广州市建筑废弃物在公路工程上的再生利用研究

杨明

一、概述

建筑垃圾的再生利用是建筑全寿命周期中的一个重要环节，是实现建筑领域资源节约和节能减排的关键环节。随着环保意识的不断深化，世界各国都在加强建筑垃圾再生利用的技术研究，建筑垃圾再生集料技术已成为国外工程界和学术界共同关注的热点和前沿课题。

日本、美国、德国等国家凭借经济实力与科技优势，发展了许多再生集料制备技术及再生集料混凝土应用技术，通过制定并执行适合国情的且技术水平先进的再生骨料标准，实质性推动了建筑垃圾资源化事业的快速发展，实现了高水平的建筑垃圾处理利用，达到了较高的建筑垃圾处理利用率和资源化水平。

我国在该领域起步较晚，但伴随建筑垃圾再生骨料相关系列技术标准的出台，将切实有利于解决我国因建筑垃圾引发的一系列关系环境、资源与社会的矛盾难题。我国在建筑垃圾再生集料利用方面也出台了诸多政策，编制了建筑领域的应用技术规程。但由于建筑再生混凝土往往涉及结构强度和安全，致使主管部门和技术人员顾虑重重，因此即使在建筑工程领域再生集料以及再生集料混凝土的实际应用仍然处于初级阶段，成功应用案例仍然较少。

而道路工程则不同，道路工程中一般对强度要求不高，特别是路面基层和垫层等，强度要求只需几个MPa，不涉及到安全问题。更重要的是道路工程中再生集料应用量巨大，废弃物再生集料的应用潜力非常大。将建筑废弃物有效利用于道路工程可能是解决建筑垃圾围城、资源再利用的最快速、最简易和最有效的途径之一。

就广州来说，随着经济的发展和人们对生活质量要求的日益提高，地方政府对环境保护和整治的力度不断加大。一方面，采取措施严格限制了采石场的范围和数量，这使得工程的建设成本上升。另一方面，城镇道路和公路的修筑需要大量的、性能适用的集料等建筑材料。而广州市每年排放的各类建筑垃圾高达1000万吨，加上近十年的建筑垃圾积存量约6000万吨，每年需要占用6000亩的填埋场。中心城区建筑垃圾的总受纳量只占总排放量的32.78 %。巨量的建筑垃圾已成为城市化进程的主要障碍。因此如果通过技术进步和科学管理，在保证质量、安全等基本要求的前提下，最大限度地将建筑垃圾再生集料应用于公路和城镇道路工程中，可以变废为宝，节约资源、减少对环境的负面影响，并降低工程建设成本。同时，合理有效地将建筑废弃物再利用也是政府部门、工程设计和施工单位以及每个工程技术人员的社会责任。建设行业的垃圾理应由建设行业来处理和消化，这也应该成为每个城市建设工作者的共识。

二、国内外研究现状分析

（一）国外再生骨料利用现状

1.美国

美国每年根据再生骨料规范将1亿吨混凝土废弃物加工成骨料投入工程建设，并通过这种使用途径实现了建筑垃圾再利用。据悉，再生骨料占美国建筑骨料使用总量的5 %。在美国，68 %的再生骨料被用于道路基础建设，美国现在已有超过20个州在公路建设中采用再生混凝土，6 %被用于搅拌混凝土，9 %被用于搅拌沥青混凝土，3 %被用于边坡防护，7 %被用于回填基坑，7 %被用在其他地方。

2.德国

二战后，德国面临大规模建设，这对原材料需求量很大。同时，很多建筑垃圾要从被战争摧毁的城市中运走。一边急需原材料，一边是大量建筑垃圾需清理，建筑垃圾资源化被提上议程。1955年至今，德国的建筑垃圾再生工厂仅柏林就有20多个，已加工了约1150万m3再生骨料，这些再生骨料用来建造了约17.5万套住房。与此同时，德国通过征收建筑垃圾处理费来减少建筑垃圾产生，对未处理的建筑废弃物按500欧元/t的标准征收处理费。目前，世界上生产规模最大的建筑垃圾处理厂就在德国，每小时可生产1200 t建筑垃圾再生材料。德国约有200家建筑垃圾消纳企业，年营业额达20亿欧元。

