建筑垃圾綜合利用綜述
建筑業(yè)是我國國民經濟的支柱產業(yè)。我國GDP中有56 000億元固定資產投資是靠建筑業(yè)來實現的;全國每年23000億元的基本建設投入,占GDP的20%。根據最新統(tǒng)計結果顯示,我國每年的房屋施工面積已超過6.5億m2,但隨之而產生的建筑垃圾也與日俱增[1]。隨著城市改造的深入和社會主義新農村建設的開展,建筑垃圾產生量將逐漸增多,如何加以處理和利用已成為人們普遍關注的問題。
隨著工業(yè)化、城市化進程的加速,建筑業(yè)也同時快速發(fā)展,相伴而產生的建筑垃圾日益增多,我國建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的1/3以上,絕大部分建筑垃圾未經任何處理便被施工單位運往郊外或鄉(xiāng)村,采用露天堆放或填埋的方式處理,耗用大量的征用土地費、垃圾清運費等建設經費,同時清運和堆放過程中的遺撒和粉塵、灰砂飛揚等問題又造成了嚴重的環(huán)境污染。
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。不同結構類型的建筑所產生的垃圾各種成分的含量有所不同,但其基本組成是一致的,主要是由土、渣土、散落的砂漿和混凝土、剔鑿產生的磚石和混凝土碎塊、打樁截下的鋼筋混凝土樁頭、金屬、竹木材、裝飾裝修產生的廢料、各種包裝材料和其他廢棄物等組成。據有關資料介紹,經對磚混結構、全現澆結構和框架結構等建筑的施工材料損耗的粗略統(tǒng)計,在每1萬m2建筑的施工過程中,僅建筑廢渣就會產生500~600t。若按此測算,我國每年僅施工建設所產生和排出的建筑廢渣就有4000萬t[2]。
我國全國人大于1995年11月通過了《城市固體垃圾處理法》,要求產生垃圾的部門必須交納垃圾處理費。這是從我國國情和現有技術條件考慮,在現階段采取的一種限制建筑垃圾大量產生和排放的有效措施,但應該看到這種收費辦法,并不能從根本上堵住產生大量建筑垃圾的源頭。
2006年3月,第十屆全國人大第四次會議批準的《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》明確提出:落實節(jié)約資源和保護環(huán)境基本國策。建設低投入、高產出、低消耗、少排放、能循環(huán)、可持續(xù)的國民經濟體系和資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會。按照減量化、再利用、資源化的原則,在資源開發(fā)、生產消耗、廢物產生、消耗等環(huán)節(jié)逐步建立全社會的資源循環(huán)利用體系的循環(huán)經濟發(fā)展模式。加快城市垃圾處理設施建設,到2010年使城市生活垃圾無去化處理率不低于60%。
建筑垃圾中的許多廢棄物經分揀、剔除或粉碎后,大多可以作為再生資源重新利用。圖1為自然資源與材料再生利用之間的關系,可以看出,綜合利用建筑垃圾是節(jié)約資源、保護生態(tài)的有效途徑。據有關資料顯示,美國每年產生城市垃圾8億t,其中建筑垃圾3.25億t,占城市垃圾總量的40%,經過分揀、加工進行轉化,再生利用的約占70%,其余30%的建筑垃圾“填埋”(利用)在需要的地方。從廣義上說,美國的建筑垃圾100%得到綜合利用。新加坡2006年建筑垃圾產生量約為60萬t,日均產生量約為1600t,98%的建筑垃圾都得到了處理,其中50%~60%的建筑垃圾實現了循環(huán)利用。
一、建筑垃圾的分類
