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      長沙市廢棄混凝土處理及回收利用現狀分析與研究展望

      0 引言

      城鎮化進程的不斷加快和老城區的拆遷改造工程產生大量的建筑垃圾。建筑廢棄物組份復雜,廢棄混凝土的占比例巨大,是建筑廢棄物的重要組成部分[1]。全世界每年生產混凝土約為28m3,我國約為13~14m3[2],同時廢棄混凝土量也迅速增大,預計我國廢棄混凝土量在2020年將達到6.38億噸,并以每年8%的速度增長[3]。

      按傳統方法,廢棄混凝土大多采用露天堆放或填埋的方式處理,造成資源無法得到有效的二次利用[4],還占用大量土地,引發大氣污染和地下水污染等次生災害。而發達國家大多實行源頭削減策略,在建筑垃圾形成前,通過科學管理和有效控制將其減量,并使之成為再生資源。歐盟國家的建筑垃圾資源化率超過90%,韓國達到97%以上,日本的廢棄混凝土資源化利用率更是達到了98%[5]。我國在《十二五資源綜合利用指導意見》中提出了2015全國大中城市建筑廢物利用率達到30%”的目標,但根據2014 年度《中國建筑垃圾資源化產業發展報告》的調查研究,我國建筑廢棄物的回收利用率僅為5%左右。

      本文通過走訪長沙市廢棄混凝土處理方面的相關政府部門、企業和社會組織,調查了解長沙市廢棄混凝土處理及回收利用的現狀,對廢棄混凝土的產量進行估算,同時對廢棄混凝土的處理方法進行了總結,探討廢棄混凝土的合理回收及利用方案。

      1 長沙市建筑業現狀分析

      當前,長沙市大力發展城市建設,歷年房屋建筑面積[6]持續穩定增長(圖1.1),竣工面積[7-8]2000年到2010年呈現高速增長,在2010年后每年都在1600萬㎡上下波動(圖1.2)。從2014年棚戶區改造到2015年國務院批復同意設立湘江新區后,城市建設速度進一步加快。建筑垃圾已占現有垃圾總量的30-40%。長沙市從2015年起開展了史上最大規模拆違控違行動,按照一年基本拆除、兩年基本清零的總體目標,長沙市中心城區周邊共有近2000萬平方米違法建筑需要依法實施片區拆除,預計將產生拆違章建筑垃圾1000萬噸[9]。

      2 廢棄混凝土來源及處置措施

      2.1 施工過程產生的廢棄混凝土

      建筑施工過程中產生的建筑垃圾各組分相對含量[10]如表2.1所示。建筑施工過程產生的廢棄混凝土主要分為生產過程中產生的廢棄混凝土和樁頭破截產生的混凝土兩大類。

      每生產100m3的混凝土,將產生11.5m3的廢棄混凝土[11]。對于此類廢棄混凝土,一般降低等級直接回收利用[12],或采用水洗法清除混凝土中的水泥,回收砂石骨料。高層建筑中每個基礎樁頭破截產生的廢棄混凝土約為1m3。樁基礎注漿所采用的混凝土強度要求較高,回收利用樁頭破截產生的廢棄混凝土,將得到大量的優質骨料。但為了施工方便和滿足后期回填土體的需要,這部分廢棄混凝土被簡單清理后,最終作為回填物就地填埋。

      2.1.1建筑施工過程中產生的廢棄混凝土估計量

      2.1.1.1面積估算法

      每竣工1萬㎡建筑將產生550噸廢棄混凝土[13],結合長沙市歷年建筑竣工面積[7-8],估算得出2009-2015年間長沙市建筑施工產生的廢棄混凝土量,如表2.2所示。

      2.1.1.2分類系統積累法

      施工過程中產生的廢棄混凝土占工程材料的1%4%[13]。根據長沙市20142015年商品混凝土產量[14],估算出20142015年施工過程中產生的廢棄混凝土量,如表2.3所示。

      2.3 拆遷過程產生的廢棄混凝土

      建筑物拆遷產生的廢棄物組分復雜,含量相差較大[10],如表2.4建筑物拆除垃圾組成所示。

      通過舊建筑物拆遷產物[11](如表2.5)的分析,假定被拆除建筑中混凝土結構和磚混結構各占50%,根據長沙市《關于全面加快棚戶區改造工作的意見》中的目標任務[16],估計2014-2017年長沙市拆遷過程中產生的廢棄混凝土如表2.6所示。

