建筑垃圾綜合利用的可行性指導(dǎo)

建筑垃圾綜合利用的可行性指導(dǎo)建筑材料種類繁多，尤其造成的建筑垃圾也多種多樣，但主要成分為廢棄混凝土，將拆除建筑物后的廢棄物經(jīng)機(jī)器分揀、破碎、篩分成一定粒度的骨料，用于部分或全部替代傳統(tǒng)的粗骨料制成的混凝土即再生骨料混凝土［1］。在建筑垃圾再利用方面，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家及日本、韓國(guó)等起步較早、發(fā)展較快，而我國(guó)未相對(duì)重視垃圾經(jīng)濟(jì)的發(fā)展較晚。近年隨著工業(yè)技術(shù)及城鎮(zhèn)化的發(fā)展，國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)綠水青山等方針政策的出臺(tái)，促進(jìn)了資源再生利用的大力推行，相繼頒布了再生骨料各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，規(guī)范了建筑垃圾再生骨料的發(fā)展和應(yīng)用。1國(guó)內(nèi)外政策分析根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，治理建筑垃圾的思路基本一致，即明確建筑垃圾管理目標(biāo)，并通過加強(qiáng)立法、采用經(jīng)濟(jì)政策、完善處理和資源化利用產(chǎn)業(yè)鏈［2］。其中美國(guó)是最早開展建筑垃圾固體廢棄物循環(huán)利用立法的國(guó)家之一，1965年出臺(tái)《固體廢棄物處置法》（后重命名為《資源保護(hù)和回收法》）經(jīng)多次修訂，成為美國(guó)固體廢物管理的基礎(chǔ)法律，確立源頭減量、回收利用、垃圾處置等全流程管理的方針；1980年，美國(guó)國(guó)會(huì)通過《超級(jí)基金法》，禁止固體廢物的隨意丟棄，通過溯本根源、無限連帶責(zé)任的嚴(yán)格處罰，從源頭限制建筑垃圾的產(chǎn)生，為建筑垃圾產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供法律支持［3,4］。德國(guó)是最早大規(guī)模利用建筑垃圾的國(guó)家，基于其形成的歐盟法、聯(lián)邦法、州法和市級(jí)法規(guī)的四級(jí)細(xì)致的建筑垃圾法律體系，從源頭預(yù)防、循環(huán)利用、監(jiān)督管理、信息公開等全方位管理，目前德國(guó)約有200家建筑垃圾處理企業(yè)，年?duì)I業(yè)額達(dá)20億歐元［5］。日本具有最完備的建筑垃圾管理法律體系，該國(guó)將建筑垃圾視為“建筑副產(chǎn)品”，堅(jiān)持“盡可能不從施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)出垃圾，建筑垃圾盡可能重新利用”的指導(dǎo)方針［6］。在此背景下，日本構(gòu)建了準(zhǔn)入許可證制度、公共建筑綠色采購(gòu)和建筑垃圾傳票制度等具體措施，使建筑垃圾回收再利用涉及的各相關(guān)主體形成閉環(huán)流程，促進(jìn)日本建筑垃圾循環(huán)利用的發(fā)展［7］。與之類似，1995年丹麥規(guī)定一定規(guī)模的拆除工程需要先提交處理計(jì)劃和現(xiàn)場(chǎng)分類和循環(huán)利用；2003年韓國(guó)出臺(tái)《建筑廢棄物再生促進(jìn)法》強(qiáng)制要求施工過程必須使用一定范圍的建筑垃圾再生產(chǎn)品；2008年英國(guó)發(fā)表《建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》將建筑垃圾減量提升到了建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度［8］。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)建筑固廢資源化再利用的研究起步較晚，與之相配套的政策和法律相對(duì)薄弱。20世紀(jì)末，上海、天津、北京等地陸續(xù)出臺(tái)建筑垃圾工程渣土相關(guān)管理，主要對(duì)建筑垃圾、渣土等收集、運(yùn)輸和消納提出一定的管理辦法；進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著城市化的迅猛發(fā)展，環(huán)境問題的日益顯現(xiàn)，2005年國(guó)務(wù)院出臺(tái)《城市建筑垃圾管理規(guī)定》，提出“鼓勵(lì)建筑垃圾綜合利用，鼓勵(lì)建設(shè)單位、施工單位優(yōu)先采用建筑垃圾綜合利用產(chǎn)品”。隨后蘇州、西安、石家莊等各地政府陸續(xù)出臺(tái)一系列管理辦法整頓建筑垃圾運(yùn)輸市場(chǎng)，規(guī)范管理建筑垃圾處置，優(yōu)化市容市貌；同時(shí)財(cái)政和稅務(wù)等部門也開始編制建筑垃圾行業(yè)專項(xiàng)計(jì)劃，對(duì)建筑垃圾處理企業(yè)進(jìn)行稅收優(yōu)惠和貸款優(yōu)惠，鼓勵(lì)城市建筑固體廢物再利用的技術(shù)研發(fā)和推廣。