按照建筑垃圾的來源不同可分為:(1)土地開挖:分為表層上和深層上,前者可用于種植,后者主要用于回填、造景等;(2)道路開挖:分為混凝土碎塊和瀝青混凝土碎塊;(3)舊建筑物拆除:分為磚和石頭、混凝土、木材、塑料、石膏和灰漿、鋼鐵和非鐵金屬等幾類;(4)建筑工地垃圾:分為剩余混凝土(工程中沒有使用掉的混凝土)、建筑碎料(鑿除、抹灰等產生的舊混凝土、砂漿等礦物材料)以及木材、紙、金屬和其他廢料等類型。
按照能否再生利用又分為:(1)可直接利用的材料;(2)可作為再生材料或可用于回收的材料;(3)沒有利用價值的廢料。
建筑垃圾的種類與不同時期的建筑結構及其要求、建筑材料生產供應能力、經濟發(fā)展程度及社會消費水平以及與它們在建筑過程中及拆除后廢棄物的組成不同有關。我國建筑經歷了3個不同時期:(1)1949年以前,農村建筑以土坯、木排架、草屋面為主少數用磚做墻、瓦做屋面,簡單的木門窗;城鎮(zhèn)建筑以燒結黏土青磚、木排架、燒結黏土青瓦為主,砌筑材料多半為石灰膏漿或石灰黃土泥漿;僅有少數大城市公共建筑及工業(yè)建筑用一些混凝土、鋼筋混凝土、水泥砂漿;(2)1949年-1985年,開展了大規(guī)模工業(yè)項目建設,改造、發(fā)展城市,以工廠建設為主;城鎮(zhèn)居住及辦公建筑受當時經濟水平及建筑生產水平所限,建筑多為多層混合結構;該時期以燒結黏土磚和混凝土預制構件組合的混合結構為主;屋面由瓦轉為預制混凝土空心樓板,以瀝青油氈防水;門窗以木門窗為主轉為木門窗、鋼門窗并重;砌筑抹面以水泥砂漿、水泥石灰砂漿為主,在中小城鎮(zhèn)及農村仍有不少使用石灰
二、建筑垃圾處理現狀
當前我國對建筑垃圾的處理中存在以下問題:(1)建筑垃圾分類收集的程度不高,絕大部分依然是混合收集,增大了垃圾資源化、無害化處理的難度;(2)建筑垃圾回收利用率低,全國大多數城市對每年產生的大量建筑垃圾至今沒有專業(yè)的回收機構;全國每年產生的4000多萬t建筑垃圾,需幾萬人去分揀,由于勞動強度大,工作條件差,工人待遇低,專業(yè)分揀的人員又很少,所以大多數可以回收的資源被白白浪費掉了;(3)我國建筑垃圾處理及資源化利用技術水平落后;缺乏新技術、新工藝,而且設備落后。垃圾處理多采用簡單填埋和焚燒,既污染環(huán)境又危害人們健康,然而有些城市仍然不做任何處理,導致環(huán)境問題更為嚴峻;(4)建筑垃圾處理投資少,法規(guī)不健全,建設工作者的環(huán)境意識不高;(5)施工技術落后,大量的手工操作,是產生建筑垃圾的主要原因。
由于城市建筑垃圾處理的不當,嚴重影響了城市環(huán)境,主要表現為:(1)占用土地,降低土壤質量;隨著城市建筑垃圾量的增加,土地被占用面積也逐漸加大,大多數垃圾以露天堆放為主,經長期日曬雨淋后,垃圾中有害物質通過垃圾滲濾進入土壤中,從而發(fā)生了一系列物理、化學、生物反應,或為植物根系吸收或被微生物合成吸收,造成土壤的污染;(2)影響空氣質量;建筑垃圾在堆放過程中,在溫度、水分等作用下,有些有機物質發(fā)生分解,產生有害氣體;一些腐敗的垃圾發(fā)出了惡臭氣味,同時垃圾中的細菌、粉塵飄散,造成空氣的環(huán)境污染;少量可燃建筑垃圾在焚燒過程中又會產生有毒的物質,造成了空氣污染;(3)對水域的影響;建筑垃圾在堆放和填埋過程中,因發(fā)酵和雨水的沖淋以及用地表水和地下水的浸泡而產生的滲濾液或淋濾液,會造成周圍地表水和地下水的嚴重污染;(4)破壞市容、惡化城市環(huán)境衛(wèi)生;城市建筑垃圾占用空間大、堆放無序,甚至侵占了城市的各個角落,惡化了城市環(huán)境衛(wèi)生,與城市的美化與文明的發(fā)展極不協調,影響了城市的形象。(5)存在安全隱患;大多數城市對建筑垃圾堆放未制定有效合理的方案,從而產生不同程度的安全隱患,比如建筑垃圾的崩塌現象時有發(fā)生,甚至有的會導致地表排水和泄洪能力的降低。
