展过程中首先要解决的问题。

1  建筑垃圾的国内、外综合利用现状

1. 1  国外综合利用现状

建筑垃圾中的许多废弃物经过分捡、剔除或粉碎后,大多可作为再生资源重新利用。综合利用建筑垃圾是节约资源、保护生态的有效途径。在这方面,日本、美国和德国等发达国家进行得比较早,提供了许多先进的经验和处理方法。由于对建筑技术、建筑习惯与材质的偏好,资源回收再利用的情形略有差异。

1977 年日本政府制定了《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,生产规模最大的可加工生产100 t/ h 。1991 年日本政府又制定了《资源重新利用促进法》,规定建筑施工过程中产生的渣土、混凝土块、沥青混凝土块、木材及金属等建筑垃圾,必须送往“再资源化设施”进行处理.日本对于建筑垃圾的主导方针是:尽可能不从施工现场排出建筑垃圾;建筑垃圾要尽可能的重新利用;对于重新利用有困难的则应适当予以处理[1 ] 。

美国政府则制定了《超级基金法》,规定“任何生产有工业废弃物的企业,必须自行妥善处理,不得擅自随意倾卸”。从而在源头上限制了建筑垃圾的产生量,促使各企业自觉的寻求建筑垃圾资源化利用途径。美国住宅营造商协会正在推广一种“资源保护屋”,其墙壁是用回收轮胎和铝合金废料建成的,屋架所用的大部分钢料是从建筑工地上回收来的,所用的板材是锯末和碎木料加上20 %的聚乙烯制成,屋面的主要原料是旧的报纸和纸板箱。这种住宅不仅积极利用了废弃的金属、木料和纸板,而且比较好的解决了住房紧张和环境保护之间的矛盾[2 ] 。在荷兰,建筑业每年产生的废物大约为14 ×106 t ,大多数是拆毁和改造旧建筑物的产物(石块、金属、塑料和木材的杂乱物) 。

目前,已有70 % 的建筑废物可以被再循环利用,但是荷兰政府希望将这个百分比增加到90 %。因此,该国制定了一系列法律,建立限制废物的倾卸处理、强制再循环运行的质量控制制度。荷兰建筑废物循环再利用的重要副产品是筛砂, 产量大约1 ×106 t/ a 。砂很容易被污染,其再利用是有限制的。为此,荷兰采用了砂再循环网络,由拣分公司负责有效筛砂:依照它的污染水平分类,储存干净的砂,清理被污染的砂。

德国将建筑垃圾分成土地开挖、碎旧建筑材料、道路开挖和建筑施工工地垃圾,1997~2005 年各类建筑垃圾的再利用情况见表1 所列(德国联邦环境基金会总部的建筑就是用了旧混凝土集料) [3 ] 。德国西门子公司开发的干馏燃烧垃圾处理工艺,可将垃圾中的各种可再生材料十分干净地分离出来,再回收利用,对于处理过程中产生的燃气则用于发电,垃圾经干馏燃烧处理后有害重金属物质仅剩下2~3 kg/ t ,有效地解决了垃圾占用大片耕地的问题。碎旧建筑材料主要用作道路路基、造垃圾填埋场、人造风景和种植等。

表1  德国1997~2005 年各类建筑垃圾的再生利用率  %

垃圾类别

年  份

1997

1999

2001

2003

2005

碎旧建筑材料

25

37

55

70

75

建筑工地垃圾

10

12

30

45

60

道路开挖垃圾

70

75

88

90

95

 

总之,这些国家大多施行“建筑垃圾源头削减策略”,即在建筑垃圾形成之前,就通过科学管理和有效控制措施将其减量化。对于产生的建筑垃圾则采用科学手段,使其具有再生资源的功能。

1. 2  国内综合利用现状

长期以来,我国的建筑垃圾再利用没有引起很大重视,通常是未经任何处理就被运到郊外或农村,采用露天堆放或填埋的方式进行处理。随着我国城镇建设的蓬勃发展,建筑垃圾的产生量也与日俱增。目前,我国每年的建筑垃圾数量已在城市垃圾总量中占有很大比例,成为废物管理中的难题。我国于1995 年颁布了《城市固体垃圾处理法》,

但单一收费方法并不能根本上堵住建筑垃圾的源头,而且有必要进一步完善建筑垃圾再利用的法律依据。政府部门一方面应出台一系列的优惠政策,大力扶持建筑垃圾回收再利用这项新兴的产业;另一方面以《固体废弃物污染环境防治法》等法律、法规建立起严格的环境保护问责制,进一步强化全社会的环保意识。如上海、北京、深圳等城市在对建筑垃圾的回收

利用方面作了一些尝试。

1990 年7 月,上海市第二建筑工程公司在市中心的“华亭”和“霍兰”2 项工程的7 幢高层建筑施工过程中,将结构施工阶段产生的建筑垃圾,经分拣、剔除并将有用的垃圾碎块粉碎后,与标准砂按1 ∶1 的比例拌合作为细骨料,用于抹灰砂浆和砌筑砂浆。共计回收利用建筑垃圾480 t ,节约砂子材料费1. 44 万元和垃圾清运费3 360 元,扣除粉碎设备等购置费,净收益1. 24余万元。

1992 年6 月,北京城建集团一公司先后在9 万m2 不同结构类型的多层和高层建筑的施工过程中,回收利用各种建筑垃圾840 t ,用于砌筑砂浆、内墙和顶棚抹灰、细石混凝土楼地面和混凝土垫层,使用面积约3 万m2 ,节约资金4. 5 余万元。近几年,河北工专新兴科技服务总公司开发成功一种“用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术”,在综合利用建筑垃圾方面有了突破性进展。该项技术是采用旧房改造、拆迁过程中产生的碎砖瓦、废钢渣及碎石等建筑垃圾为填料,经重锤夯扩形成扩大头的钢筋混凝土短桩,并采用了配套的减隔振技术,具有扩大桩端面积和挤密地基的作用。单桩竖向承载力设计值可达500~700 kN。经测算,该项技术较其他常用技术可节约基础投资25 %左右[4 ] 。