2012年財(cái)政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)我國(guó)綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見》，推進(jìn)地級(jí)以上城市“全面開展建筑垃圾資源化利用”。2014年科技部、工業(yè)和信息化部和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑節(jié)能與科技司分別將“建筑垃圾處理和再生利用技術(shù)設(shè)備”“提高建筑垃圾綜合利用水平”作為重點(diǎn)任務(wù)。2015年國(guó)家發(fā)改委印發(fā)《2015年循環(huán)經(jīng)濟(jì)推進(jìn)計(jì)劃》重點(diǎn)推進(jìn)建筑垃圾資源化利用工作，探究多種市場(chǎng)運(yùn)作體制，開展建筑垃圾資源化試點(diǎn)省建設(shè)，建筑垃圾資源化利用工作開始全面展開。2017年，全國(guó)城市市政“十三五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)“建筑垃圾源頭減量與控制”，并明確提出“積極拓展建筑垃圾再生利用產(chǎn)品市場(chǎng)利用渠道，鼓勵(lì)建筑垃圾回用于道路及海綿設(shè)施建設(shè)”。2018年，《“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案》再次強(qiáng)調(diào)“開展建筑垃圾治理，提高源頭減量及資源化利用水平”，系統(tǒng)探究先進(jìn)城市管理，推動(dòng)形成綠色發(fā)展的生活方式。2020年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對(duì)建筑垃圾減量提出指導(dǎo)意見，要求“2025年底，各地區(qū)建筑垃圾減量化工作機(jī)制進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)新建建筑施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾（不包括工程渣土、工程泥漿）排放量每萬m2不高于300t，裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾（不包括工程渣土、工程泥漿）排放量每萬m2不高于200t”。而新《固廢法》實(shí)施，其將“建筑垃圾”單獨(dú)列出管理，提出“建筑垃圾污染防治”的科學(xué)概念，加大推進(jìn)建筑垃圾污染環(huán)境防治工作的力度，在加強(qiáng)建筑垃圾污染防治、分類處理、科學(xué)回收、綜合利用等全過程管理方面作了相關(guān)的規(guī)定?！笆奈濉遍_啟，建筑垃圾資源化利用全面踐行節(jié)能減排的重要舉措，是全面推進(jìn)建筑領(lǐng)域綠色化改造的重要內(nèi)容。盡管我國(guó)已陸續(xù)出臺(tái)大量建筑垃圾相關(guān)法律法規(guī)，初步體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想，管控也逐步向細(xì)微處滲透。但國(guó)內(nèi)針對(duì)建筑垃圾資源化利用的政策法規(guī)仍多以政策引導(dǎo)為主，缺乏有效強(qiáng)制性措施；法律規(guī)制中還存在立法理念相對(duì)滯后、立法體系不健全等問題；在法律實(shí)施中還存在監(jiān)管機(jī)制不協(xié)調(diào)、責(zé)任制度不合理、激勵(lì)制度不健全以及參與機(jī)制不完善等問題；在具體管理制度上，還存在監(jiān)管部門權(quán)責(zé)不清、管理制度有漏洞等問題。2012年Li等綜述國(guó)際建筑垃圾的7種典型政策，分別為建筑垃圾回收率限定、排污收費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)廢棄物管理、排污許可證、原材料增稅、制定再生產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和綠色技術(shù)創(chuàng)新激勵(lì)等機(jī)制［9］，這些政策和措施為我國(guó)政策的制定提供了一定參考。2標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程對(duì)資源化再利用的可行性指導(dǎo)為解決建筑垃圾對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的破壞問題，大量科研人員開始投身于建筑垃圾資源化利用領(lǐng)域的研究。