三、建筑垃圾的綜合利用
隨著城鎮(zhèn)建設的深入發(fā)展,各類建筑垃圾的產生量也逐漸增多,如何處理和利用這些垃圾成為人們普遍關注的問題。消除城市建筑垃圾對環(huán)境的影響應著重從兩方面著手:一方面,實行建筑垃圾減量化,即采取一系列的措施減少垃圾的數量,使得建筑垃圾的排放在總量上得到控制;另一方面,是搞好建筑垃圾的開發(fā)和利用。
1.建筑垃圾的減量化
第一,加強建筑施工的組織和管理工作,提高建筑施工管理水平,減少因施工質量原因造成返工而使建筑材料浪費及垃圾大量產生。在目前城市的各個建筑工地上,施工人員大多數以民工為主,他們普遍素質較低,施工技術水平也較低,這對現場的施工管理提出了更高的要求。加強現場管理,做好施工中的每一個環(huán)節(jié),提高施工質量,將可以有效地減少垃圾的產生。在一些新建工地產生的建筑垃圾中,因建筑施工質量返工引起的垃圾量比例較大,而且造成材料浪費。施工技術人員應該盡可能的應用總結出來的辦法,把施工質量隱患防范于未然。
第二,加強施工現場施工人員環(huán)保意識。在施工現場上的許多建筑垃圾,如果施工人員注意就可以大大減少它的產生量,例如落地灰、多余的砂漿、混凝土、三分頭磚等,在施工中做到工完場清,多余材料及時回收再利用,不僅利于環(huán)境保護,還可以減少材料浪費,節(jié)約費用。
第三,推廣新的施工技術,避免建筑材料在運輸、儲存、安裝時的損傷和破壞所導致的建筑垃圾;提高結構的施工精度,避免鑿除或修補而產生的垃圾。現在有很多建筑的結構是現場澆筑的,但精度常常不夠,達不到橫平豎直的要求,結果在粉刷之前還要對局部構件做鑿除和修補處理;避免不必要的建筑產品包裝。
第四,優(yōu)化建筑設計。我國存在許多邊設計、邊施工、邊修改的“三邊工程”,這種工程即使質量不成問題,也必然會造成更多的建筑垃圾。在減少建筑垃圾方面,建筑設計方案中要考慮的問題有:建筑物應有較長的使用壽命;采用可以少產生建筑垃圾的結構設計;選用少產生建筑垃圾的建材和再生建材;應考慮到建筑物將來維修和改造時便于進行,且建筑垃圾較少;應考慮建筑物在將來拆除時建筑材料和構件的再生問題。
2.建筑垃圾的開發(fā)和利用
目前在舊城改造中所拆除的建筑主要是1949年前后的建筑,拆除后的廢棄物主要為燒結實心黏土磚、黏土瓦、砌筑及抹灰用水泥砂漿、混凝土、鋼筋、鑄鐵管、木門窗、鋼門窗、瀝青油氈、陶瓷衛(wèi)生潔具、瓷磚、玻璃等,其量大、品種少而較單一,相對較好處理。1985年以后的建筑一般比較新,特別是 1995年以后的建筑遠未到其使用壽命,除騰地及特殊需要外一般不會拆除僅在建造過程中產生一些下腳廢料,不存在因拆除而產生大量建筑垃圾問題。因此,需要利用建筑垃圾主要是 1949年以前的建筑及1985年以前的部分建筑拆除所產生的垃圾及目前新建建筑開挖基坑、邊坡所產生的土、石及建造過程中所產生的下腳料。
建筑垃圾中磚、瓦經清理可重復使用,廢磚、瓦、混凝土經破碎篩分分級、清洗后作為再生骨料配制低標號再生骨料混凝土,用于地基加固、道路工程墊層、室內地坪及地坪墊層和非承重混凝土空心砌塊、混凝土空心隔墻板、蒸壓粉煤灰磚等生產。再生骨料組份中含有相當數量的水泥砂漿,致使再生骨料孔隙率高、吸水性大、強度低。這些都將導致所配混凝土拌合物流動性差,混凝土收縮值、徐變值增大,抗壓強度偏低,限制了該混凝土的使用范圍;建設工程中的廢木材,除了作為模板和建筑用材再利用外,通過木材破碎機,弄成碎屑可作為造紙原料或作為燃料使用,或用于制造中密度纖維板;廢金屬、鋼料等經分揀后送鋼鐵廠或有色金屬冶煉廠回煉;廢陶瓷潔具、瓷磚經破碎篩分、配料壓制成型生產燒結地磚或透水地磚;廢玻璃分揀后送玻璃廠或微晶玻璃廠做生產原料;廢油氈填埋處理;基坑土及邊坡土送燒結磚廠生產燒結磚,碎石經破碎、篩分、清洗后做混凝土骨料。
