施工固体废弃物回收与资源化再利用研究

李金洋（上海建工五建集团有限公司， 上海 200063）

改革开放以来，我国的城镇化建设迎来了飞快发展，大片居民住宅楼、办公楼、商业大厦等建筑的建设，为城市的繁荣发展带来了新的活力。但是，在繁华现象的背后却存在一个潜在的隐患，建筑施工工程中产生的固体废弃物已严重危害到环境，影响了城市的健康发展[1]。随着国家对社会可持续发展的重视和人们环境保护意识不断提高，建筑工地固体废弃物处理与再利用引起了相关部门的广泛关注。将施工固体废弃物回收处理并资源化利用，既能够有效节约资源，又有利于环境和社会的可持续发展。

1 施工固体废弃物的定义及危害

1.1 施工固体废弃物的定义

固体废弃物是指人类在生产、生活、消费或是其他活动中产生的固态、半固态的废弃物质。主要包括固体颗粒、垃圾、炉渣、污泥、废弃的制品、损坏的器具、残次品、动物尸体、变质的食物以及动物粪便等。一些国家把废酸、废碱、废油和废有机溶剂等高浓度的液体也归为固体废弃物。

施工固体废弃物定义有广义和狭义之分。广义上，根据 GB/T 50743—2012《工程施工废弃物再生利用技术规范》规定，工程施工废弃物是指在工程施工中，因开挖、旧建筑物拆除、建筑施工和建材生产而产生的直接利用价值不高的固体废弃物质，主要包括废弃混凝土、废模板、废砂浆、废砖瓦、碎石块、渣土、废塑料、废金属、废保温材料、废防水材料和各类玻璃碎块等。狭义上，施工固体废弃物的概念也可以参照其来源的直接性，认为是旧建筑物拆除后废弃的部分以及建筑施工过程中产生的副产品。因此，工程施工固体废弃物也可以分为建筑拆除废弃物、建筑施工废弃物和装修施工废弃物。

1.2 施工固体废弃物的危害

施工固体废弃物的危害包括以下几个方面。

（1）污染空气质量。目前，我国大部分的施工固体废弃物都通过填埋技术进行处理。但是，在堆放过程中，废弃物中的某些有机物质会在一定条件下分解并产生有害气体，进而污染空气。另外，固体废弃物中的细颗粒灰尘会随风散布到空气中，影响空气的质量。而在焚烧处理过程中，一些可燃固体废弃物可能会产生有毒的致癌物并与废气一起扩散到空气中，同样会对空气造成严重污染。

（2）污染水资源。施工固体废弃物在堆放和填埋过程中，可能会因地表、地下水的浸泡以及雨水的林滤和冲刷而产生垃圾渗滤液或淋滤液。此类污水成分复杂，含有大量的有机或无机物质以及各种高浓度悬浮固态物和金属物质，其进入地下水或浅层蓄水层将对周围水体造成严重污染。另外，飘浮在空气中的细小的固体废物颗粒亦可能在雨水冲刷沉淀的作用下掉入地表水系统，导致水体污染并溶解有毒物质，造成水体生物的污染和死亡。

（3）降低土壤质量。施工固体废弃物中的有害物质可以随着垃圾渗滤液渗入到土壤中，被植物根系吸收或微生物合成吸收，造成土壤的污染。但一些重金属和一些小的碎石碎砖，也会在各种因素的作用下进入到土壤中，影响土壤的组成结构，有些较严重的土地甚至无法进行耕种。

2 施工固体废弃物的分类

2.1 按照来源分类

施工固体废弃物根据其广义定义，可以按照来源分为 5类。① 土地开挖废弃物。此类废弃物主要是由建筑工程的基础开挖产生的废渣土，包括表层废土和深层废土。② 道路开挖废弃物。这类废弃物主要包括道路开挖过程中产生的废弃混凝土块和沥青土块等。③ 旧建筑物拆除废弃物。旧建筑物拆除废弃物指在建筑拆除过程中产生的各种施工废弃物。④ 建筑施工废弃物。此类废弃物指在建筑施工中产生的各种施工废弃物。⑤ 建材生产废料。此类废弃物主要是指制备生产各种建筑材料所产生的废渣、废料，以及某些建材在加工和运输过程中产生的碎渣、碎块等。

2.2 按照不同施工阶段和废弃物种类分类

一般而言，建筑施工过程大致分为 3 个阶段，即基础阶段，主体施工阶段以及装修、机电安装阶段。因此，可以将不同种类的施工废弃物按照产生的施工阶段进行分类，具体如表1 所示。

表1 不同施工阶段固体废弃物种类

基础施工阶段产生的固体废弃物主要是渣土、砂石以及一些少量的钢筋和混凝土。主体施工阶段产生的固体废弃物包括有钢筋、混凝土、碎砖、木方和模板等，该阶段产生的废弃物种类较多且数量较大。装修、机电安装阶段产生的固体废弃物主要是碎砖、瓷砖边角料、油漆、发泡胶以及一些无法再利用的电线电缆、信号线头和机电管材等。

3 施工固体废弃物资源化利用技术

施工固体废弃物中的废旧木模板、木方等木材，可以根据其特定的使用要求进行修理、清洁和洗涤等工序加工成其他木制品或建筑构件。木屑以及一些破损严重的木质构件，可作为原料用于燃料、堆肥、复合材料或造纸等。废金属、废塑料和废玻璃材料经过回收后，可以直接送到钢铁厂、塑料加工厂以及玻璃厂作为原料生产新的建材产品。而一些有毒有害的固体废弃物如油漆、废油桶、玻璃胶等，必须将其回收后集中交至专门的工厂进行处理，以免污染土壤和水资源。