3.日本

日本国土面积小，资源匾乏，原材料价格远高于欧洲，而且建筑业发展速度非常快，在日本立法中資源再利用企业、政府都将建筑废弃物视为“建筑副产品”，各方责任明确，以“谁生产，谁负责”为原则实现97 %以上的高效利用。2007年的调查显示，日本建筑工地产生的废弃物总量有6380万吨，其中最终作为垃圾处理的仅有402万吨，再资源化的比例达92.2 %。日本的垃圾分类要求十分严格，所以日本设计出产的建筑垃圾分拣机械效率很高，破碎、分离、筛选，甚至辐射监测都可一条龙完成，对于混凝土之类的建筑垃圾，或分离为骨料重新利用，或破碎后用于道路工程、回填土和碎石料等铺设。对再生骨料混凝土的强度、耐久性、吸水性、配合比、耐冻性等也进行了全面系统的研究。

（二）我国再生骨料研究现状

1.我国再生骨料技术研究现状概述

我国对再生混凝土的研究目前尚处于初开始阶段，废弃混凝土的回收利用、资源化还未被人们足够重视，但一些关注这一领域的科研机构已经开始了研究，并对再生骨料混凝土的物理化学性质和实际应用做了初步理论研究。重点研究内容集中在对再生骨料混凝土的强度大小、和易性好坏、表观密度大小、弹性模量大小、极限拉伸以及高强高性能化等方面。

张晏清通过建筑废渣作为再生骨料，研究该再生混凝土的基本性能。研究中提出原材料的强度越高，再生骨料的强度越高，所制备的再生混凝土强度就越高；如使用的建筑废渣为砖块时，还需考虑吸水率问题；通过添加磨细矿渣来节约水泥用量并增加再生混凝土强度。

王健等在同配合比下研究再生混凝土流动性、保水性、黏聚性，他们的试验主要针对再生骨料混凝土的施工性能和力学性能。试验结果表明，在相同配合比下，再生骨料混凝土流动性略为降低，保水性、黏聚性较好，立方体抗压强度略高于同配合比天然骨料混凝土，这一研究结果也验证了用废弃混凝土做骨料代替粗骨料配制再生混凝土是可行的结论。

戈雪良通过利用普通高强混凝土的生产工艺结合当地原材料开发高强再生骨料混凝土的研制，研制结果是配制成功了强度达60 MPa的再生骨料混凝土，这一研究为再生混凝土的实际应用打下了基础。

孔德玉对粗骨料强度及水灰比对混凝土强度的影响开展了研究。研究结果表明：水灰比、粗骨料压碎指标在一般情况下与混凝土强度紧密相关，并提出了鲍罗米统一公式，这一公式指出了天然粗骨料混凝土、再生粗骨料混凝土28 d抗压强度与水灰比、粗骨料压碎指标之间的关系，试验验证出实测值与计算值相差不大。这说明当水泥和用水量条件不变时，鲍罗米统一公式可用来估计不同粗骨料混凝土的28 d抗压强度。

以上研究成果表明，再生骨料混凝土的物化性能会随着原材料性能改变而改变，而再生骨料的性能又会随不同地域、不同生产条件、不同自然气候条件、不同来源等各种因素的影响而有所不同，这增加了再生集料实际应用的难度。

2.我国再生骨料的相关国家标准

我国在20世纪90年代初期就已开展进行建筑垃圾处理和利用的相关研究，在再生骨料的生产与应用方面取得了一定的成果。但由于诸多客观原因的限制，我国的建筑垃圾处理利用水平长年维持在较低的水平。纵观其中原因，建筑垃圾处理利用相关技术标准匮乏就是一个亟待解决的重要影响因素。令人可喜的是，经过中国建筑科学研究院等国内相关科研技术力量的不懈努力。从2010年起，国家产品标准《混凝土用再生粗骨料》（GB/T 25177-2010）和《混凝土和砂浆用再生细骨料》（GB/T 25176-2010）以及行业工程标准《再生骨料应用技术规程》（JGJ/T 240-2011）陆续发布，填补了我国长期以来的技术标准空白，从根本上为再生粗骨料和再生细骨料的生产、应用提供了合法可行的技术支撑，从而保证了再生粗骨料和再生细骨料的产品质量与实际应用，为我国建筑垃圾资源化事业的开展进行奠定了技术基础。

