BULLETIN
硅
OF
酸
THE
CHINESE
盐
CERAMIC
通 报
SOCIETY
Vol.38 No.9Septemberꎬ2019
建筑垃圾回收再利用研究综述
2.陕西省西咸新区沣西新城开发(建设)集团有限公司ꎬ西安 712000)(1.长安大学ꎬ特殊地区公路工程教育部重点实验室ꎬ西安 710064ꎻ
魏英烁1ꎬ姬国强2ꎬ胡力群1
摘要:伴随我国城镇化进程的加快ꎬ高速公路改扩建、城市道路改造和旧城大规模改造过程中产生的大量建筑垃圾已经成为环境污染的主要问题ꎮ如何将建筑垃圾作为一种资源再利用ꎬ怎么将建筑垃圾有效再利用ꎬ俨然已成为迫在眉睫的问题ꎮ在这方面ꎬ国内外许多学者对建筑垃圾的回收利用做了大量的研究ꎬ也获得了很多研究成果ꎮ综述主要回顾了近十几年来国内外对建筑垃圾回收利用的最新研究进展ꎬ对比分析后提出在建筑垃圾回收利用上我国需进一步研究的问题ꎬ并给出了一些建议ꎮ指出:未来行业的发展趋势将会着重于建筑垃圾的循环处理利用模式———减量化、资源化、无害化ꎮ
关键词:建筑垃圾ꎻ可再生资源ꎻ绿色建筑中图分类号:U416
文献标识码:A
文章编号:1001 ̄1625(2019)09 ̄2842 ̄05
ResearchSummaryonRecyclingofConstructionWaste
(1.KeyLaboratoryofSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducationꎬChanganUniversityꎬXian710064ꎬChinaꎻ
2.Development(Construction)GroupCorporationofFengXiNewCityofXiXianNewAreaꎬXian712000ꎬChina)
WEIYing ̄shuo1ꎬJIGuo ̄qiang2ꎬHULi ̄qun1
Abstract:AlongwiththeaccelerationofChina'surbanizationprocessꎬalargeamountofconstructionwastegeneratedhasbecomeamajorproblemofenvironmentalpollution.Howtoreuseconstructionwasteasaresourceꎬhowtoeffectivelyduringthereconstructionandexpansionofexpresswaysꎬurbanroadreconstructionandlarge ̄scalerenovationofoldcities
ofresearchontherecyclingofconstructionwasteꎬandhavealsoobtainedalotofresearchresults.ThisreviewmainlycomparativeanalysisꎬitputsforwardtheneedforfurtherresearchontherecyclingofconstructionwasteinChinaꎬandgivesreviewsthelatestresearchprogressontherecyclingofconstructionwasteathomeandabroadinthepasttenyears.After
reuseconstructionwasteꎬhasbecomeanurgentproblem.Inthisregardꎬmanyscholarsathomeandabroadhavedonealot
constructionwaste ̄reductionꎬresourceꎬandharmless.
somesuggestions.Itispointedoutthatthefuturedevelopmenttrendoftheindustrywillfocusontherecyclingprocessof
Keywords:constructionwasteꎻrenewableresourceꎻgreenbuilding
1 引 言
产生和排出量也在飞快的增长ꎬ其中建筑垃圾的含量约占垃圾总量的30%~40%[1]ꎮ2014年发布的«中国资源综合利用年度报告»ꎬ中国在2013年中产生的建筑垃圾总量达到约10亿吨ꎬ并且这个数字逐年递增ꎬ而态城市发展第十二个五年规划»ꎬ其中一项重要任务是加快绿色建筑产业的发展[3]ꎮ经过一系列处理措施但是ꎬ目前我国资源利用率偏低ꎬ如何有效处理和利用建筑垃圾已成为各级部门的重要探讨内容ꎬ也是
基金项目:西咸新区沣西新城海绵城市基础研究资金(2019344)
作者简介:魏英烁(1994 ̄)ꎬ男ꎬ硕士研究生.主要从事道路材料、结构研究.E ̄mail:1322110183@qq.com.通讯作者:胡力群ꎬ博士ꎬ教授.E ̄mail:hlq123@126.com.