      除建筑拆遷外,道路橋梁的拆遷改建也會產生大量的廢棄混凝土。根據長沙市交通運輸十三五發展目標,預計建設高速公路127.3公里,新建和改建干線公路1232公里,建設農村公路6111公里,到2020年,高速公路通車總里程力爭達到800公里,基本建成一環七射六縱高速公路網[17]。高速發展的城市交通建設工程帶來的廢棄混凝土需要得到妥善處理。

      肖建莊等人根據循環經濟理論, 從區域層面上按照工業生態學的原理, 提出建立城市再生集料生產廠與其他企業間以廢棄混凝土資源化利用為特點的生態產業鏈[18],如圖3.1所示。長沙市現有湖南省建工環保公司、云中再生科技股份有限公司等企業從事廢棄混凝土的資源化利用,并研發出再生混凝土砌塊、水穩等再生產品。

      3.1再生骨料生產工藝流程

      3.1.1移動式再生骨料生產線

      移動式再生骨料生產設備(圖3.2)主要依靠自帶履帶或者車輪進行轉場移動,可直接入場3m3以上大型拆遷項目,配合城市拆遷進度,直接在拆遷現場進行建筑垃圾處理;還可以輻射周邊一定范圍內新建工程施工、工程改造等階段性建筑垃圾的處理。

      移動式再生骨料生產設備的主要生產流程如圖3.3所示。生產過程中,可以根據客戶的不同需求調整出料口篩網尺寸,以獲得不同粒徑大小的骨料。

      3.1.2固定式再生骨料生產線

      固定式再生骨料生產線生產流程如圖3.4所示。與移動式相比,固定式再生骨料生產線的產能更高,經過磁選、水洗和風選等步驟后除雜效果更好,并進一步細分了骨料粒徑。固定式再生骨料生產線設計產能約為200/小時,日處理廢棄混凝土可達2000噸。

      3.2 廢棄混凝土資源化再生產品

      3.2.1 再生填料

      再生骨料按照一定的級配可作路基材料,用做路面墊層、再生級配碎石底基層與基層;或直接作為道路過渡層、市政管網溝渠和運動場地的填充料;同時還可利用再生細骨料配置砂漿,或者配置低強度的普通混凝土用于基礎墊層。

      再生填料是再生骨料最普遍、最直接的利用方式,也是長沙市最主要的利用方式。目前長沙市生產的再生骨料40%以上作為再生填料用于道路回填,銷售價格約為40/噸。

      3.2.2 再生水穩層

      利用再生骨料可以部分或全部取代天然骨料生產水泥穩定級配碎石和鋪筑路面基層。湖南省云中再生科技股份有限公司(圖3.6)在再生水穩層的研究和推廣方面取得很大進展,現已開發出水穩保水劑、水穩增強劑等外加劑,解決了骨料吸水性和強度問題,水穩強度達到5MPa,滿足《公路路面基層施工技術細則》(JTGF20-2015)中對水穩層強度的要求,可用于多種等級道路。

      3.2.3 再生瀝青混凝土

      Sumeda Paranavithana等人的研究表明,利用再生骨料制備的瀝青混凝土,堆積密度、骨料空隙率、粘合劑的空隙填充率以及膜厚度等均低于傳統瀝青混凝土。云中科技投身于廢棄瀝青的資源化利用,將再生瀝青與再生骨料結合,通過添加再生劑提高混合料的性能,用部分取代的方式生產的再生瀝青混凝土符合相關行業標準,并運用于工程實踐中。

      3.2.4 再生混凝土砌塊

      再生砌塊是再生骨料的重要產品,附加值高,滿足砌體使用要求,受剪性能與普通混凝土砌塊砌體相近,保溫隔熱性能更優。湖南建工環保有限公司引進自動磚塊成型機,以廢棄混凝土再生骨料為原料,配合水泥及爐渣鋼渣等多種工業廢料,生產出各種內外墻磚、路面磚等高品質再生混凝土砌塊。

      4 討論與分析

      4.1消納處理費用高

      長沙市現有建筑垃圾消納場多為私人經營,消納費較高,約為30/m3。根據長沙市渣土行業協會所做的一份調查報告顯示,在廢棄混凝土等渣土處理過程中,處理費只占成本的3.6%,消納費占成本22.8%。以渣土車滿載20m3計算,每車廢棄混凝土需支付2500元左右的消納費。高昂的費用使得一些單位違規將建筑垃圾運往黑填埋場進行填埋或者隨意傾倒,極大地污染了環境。