利用建筑垃圾“堆山造景”國內外已不乏先例。如天津市最大規(guī)模的人造山,占地約40萬m2,利用建筑垃圾 500萬m2。該市用3年時間完成了一個“山水相繞、移步換景”的特色景觀,如今垃圾山已成為天津市民游覽休閑的大型公共綠地。再如上海市虹口區(qū)廣粵路,10年前就利用生活垃圾和建筑垃圾,堆起了一座“靶子山”,如今人造假山上綠樹成蔭,一點“垃圾”的影子都看不到[4]。
(1)生產環(huán)保型磚塊
實心粘土磚仍是最主要的建筑材料,生產這種磚需要不斷毀田取土,浪費了寶貴的土地資源;另一方面,粘土磚的燒制不僅耗煤量大,而且排出的煙氣也會造成空氣污染。事實上利用建筑垃圾中的渣土可制成渣土磚;利用廢磚石和砂漿與新鮮普通水泥混合再添加輔助材料可生產輕質砌塊;利用廢舊水泥、磚、石、沙、玻璃等經過配制處理,可制作成空心磚、實心磚、廣場磚和建筑廢渣混凝土多孔磚等,其產品與粘土磚相比,具有抗壓強度高、抗壓性能強、耐磨、吸水性小、質輕、保溫、隔音效果好等優(yōu)點。
?。?)用于夯擴樁
利用建筑垃圾如平房改造下來的碎磚爛瓦、廢鋼渣、礦渣磚、碎石、石子等廢物材料為填料,采用特殊工藝和專利施工機具,形成夯擴超短異型樁,是針對軟弱地基和松散地基的一種地基加固處理新技術。
近些年來,河北工專新興科技服務總公司開發(fā)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、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500~700kN。經測算,該項技術較其他常用技術可節(jié)約基礎投資20 %左右。
?。?)加工成再生骨料
建筑垃圾中的廢混凝土塊、廢磚石、砂漿、渣土經破碎篩分和粉磨等一定的工序后都是作為再生骨料的材料來源廢混凝土塊經破碎篩分得到粗骨料和細骨料,粗骨料可作為碎石直接用于地基加固、道路和飛機跑道的墊層、室內地坪墊層;細骨料用于砌筑砂漿和抹灰砂漿,若將磨細的細骨料作為再生混凝土添加料可取代10%~30%水泥和30%的砂子;廢舊瀝青混凝土塊的再生骨料可鋪在下層做墊層,也可部分摻入到新的瀝青混凝土中利用;對濕潤的砂漿混凝土可通過沖洗,將其還原為水泥漿、石子和砂進行回收;碎磚塊可作為粗骨料攪拌混凝土,可作為地基處理;地坪墊層的材料,若將磨細的廢磚粉利用硅酸鹽熟料激發(fā),經磨細免燒可制成砌筑水泥;渣土可用于綠化、回填還耕和造景用土等。
我國對再生骨料混凝土的開發(fā)研究晚于工業(yè)發(fā)達國家,因此可以借鑒發(fā)達國家的先進經驗,綜合各國生產裝置的特點,并結合國內當前建筑業(yè)的實際情況,提出圖4的連續(xù)生產流程[5]。
該再生骨料生產流程中一級篩分后產生的初加工再生骨料可用于普通混凝土,再經加溫、二級破碎、二級篩分后獲得的高品質再生骨料可用于高強高性能混凝土,這是因為加溫到300℃左右后包裹在天然巖石骨料外的水泥石粘結較差的部分,或在一級破碎中天然骨料外己帶有損傷裂紋的水泥石,在二級轉筒式或球磨式碾壓中都會脫離剝落,剩下的粗骨料的強度相當于提高了。但加溫、二級碾磨、二級篩分必然帶來生產成本的提高。若進一步將再生骨料進行強化處理,可得更高品質的再生骨料。另外本工藝設計將再生骨料生產過程中產生的<0.15mm的微細粉料經過球磨成水泥細度,作水泥混凝土的礦物摻和料,從而使建筑垃圾能百分之百轉化為再生資源,避免了二次污染。