日本早在20世紀(jì)80年代就已制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，到2000年其廢棄混凝土資源化利用率已達(dá)到96%［10］。而我國(guó)在此方面的研究則起步較晚，2007年我國(guó)第一本《再生混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》頒布實(shí)施，此后我國(guó)建筑垃圾在混凝土制品領(lǐng)域的研究開始蓬勃發(fā)展，尤其是從十九大以來，我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展理念轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，對(duì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保領(lǐng)域的重視程度也越來越高。隨著人們的環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，各領(lǐng)域的專家學(xué)者們也開始將目光投向這一領(lǐng)域，尤其是在混凝土制品方面，主要包括再生混凝土砌塊、再生混凝土路面磚等。在此基礎(chǔ)上，王愛勤等［11］通過研究發(fā)現(xiàn)不同部位的建筑垃圾性能存在較大差異，提出在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意區(qū)別對(duì)待，科學(xué)利用的論斷。3建筑垃圾在混凝土中的應(yīng)用目前，我國(guó)對(duì)建筑垃圾的再利用主要體現(xiàn)在將建筑垃圾應(yīng)用到再生骨料混凝土方面，并已經(jīng)使用在建設(shè)工程項(xiàng)目中。在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，再生混凝土技術(shù)及應(yīng)用已經(jīng)成熟起來，大量科學(xué)研究表明再生骨料經(jīng)過完整工序后篩分的顆粒級(jí)配符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可用于再生混凝土的制備和開發(fā)，其成本較普通混凝土有明顯的優(yōu)勢(shì)。但由于再生骨料的孔隙率大、密度小、吸水率大等缺陷，使再生混凝土的耐久性卻低于普通混凝土，經(jīng)對(duì)再生混凝土不斷的試驗(yàn)研究，得出加入碳化再生混凝土可以改善其耐久性，摻入15%左右粉煤灰的再生混凝土的抗?jié)B和抗硫酸鹽侵蝕效果最好［12］，加入少量氧化石墨烯可以改善再生混凝土的抗凍性［13］。研究表明，再生骨料的取代率對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響隨取代率的增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，由于再生骨料的吸水率高，適量的再生骨料的摻入可吸收游離的水分子，降低水膠比，因而明顯改善混凝土力學(xué)性能，同樣再生混凝土徐變也隨著再生骨料的摻和而不斷增大，但當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，再生混凝土的收縮應(yīng)變達(dá)到最小值，可以滿足實(shí)際工程對(duì)混凝土收縮性的要求［14-16］。鑒于研究現(xiàn)狀及再生骨料的特性，在建筑工程中使用再生混凝土還很有局限性，2008年汶川地震的災(zāi)后重建工程中部分使用了再生混凝土，解決了震害帶來的建筑垃圾的堆積，此外，目前我國(guó)多數(shù)再生混凝土在公路工程，沿海等發(fā)達(dá)城市應(yīng)用較多。公路工程中，將建筑垃圾作為路基填筑和作為路面基層或者底基層。路面基層對(duì)混凝土混合料的強(qiáng)度要求較低，因此再生骨料能夠基本滿足路面材料強(qiáng)度及公路基層規(guī)范的要求，有良好的路用性能，而再生骨料與天然碎石相比，具有吸水率高、壓碎值高、密度低等缺陷，路面工程中有大量的微裂縫的存在，對(duì)路面材料的物理力學(xué)性能產(chǎn)生了不利影響。華南理工大學(xué)陳強(qiáng)對(duì)將舊混凝土面板的再利用進(jìn)行研究，首次結(jié)合原路面的水泥混凝土等原材料與現(xiàn)制備的水泥穩(wěn)定碎石的原材料的物理力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，研究了骨料的設(shè)計(jì)參數(shù)和路用性能之間的內(nèi)在關(guān)系，提出了抗裂性能設(shè)計(jì)指標(biāo)和水泥骨料耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)，尤其針對(duì)再生骨料半剛性基層瀝青路面，采用三階段設(shè)計(jì)對(duì)其在使用過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。