      4.2 監管系統有待完善

      我國近年來才逐步重視廢棄混凝土的回收利用,對其形成的產業鏈尚未能實行有效的監管。缺乏監管的產業鏈在市場行為控制下,管理比較混亂,衍生出許多環境問題和社會問題。長沙市城管局下屬的渣土管理處負責長沙市廢棄混凝土的管理,將廢棄混凝土歸為渣土類,并沒有將其從建筑廢棄物中區分開。同時,各類建筑物施工、拆除產生的廢棄混凝土量缺乏統計數據,對各種處理方式所占比例和資源化利用程度難以做出準確判斷,政府、企業、高校和科研機構等在進行廢棄混凝土資源化研究時缺乏可靠性依據。

      4.3再生骨料缺少強化

      再生骨料具有孔隙率較高、吸水性強和強度較低等特點,性能明顯劣于天然骨料,限制了再生骨料的可利用途徑。史才軍等人對再生骨料混凝土的性能進行了多項研究;李文貴等人提出再生骨料顆粒整形強化法,有效的提高了再生骨料的性能。通過化學強化法和物理強化法對再生骨料進行強化后,可降低再生骨料的空隙率和吸水率,并提高其抗壓強度、抗折強度以及堅固性等性能。長沙市廢棄混凝土處置企業未對骨料進行強化,再生骨料一般直接使用。

      4.4 缺乏明確的行業標準和法規

      除《混凝土用再生粗骨料》、《混凝土和砂漿再生細骨料》、《碎磚瓦建筑垃圾再生砌墻磚》等行業標準外,仍缺乏相關的法律以及統一的設計規程和驗收標準,對于違規處置建筑垃圾的單位也沒有明確的懲處制度。建筑廢棄物處置企業創辦申請所需材料和相關政策不明確,福利政策落實不到位,使得很多企業望而卻步,不利于市場潛力的激發。

      4.5 公眾對建筑廢棄物資源化利用的矛盾心理

      建筑廢棄物資源化的重要性和必要性被越來越多的民眾認同。但受傳統觀念的影響,很多人認為老舊的東西都是不好的,對再生產品及其衍生產品存在排斥心理。由于國內城市房價普遍較高,這種排斥心理在建筑材料方面表現得尤為明顯,出現了民眾支持建筑廢棄物資源化利用,卻拒絕購買和使用再生產品的矛盾現象。

      5結論

      5.1 完善相應的法律法規和行業標準

      完善的法律法規和行業標準才能更好地引導、推動廢棄混凝土的資源化產業的發展。在政府和行業協會倡導下,組織相關企業、高校和研究機構,借鑒國內外先進經驗,結合長沙市的具體情況,在《長沙市建筑垃圾資源化利用管理辦法》的基礎上修訂、完善廢棄混凝土回收和資源化利用的法規和行業標準,以便對廢棄混凝土資源化研究、生產和管理進行指導。

      5.2 建立行業的有效監管體系

      廢棄混凝土回收利用產業是以企業為行為主體,政府支持為輔,以保護環境,節約資源為目的,以先進的技術、設備為支撐,對廢棄混凝土進行綜合加工使其成為可再利用的產品的行業。構建由建設主管部門統籌組織,多部門協調,聯合管理,共同參與廢棄混凝土資源化利用的監管工作,健全廢棄混凝土的全量申報管理機制并加強對運輸企業收運行為的監管,推行“卸點付費”機制,防止層層轉包造成非法傾倒。

      5.3 促進生產實踐和技術研究的融合

      通過企業與高校、科研機構的合作,從企業生產和工程項目的實際出發,將資金和科研成果相結合,發揮各自的優勢,推動廢棄混凝土資源化利用的技術研究,創新技術體系,最后運用到企業生產和工程項目當中。生產實踐和技術研究的融合,進一步整合企業、高校和科研機構的優質資源,有效地降低企業成本,提高廢棄混凝土資源化利用水平,有力的推動廢棄混凝土資源化產業的發展進程。

      5.4 推廣再生產品在工程中的使用

      市政工程建設需要消耗大量的路基填料、路沿石、人行道板磚等建筑材料。政府投資的城市道路、河道、公園、廣場等市政工程和建筑工程等應優先使用再生產品,并進一步做好相應的宣傳,讓民眾逐步接觸資源化再生產品,進而接受建筑廢棄物再生產品。綠色建筑以及申報相關建筑工程獎項的建設工程項目,在保證性能的前提下,可設置廢棄混凝土再生建材及同類材料使用率最低限值,增加社會投資項目對建筑廢棄物再生產品的利用,提高資源化再生產品的使用率。

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