2  建筑垃圾应用于道路建设的可能性

2. 1  建筑垃圾应用于道路的适应性

建筑垃圾是由碎混凝土、碎砖瓦及碎砂石土等无机物类构成。其化学成分是硅酸盐、氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫化物及硫酸盐等。其具有相当好的强度、硬度、耐磨性、冲击韧性、抗冻性及耐水性等,即强度高、稳定性好。建筑垃圾又具有相当好的物理和化学稳定性,其性能优于黏土、粉性土,甚至砂土和石灰土[1] 。建筑垃圾透水性好,遇水不冻涨,不收缩,是道路工程难得的水稳定性好的建筑材料。建筑垃圾颗粒大,比表面积小,含薄膜水少,不具备塑性。透水性好能够阻断毛细水上升,在潮湿状态和环境下,建筑垃圾的基础垫层,强度变化不大,是理想的强度高、稳定性好的路用材料,如利用废弃建筑混凝土和废弃砖石生产的粗细骨料,可用于生产相应强度等级的混凝土、砂浆或将粗细骨料添加固化类材料后,也可用于道路路面基层。道路工程,具有工程数量大,耗用建材多的特点。耗材多,决定着道路工程的基本造价。因此道路设计的一项基本原则就是因地制宜,就地取材,努力降低工程造价。而建筑垃圾,具备其他建材无可比拟的优点:数量大、成本低及质量好。因此,建筑垃圾的主要应用对象,首选应该是道路工程。

2. 2  建筑垃圾应用于道路需要解决的技术问题

(1) 建筑垃圾和杂填土的成分与分类指标。对建筑垃圾种类进行分类,进行各类建筑垃圾的物理力学性能试验;对杂填土的性质进行试验,了解其成分,进行指标分类。

(2) 建筑垃圾和杂填土的处理方法。根据建筑垃圾和杂填土的分类性质划分结果,结合目前道路建设的施工工艺水平,通过试验寻找改善建筑垃圾和杂填土的性能,特别是适合路用性能的方法,主要解决:寻找合适的固结材料,在拌和试验合格的基础上,进行处理后的建筑垃圾和杂填土初步物理力学性能试验;寻找合适已知的路用材料,在拌和试验合格的基础上,进行处理后的建筑垃圾和杂填土的初步物理力学性能试验;总结试验结果,提出处理后的建筑垃圾和杂填土的路用性能室内试验方案。

(3) 建筑垃圾和杂填土的路用性能试验。根据室内试验的处理方法,按照路用性能由低要求到高要求的试验研究步骤,对处理后的建筑垃圾和杂填土的路用性能进行试验研究:根据找到的处理材料,提出试验采用的配方;根据提出的配方,进行多配方的路用性能比较试验,性能试验主要包括下列的全部或若干:强度、水稳定性及温度稳定性等项技术指标;根据配合比试验结果,分析处理后的建筑垃圾和杂填土的性质改变情况,对试验结果进行评价,对比分析出路用性能满足使用要求情况,提出几种可采用的配合比和设计参数,确定处理后的建筑垃圾和杂填土在道路工程中的使用部位。

(4) 建筑垃圾和杂填土的施工工艺。根据室内试验的主要结果,结合目前道路建设的施工工艺水平,初步提出处理后的杂填土和建筑垃圾的施工工艺方案(包括质量控制方法) ,重点突出城市管道线部位或附近的施工方法。

2. 3  建筑垃圾应用于道路可产生的经济效益据了解,建筑垃圾大多为固体废弃物,一般是在建设过程中或旧建筑物维修、拆除过程中产生的。主要由土、渣土、散落的砂浆和混凝土、砖、打桩截下的钢筋混凝土桩头、竹木材、装饰装修产生的废料等废弃物组成。据有关资料介绍,在每1 万m2 建筑的施工过程中,仅建筑垃圾就会产生500~600 t 。这样,在我国加上旧城拆迁、建材工业所产生的建筑垃圾数量每年就达数亿吨[5 ] 。以韩国再生建筑垃圾中的骨料生产为例,计算回收建筑垃圾的经济效益。韩国每生产1 t 再生骨料的费用为15 元人民币,每吨建筑垃圾可生产出0. 7 t以上的再生骨料,再生骨料的售价根据骨料强度的不同,每吨约为30~80 元人民币(这里以最低价30 元人民币/ t 计算) ,再生骨料生产商每处理1 t 建筑垃圾要向建筑商收取约10~20 元人民币的处理费(按最低收费20 元人民币/ t 计算) ,这样在再生骨料生产中每处理1 t 建筑垃圾带来的利润可计算如下:利润= 0. 7 ×30 + 10 - 15 ×0. 7 = 20. 5 元(人民币)通过计算,可见再生骨料的生产和利用,除了对环境保护具有明显的现实意义外,还具有较好的经济效益。

以上是韩国将建筑垃圾回收应用于路面结构的例子,在我国目前还没有这样的条件利用回收建筑垃圾,但是根据条件的不同将建筑垃圾应用于路基,同样可以取得较好的社会效益和经济效益。

3  结束语

建筑垃圾中绝大部分的东西可以转化为再生资源和再生产品。建筑垃圾的再生利用技术以及相关法律、法规在国内应进一步的完善和推广,为提高经济效益和保护环境做出新的贡献。

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