從材料的破碎加工工藝、配合比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)規(guī)?；┕さ榷喾矫鎸?duì)水泥骨料的穩(wěn)定性和耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)，全面系統(tǒng)地分析了工程實(shí)際應(yīng)用的可行性［17］。重慶大學(xué)彭亮采用工廠式破碎工藝，將舊水泥混凝土路面進(jìn)行破碎生產(chǎn)再生骨料，將其應(yīng)用到路面基層及底基層中，對(duì)其基本特性進(jìn)行研究，研究表明：采用規(guī)范的生產(chǎn)技術(shù)以及相應(yīng)的質(zhì)量控制措施能夠生產(chǎn)出符合技術(shù)指標(biāo)要求的再生骨料，使用振動(dòng)成型法可以降低材料的內(nèi)部破損程度，得到級(jí)配穩(wěn)定的骨料。對(duì)3組礦料級(jí)配進(jìn)行7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到最優(yōu)配合比為：10~30碎石：10~20碎石：石屑：水泥劑量=10%：45%：45%：4.5%［18］。西南科技大學(xué)李曉靜研究了將建筑垃圾作為基層材料，通過夯基試驗(yàn)和7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)在理論上證明了建筑垃圾骨料應(yīng)用于建筑路面的可行性，并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)，推薦建筑垃圾作為輕交通量公路路面基層材料的基層厚度為220?350mm［19］。鄭州大學(xué)張海偉將舊混凝土路面板經(jīng)鄂式破碎機(jī)初次破碎、反擊式破碎機(jī)再次破碎后的再生骨料取代天然骨料，研究不同取代率下的再生骨料水泥穩(wěn)定碎石基層的路用性能及取代率和水泥摻量對(duì)力學(xué)性能的影響，證明再生骨料可應(yīng)用于路面工程［20］。4建筑垃圾在砌體中應(yīng)用利用建筑垃圾制備混凝土制品時(shí)，應(yīng)注意其摻量問題，例如少量碎磚塊粉末在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中可起到惰性摻合料的填充作用，有利于提高其和易性和密實(shí)度，對(duì)強(qiáng)度有略微提升作用，利用碎磚制備的混凝土砌塊保溫性要強(qiáng)于相同厚度下的磚墻［21］。雷敏［22］利用廢燒結(jié)磚再生骨料按不同比例代替?zhèn)鹘y(tǒng)骨料制備混凝土空心磚，研究顯示其用量在60%時(shí)，強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到MU3.5，干表觀密度小于900kg/m3,達(dá)到了非承重輕質(zhì)砌塊的使用要求。目前，建筑垃圾再生磚已在多個(gè)工程中得到應(yīng)用，包括北京草場(chǎng)胡同5條20號(hào)院、昌平陶瓷館、邯鄲金世紀(jì)商務(wù)中心等。對(duì)于建筑垃圾在再生混凝土路面磚中的應(yīng)用，多是將其制備成骨料再生后加以利用，廢棄混凝土制備再生骨料和路面磚的制備流程如圖1和圖2所示。楊高強(qiáng)［23］認(rèn)為建筑垃圾再生粗骨料可分為3類，1類（由純混凝土塊、碎石塊加工成的再生骨料）可用于替代C30~C40混凝土的粗骨料，且替代率應(yīng)保持在50%內(nèi)，且可用來生產(chǎn)C40以內(nèi)混凝土的路面磚；II類（由紅磚、混凝土塊加工成的再生骨料）可用于替代C30以下的混凝土粗骨料，且替代率應(yīng)保持在50%以內(nèi)，并且可用來生產(chǎn)C30以內(nèi)的混凝土路面磚和MU15以內(nèi)的混凝土實(shí)心磚；III類（由純紅磚加工成的再生骨料）不適合用于建筑與路面工程［24,25］。此外，在工程應(yīng)用方面，由建筑垃圾加工生產(chǎn)出的混凝土制品已在桂柳高速公路工程中得到實(shí)際應(yīng)用。由河北省建筑科學(xué)研究院有限公司開發(fā)的建筑垃圾在混凝土制品中的應(yīng)用技術(shù)成果已在北京到張家口的新建高鐵、北京地鐵七號(hào)線及石家莊地鐵二號(hào)線中得到應(yīng)用。近些年提出的“海綿城市”概念［26,27］，也為以建筑垃圾為原料的透水磚、透水混凝土等在混凝土制品方面的應(yīng)用提供新思路。5結(jié)論與展望作為一種城市垃圾的主要來源，建筑垃圾資源化利用研究并轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力已成為亟待解決的問題，十九大以來，我國(guó)的發(fā)展理念向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)綠水青山等方針政策的出臺(tái)，促進(jìn)了資源再利用的大力推行。目前，在我國(guó)部分工程已