中国正在走大规模扩张、大规模改造、大规模拆迁和大规模建设的城市化道路ꎮ与此同时ꎬ城市垃圾的
将其转化为可再生资源的利用率却仅为5%[2]ꎮ2013年3月ꎬ住房和城乡建设部发布了«绿色建筑和绿色生
后ꎬ建筑垃圾可应用于路基填筑、路面底基层、临时设施等道路施工过程ꎬ能够产生良好的环境和社会效益ꎮ
第9期魏英烁等:建筑垃圾回收再利用研究综述 2843
各高校的重要研究课题ꎮ本文主要回顾了近十几年来国内外对建筑垃圾回收利用的最新研究进展ꎬ并简要论述了对其未来发展趋势的个人看法ꎮ
2 国内外建筑垃圾的分类
建筑垃圾种类复杂ꎬ基数大ꎬ包括可回收利用的垃圾和没有利用价值的废料ꎮ对建筑垃圾进行分类ꎬ将
可回收部分分类利用ꎬ不仅可以减少建筑垃圾的污染ꎬ还可以节约资源ꎮ美国建筑垃圾的分类和处理分为三个层次ꎬ如图1[4]所示ꎮ日本通过颁布«废物处置法»和«资源有效利用促进法»对建筑废物进行了详细分类ꎬ如图2[5]所示ꎮ美国、日本等发达国家通过科学合理的建筑垃圾分类ꎬ有效降低了回收成本ꎬ提高了回收效率ꎮ
图1 美国建筑垃圾分类分级处理[4]
Fig.1 USconstructionwasteclassificationprocessing[4]
图2 日本建筑垃圾分类处理[5]
Fig.2 Japaneseconstructionwastesorting[5]
中国对建筑垃圾认识不足ꎬ起步晚ꎬ分类程度低ꎬ秦小艳等[6]根据是否能够回收再生利用将建筑垃圾分为四大类ꎬ见表1ꎮ由于我国建筑垃圾专业分拣人员很少ꎬ分类水平不高ꎬ导致大部分可以被回收利用垃圾无人进行回收ꎬ可以再利用的垃圾无法有效利用ꎮ
表1 建筑垃圾可利用性分类处理[6]
Table1 Constructionwasteavailabilityclassification[6]
类别
无机非金属类可再生利用建筑固废有机类可再生利用固废金属类建筑固废
废旧物品
特征物质
废混凝土、废砂浆、废沙石、废旧砖瓦、废沥青混凝土、灰土、废石膏、废石材等
废旧塑料、纸、废木材和模板等废钢筋、废钢架等
旧电线、门窗、各种管线、木材等
研究重点
相关技术标准的制定、保护等再生利用源头废旧物的回收机制源头废旧物的市场回收
建立市场回收利用机制
3 国外建筑垃圾回收利用新进展
目前ꎬ全球都在提倡资源节约和环境保护ꎬ而实现这一目标的有效途径是将建筑垃圾回收并进行充分利
用ꎮ经过筛分、清除或破碎后的建筑垃圾可以作为一种可再生资源运用于道路的基础建设当中ꎮ在这方面ꎬ国外的一些发达国家像日本、美国等迅速采取行动进行了相关研究ꎮ
再开发和利用[7]ꎬ并在全国各地相继建立了主要处理混凝土垃圾的回收再生工厂ꎮ
由于土地面积小ꎬ资源相对稀缺ꎬ日本将建筑垃圾视为“建筑副产品”ꎬ并高度重视其作为可再生资源的
美国巴克尔大学[8]对纤维增强稳定路面基层材料的弯曲疲劳性能进行了研究ꎬ稳定基层材料大部分使
用再生骨料ꎬ按质量百分比加入4%的水泥和4%的粉煤灰ꎬ所获得的再生基层材料的疲劳强度和耐久性满足相关要求ꎬ可以用于高等级公路的稳定基层材料当中ꎮ另外与4%钢纤维混合的稳定基材的抗疲劳性大
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大提高ꎮ基层是路面结构中主要的承重层ꎬ它除了要满足耐久性的同时ꎬ还要有一定的强度ꎮ新墨西哥州立大学[9]对再生骨料基层材料的弹性模量和疲劳特性进行了研究ꎬ发现再生骨料用于路面基层是可行的ꎬ但是其含量超过25%则会破坏基层的动态弹性模量ꎮ芬兰代尔夫特理工大学[10]关于在道路基层中采用部分再生骨料取替天然骨料进行了大量试验研究ꎬ发现:压实度、骨料级配和混合料成分等因素对再生基层材料的性能有很大影响ꎬ包括疲劳特性、弹性模量、抗变形能力ꎮ其中影响最大的因素是压实度ꎬ影响最小的则是骨料级配ꎮ