施工固体废弃物中的废混凝土、废砖瓦、废石材等无机硬质组分，在回收再生利用循环过程中，经过粉碎和筛分设备进行处理后，可以获得两种类型的再生产品（再生集料和再生原料）[2]。其中再生集料可用于制备新型混凝土及其成品、道路结构基础材料、回填的基础材料，以及通过整形强化处理制备高品质混凝土。而再生原料则可用于制备新型墙体材料，用于多功能建筑材料的改性，以及制作市政工程材料等行业中。废混凝土、废砖瓦是施工固体废弃物中最主要的部分，占比通常可达 70% 以上。因此，本文重点研究废旧混凝土和废旧砖瓦的资源化利用方法。

3.1 施工固体废弃物资源化利用生产再生集料工艺

在施工固体废弃物的资源化利用中，再生集料的生产工艺通常可分为杂质分选除杂、破碎、筛分以及集料整形强化等环节[3]。其中，分选除杂技术可以采用机械分选和人工分选 2 种方法。机械分类是基于废弃物不同的物理特性（例如废弃物的大小，磁性和比重）进行有效分离的，主要包括筛选、风选（按比重和粒度大小进行分选）、磁选（夹杂在混凝土块中的废钢筋）、水力浮选（混杂的废塑料、废木材、废纸张等轻质物与混凝土、砖瓦分选）等。人工分选主要是针对一些通过简单机械技术难以实现分离的废弃物，如非磁性金属、玻璃和陶瓷等。

再生集料生产过程中的筛分技术主要有 2 个作用。一个是将施工固体废弃物中的渣土分离，另一个是对粉碎的再生集料进行分级。常用的筛分设备主要包括振动筛（结构简单、处理量大、筛分效率高、机械性能好）、滚筒筛（运行稳定、处理量大、结构简单、噪声低、易于维护、筛分效率高）、棒条筛等。

破碎技术是再生集料生产工艺的核心之一。常见的破碎机包括挤压式（颚式破碎、圆锥破碎）和冲击式（反击式破碎机、立式冲击破碎机、锤式）等。破碎过程中产生的再生集料通常表面比较粗糙，并且经常会伴有水泥和砂浆包裹，在表面上，与天然集料相比，性能通常较差，需要对其进行强化技术处理来增强性能，并扩展其使用范围。

一般来讲，再生集料的强化处理技术主要分为物理强化和化学强化两种。其中，物理强化技术主要是通过机械设备对再生集料施加荷载，使得集料颗粒相互碰撞、磨碎或使颗粒与外界之间产生摩擦，进而使得表面黏附的水泥砂浆脱落去除。常见的物理强化技术有立式冲击整形法、研磨法、高温处理法以及颗粒整形技术等。化学强化技术则是利用使用不同的化学浆液对集料进行浸泡处理，以达到降低其孔隙率或减少裂缝的目的。目前使用较多的有水泥浆液强化、酸液强化、硅烷强化、水玻璃强化、和聚合物强化等。

3.2 施工固体废弃物再生集料作为路面基层材料

对施工固体废弃物进行分选、筛分、破碎等处理后，获得的再生集料可用作道路基础建设中的可再生资源。目前，一些发达国家已经在这方面展开了大量的研究。

有日本学者研究发现由混凝土砌块组成的再生集料与天然集料相比具有良好的性能，并且可以满足大多数道路对混凝土集料的要求。可以在一些柔性路面基础材料中使用再生集料来部分取代天然集料[4]。韩国的学者们研究了用于路面基层或底基层的再生混凝土集料的性能，发现再生集料的各项性能在干、湿两种条件下均满足相关规范的最低要求，可以完全代替天然集料制备路面基层材料[5]。此外，国内亦有研究者发现，废弃黏土砖可以代替天然碎石生产水泥稳定基层材料，废砖粗集料在基层中的取代率 ≤ 70%，细集料则≤ 90%。制得的再生混凝土使用到路面基层中时，其压碎值和颗粒级配指标均能满足 JTJ 034—2000 《公路路面基层施工技术规范》的要求[6]。

3.3 用施工固体废弃物再生集料和再生原料制备多功能建筑材料

施工固体废弃物在制得再生集料和再生原料后，可通过在其中加入添加剂或催化剂，从而改善再生产品的性能，用于制备具有透水、蓄热或催化性能的多功能建筑材料。左富云以废旧混凝土为主要集料，水泥为黏结剂，按照一定配合比设计得到集料，制备出一种生态透水砖[7]。其透水性能良好，可用于人行道、广场等地方，而粉煤灰、硅粉和减水剂的掺入能在保持良好的透水性的情况下，提升透水砖的强度。裴景川等[8]的研究表明施工固体废弃物衍生的再生集料可以被用于制备具有光催化性能的新型建筑材料，而且通过向再生混凝土集料中掺杂钢化玻璃集料作为替代，能有效改善再生材料制品的密度、吸水率等特性。光催化的实验表明，当 TiO2的含量占材料总质量的 2% 左右时，光催化再生混凝土材料对甲醛降解具有良好的光催化性能。

4 结 语

高品质再生集料的制备是施工固体废弃物再生利用的研究重点。再生集料具有较好的市场前景，既可用于道路、墙体、公共设施等方面。使用分选、破碎、筛分和强化技术对施工固体废弃物进行回收和处理，以获得用于制作道路结构基础材料、制备新型墙体材料和多功能型建筑材料的再生集料和再生原料，可以在很大程度上将其有效利用起来，形成绿色环保、生态友好的经济循环产业链。