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”兩項工程的7幢高層建筑(總建筑面積13萬m2,均為剪力墻或框剪結構)的施工過程中,將結構施工階段產生的建筑垃圾,經分揀、剔除并把有用的廢渣碎塊粉碎后,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,砂漿強度可達5MPa以上。共計回收利用建筑廢渣480t,節(jié)約砂子材料費1.44萬元和垃圾清運費3360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,回收利用各種建筑廢渣840t,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,使用面積達3萬多m2,節(jié)約資金3.5萬余元。
據該公司對綜合利用建筑廢渣的經濟效益統(tǒng)計分析,若按每施工1萬m2建筑產生500t建筑廢渣計算,如果綜合利用則可為企業(yè)創(chuàng)直接經濟效益2萬余元;如果將其外運,僅清運費就需多支出1萬余元。通過建筑垃圾的綜合利用,這兩家建筑施工企業(yè)不僅獲得了可觀的經濟收益,同時還促進了施工現場的文明化、規(guī)范化和標準化管理。在施工現場只需配置1臺或數臺粉碎機,即可將建筑垃圾中的廢渣就地使用完,大大減輕了外運負擔[6]。
四、亟待解決的問題
建筑垃圾的利用不僅僅是個技術問題,要能真正有效地利用還牽涉到社會、經濟、環(huán)境問題,是個系統(tǒng)工程,需要全社會的廣泛參與。
?。?)組織問題。垃圾的處理和利用是一個系統(tǒng)工程,涉及到社會的各個層面,如何處理就有個組織協調問題,如建筑垃圾怎么搜集?由誰組織搜集?堆存到哪里?堆存用地由誰解決?由誰提供?建筑垃圾利用工作由誰來牽頭?由誰來組織協調?
?。?)處理問題。原狀的建筑垃圾一般來說無法直接利用,必須進行分揀、分類堆存、分類處理方能利用。用建筑垃圾做混凝土骨料必須破碎、篩分分級、清洗堆存。用水清洗是將在破碎篩分過程中附著在顆粒表面的浮塵、泥土用水洗干凈,保證所配混凝土的性能。
?。?)環(huán)境問題。目前建筑垃圾還無法全部利用,只能利用其中一部分,對于那些分揀出來、不能利用的部分怎樣處置仍是一個問題需慎重研究,如果處置不當,不能利用而扔下的一部分仍會對環(huán)境造成污染。
?。?)經濟問題。建筑垃圾廢料本身已無價值,只有經過加工利用處理才能產生新的價值。垃圾的搜集、運輸、堆存、分揀、破碎、篩分等都需要投入資金,除金屬、木制品、拆除后經過清理的磚通過廢品回收利用取得一些回報以外,對于用廢磚、廢混凝土加工的骨料及配制的低標準混凝土及其空心砌塊、混凝土空心隔墻板等其附加值都很低,而制造成本一般要高于用新的天然原料制造的產品,其附加值一般低于各道處理所花的費用之和,常常使利用者無利可圖,直接影響利用工作的開展,因此必須由政府通過某種渠道在利用的不同環(huán)節(jié)上給予經濟補助使利用者有利可圖。
?。?)政策問題。目前促進建筑垃圾利用的政策法規(guī)措施還不健全,政府在政策層面上如何支持建筑垃圾利用工作?制訂什么樣的政策支持促進建筑垃圾利用?已有的政策怎樣落實?由哪一個部門組織協調?怎樣解決堆存用地?經濟上如何扶持?政策法規(guī)上如何引導?等都需要認真研究。
綜上所述,建筑垃圾利用不只是簡單地解決幾個利用技術問題,要按系統(tǒng)工程的思路系統(tǒng)地解決問題。目前人們熱衷的僅在技術層面上,而未涉及政策層面,更沒有認真的研究解決經濟、市場層面的問題。建筑垃圾的利用是一項長期的、艱苦仔細的工作,既要更多的熱心人關注它又要各級政府部門各企事業(yè)單位關心并大力支持,尤其要從工程設計、材料選用等源頭上解決和減少施工現場建筑垃圾的產生和排放數量。
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