意大利罗马大学[11]的研究成果表明ꎬ将焚烧废物衍生燃料(RDF)的残留物进行处理ꎬ得到一种被用于道路底基层施工的特殊的建筑材料 ̄底灰(BA)ꎬ可以看作是适合多种现场条件下可行的管理选择ꎮ只有在像地下水流速缓慢或摄取率高这样个别的情况下ꎬ对特定的地点才需要进行评估ꎬ由此确定其是否影响了地下水资源和人类的健康ꎮ其中ꎬ应格外注意所选择浸出试验的类型ꎮ
韩国首尔国立大学[12]研究了用于混凝土路面基层和底基层的再生混凝土骨料的特性ꎮ通过对再生骨料的水分密度、粒度分布和细集料棱角情况进行调整ꎬ并对干湿再生混凝土骨料的稳定性、剪切强度、断裂能和抗压强度进行测定ꎬ发现使用再生骨料完全代替天然骨料制备再生混凝土ꎬ其各项指标可以满足规范的最低要求ꎮ
米兰理工大学[13]通过对比实验关于以稳定底灰(SBAs)和电弧炉钢渣(EAFSSs)两种再生骨料替代原始填料对沥青混合料的压实性能、体积特性和机械性能所产生的影响进行了重点研究ꎮ本篇文章的研究结果表明ꎬ我们采用所研究的再生骨料取代沥青混合料中的原始填料是可行的ꎮ与使用标准(钙质)填料的沥青混合料相比ꎬ采用再生骨料得到的沥青混合物具有相似的压实性能、体积特性和机械性能ꎬ甚至有的还更优ꎮ埃及法尤姆大学[14]的研究旨在制备环保型热拌沥青(HMA)ꎬ并利用一些工业废料作为聚丙烯和聚酯纤维的铺路材料ꎮ混合物中的固体材料包括正常的和多孔的团聚体ꎮ沥青中5%和10%的废聚合物被用来制作特殊的粘结剂ꎮ对试样的物理性能、化学性能和老化性能进行了测试ꎬ并利用扫描电镜(SEM)和热重分析(TGA)对其进行表征ꎮ结果表明ꎬ用5%废聚合物制备的HMA性能优于普通聚合物ꎬ可用于道路施工ꎮ
4 国内建筑垃圾回收利用新进展
4.1 再生粗骨料替代天然骨料制备再生混凝土
王杜良等[15]选择5~31.5mm粒径范围内的再生砖粒ꎬ研究不同含量的再生砖粒对其部分取代天然骨料后形成的再生骨料物理力学性能产生的影响ꎮ得到的结果是ꎬ再生骨料的压碎值指标在砖粒含量为20%时达到最大值ꎬ然后下降ꎬ但渐渐趋于稳定ꎮ建议再生骨料中砖含量在30%~60%之间时ꎬ以Ⅱ类骨料使用ꎮ胡力群等[16]同样对再生集料中废砖块含量对其性能的影响进行了研究ꎬ提出掺入废砖块集料后试件的抗冻性随之下降ꎬ在冬季严寒地区应将抗冻性不足引起的强度损失考虑在内ꎮ纪小平等[17]设计了四中水泥稳定再生骨料(CSRCA)ꎬ根据不同的比例用再生骨料(RCA)取替天然骨料ꎬ并与5%的水泥混合后ꎬ成型了渐提高ꎬ而试件的干缩性、抗冲刷性、抗冻性、90d无侧限抗压强度和抗压回弹模则相反ꎮ
CSRCA试样ꎮ随着RCA含量的增加ꎬCSRCA试件的劈裂强度、7dꎬ28d无侧限抗压强度和抗压回弹模量逐
4.2 协同外加剂制备高性能再生混凝土
由于再生粗骨料中微小裂缝和旧水泥浆的大量存在ꎬ由此得到的再生混凝土的孔隙率会随着其取代率的增加而越来越大ꎮ张剑波等[18]通过在再生混凝土中加入粉煤灰来研究其对混凝土孔结构的影响情况ꎬ结果表明一定掺量的粉煤灰能够显著降低再生混凝土的孔隙率ꎮ随之而来对再生混凝土其他性能的影响还需进一步研究ꎮ申爱琴等[19 ̄21]将建筑垃圾磨细砖粉与矿粉、粉煤灰和激发剂复合形成建筑垃圾复合粉体材料构件中CWCPM的含量对其坍落度影响不大ꎬ对抗压强度影响较大ꎬ对抗弯拉强度影响最大ꎻ加入30%的CWCPM后ꎬ混凝土的孔结构得到细化ꎬ孔分布更加合理化ꎬ内部和界面结构进一步致密化ꎬC30混凝土的抗冻性得到提高ꎻ加入的CWCPM还有效的改善了混凝土的收缩性能ꎬ且随着其掺量的增加干缩系数呈现出先减小后增大的趋势ꎮCWCPM各组成部分取材容易ꎬ来源广泛ꎬ将其替代部分水泥用于小型混凝土预制构件中可节约水泥、降低能耗和保护生态环境ꎬ拥有很广的应用市场ꎮ
(以下简称CWCPM)ꎬ通过实验对掺CWCPM的小型混凝土进行了一系列研究ꎮ结果表明:小型预制混凝土
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4.3 制备多功能型建材