3.广州市建筑废弃物应用现状

根据市城管部门近几年对我市建筑废弃物的排放统计，我市建筑废弃物平均年产生量约为4000万吨左右，其中，建筑余泥占了总量的60%，拆除旧建筑物所产生的废混凝土块、废砖瓦、废砂浆，约占了排放总量的25%，年产生量约1000万吨，建筑废弃物总利用量不到100万吨。

为积极探索我市建筑废弃物再生集料在工程建设领域循环利用的有效途径，促进广州生态文明建设，促进建筑废弃物等“城市矿产”的开发利用，我市先后出台了《广州市建筑废弃物循环利用的主要技术路径》、《广州市建筑废弃物再生建材产品推广使用办法》、《广州市建筑废弃物循环利用工作方案》等文件规定。这些方案的出台有效推动了建筑废弃物再生集料的应用工作，但是，由于缺乏有效的技术依据，大大阻碍了再生集料在道路工程的应用步伐。

三、建筑废弃物再生集料应用研究

（一）建筑废弃物再生集料主要分类

建筑废弃物按照组成成分可以分为：渣土、混凝土块、无机稳定材料、砖、石、木材、金属以及旧包装等，当中的废混凝土块、废旧无机稳定材料、石、废砖、废砂浆经裂解、破碎、清洗和筛分等加工处理可以得到再生集料，符合规定要求的再生集料可用于公路和城镇道路路基、路面基层和垫层中。建筑废弃物再生集料可按照砖集料含量分为混凝土再生集料、砖混再生集料和砖再生集料3大类。各类再生集料的技术指标差异性较大，分别适用于不同的工程部位。

（二）建筑废弃物再生集料生产工艺

根据广州市行政范围内建筑废弃物的性状，一般的再生利用工艺流程为：收料（分类堆放）→分拣杂物→机械解小→上料→破碎→筛分（磁选、风选、水选）→各档骨料（一级产品）。其中，核心设备为“破碎→筛分生产线”，主要包括：反击式破碎机、筛分设备、磁吸分拣设备、风选除杂设备及其他配套机械，设备如下图所示。

（三）建筑废弃物再生集料适用范围

依据建筑废弃物再生集料的室内试验结果，各类再生集料在道路工程中使用时，其适用范围如表1所示。

四、存在问题及工作展望

国内尚未有建筑废弃物再生集料在路基路面工程中应用的技术规范，也未有相关验收规范，这给广州地区建筑废弃物再生集料的大规模推广应用带来了阻碍。因此广州地区急需编制专门针对于建筑废弃物再生集料在路基路面工程中应用的相关技术规范和验收规范。

下一步工作展望：

1.通过一批示范工程的建设总结推广建筑废弃物再生集料技术的应用。通过示范工程总结，形成市政工程建筑废弃物“减量化”和“资源化”技术与管理的新模式，为广州市建设资源节约型、环境友好型城市提供有力的技术保障。

2.优先考虑建筑废弃物再生集料应用于水泥稳定（底）基層和级配碎石层，经科研试验研究和实体工程验证，进而开展广州市地方标准《广州市再生集料路面基（垫）层应用技术规范》的编制工作。该地方性标准的出台将用于指导建筑废弃物再生集料应用于水泥稳定（底）基层和级配碎石层的施工应用和验收，有望填补该领域的空白，推进广州地区建筑垃圾资源的合理有效利用和环保事业的发展。

3.完善建筑废弃物集料的再生技术。目前广州市相关企业已通过技术改造和创新，形成成套的建筑废弃物集料再生设备，基本可以满足大规模工程施工的需要。但从原材料技术指标的检测结果看，尚有提升的空间，因此仍需开展技术改进和工艺完善工作：如解决木屑等有机轻物质不能与再生集料分离、扬尘和破碎粉料尚无法利用、仍无法实现完全充分利用和零排放等问题。

4.开拓建筑废弃物再生集料的应用范围，通过技术更新与工艺改进，将建筑废弃物再生集料应用于排水砖、排水基层以及再生集料轻质土等建筑材料中，增加消耗渠道、提高回收使用效率。