蔡安兰等[22]将用量为70%的建筑垃圾与普通硅酸盐水泥、废泡沫塑料(EPS)和发泡剂进行混合得到了一种泡沫混凝土ꎬ其不但具有一定的保温功能ꎬ还满足JGJ51—2002中规定的要求ꎬ能够在屋面保温承重结构中使用ꎮ王四清等[23]以再生骨料和2%的膨胀玻化微珠为原料研制出了一种具有自保温功能的混凝土多孔砖ꎬ与传统的烧结多孔砖和普通的混凝土多孔砖相比其保温功能是最好的ꎬ且可以节约生产成本ꎮ随着以废旧混凝土为主要骨料ꎬ水泥为粘结剂制备出一种生态透水砖ꎬ其透水系数可达到10-1mm/sꎬ主要用于4.4 回收利用工艺及设备改良
人行道、广场等轻载荷的地方ꎬ可以有效缓解周围空气温度、湿度情况ꎮ
“海绵城市”理念的提出ꎬ透水砖铺装系统得到了学者们的广泛关注ꎬ刘富业[24]通过原材料的配合比设计ꎬ
目前我国对建筑垃圾的处理方式还是通过传统的破碎等工艺流程对其进行回收利用ꎬ相对国外的发达国家来说比较简单ꎬ还存在许多不足ꎮ在此基础上孙金坤等[25]从提高破碎率、优化筛分过程ꎬ提高骨料强度和减弱扬尘4个方面对传统工艺进行了改良和完善ꎮ新型工艺采取多级筛选、多环节除尘、骨料整形和强化工艺ꎬ具体流程见图3ꎮ韩森等[26]设计了一种建筑垃圾粘土砖混凝土分离设备ꎬ原理是基于再生料中粘土91%ꎬ生产率可达3.84t/hꎮ
砖与混凝土重力的不同进行分选ꎬ能够有效的将二者分离ꎮ采用该设备ꎬ混凝土与粘土砖的分离率可达
Fig.3 Newdesignedtreatmentprocessofconstructionwaste
图3 改良的建筑垃圾处理工艺流程
4.5 建立资源一体化工厂
近年来国家对建筑垃圾的认识得到提高ꎬ许多城市开始投入大量资金建设建筑垃圾资源一体化工厂ꎮ湖北省[27]的11个城市正计划建造新的建筑垃圾回收厂ꎬ每天将处理大约3万吨建筑垃圾ꎮ目前ꎬ只有襄阳市建成了年处理能力为一百万吨的建筑垃圾回收设施ꎮ除其他城市的小规模利用设施外ꎬ大量建筑垃圾仍在通过向外倾倒、随意堆放、场地回填、施工现场处置等方式进行处置ꎬ再利用程度较低ꎮ山西省[28]大同市建筑垃圾资源综合厂项目目前正在加紧建设ꎮ据了解ꎬ该项目总投资7.4亿元ꎬ预计每年处理城市建筑垃圾生砖、再生无机料、再生陶粒和再生沥青混凝土ꎮ
150万吨ꎬ道路沥青混凝土垃圾50万吨ꎮ主要分为七个模块:再生混凝土、再生活性微粉、再生干混砂浆、再
5 我国应进一步研究的问题及建议
结合上述的研究综述内容能够发现ꎬ目前国内外上的研究还存在一定的局限性ꎮ我国地大物博ꎬ与之对
应的问题是各城市产生的建筑垃圾化学组成和矿物组成差异较大ꎬ很难制定统一的标准规范ꎬ要想建筑垃圾得到有效回收利用就需做好原料的均化ꎻ建筑垃圾再生骨料具有很大的离散性ꎬ导致生产的再生混凝土强度
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及其它性能偏低ꎬ主要运用于基层、垫层和土基中ꎬ在路面结构中的应用还需要进行大量的、更深层次实验研究ꎻ目前我国对于建筑垃圾的处理主要集中于末端治理ꎬ效率低、进展缓慢ꎬ应当借鉴发达国家的经验实行建筑垃圾的全过程治理ꎮ*在近年来历次重要讲话中多次提到“坚持节约资源和保护环境是中国的基本国策”ꎬ随着国家对环境问题的高度重视ꎬ逐渐形成一套对建筑垃圾的全过程循环处理再利用模式———减量化、资源化、无害化ꎬ这将会是未来行业的发展趋势ꎮ
6 结 语
综合目前国内外对建筑垃圾回收利用研究的新进展ꎬ对于建筑垃圾的回收利用方面仍然存在着诸多问
题ꎬ如何有效、环保的治理建筑垃圾仍是一个严峻的考验ꎮ中国作为建筑垃圾产生和排放的大国ꎬ资源转化利用率却非常低ꎬ应更加重视这个问题ꎬ离可持续发展的目标还有很长的路要走ꎮ
参
考
文
献
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