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建筑垃圾圍城,破解技術在何方?

時間:2017年03月20日信息來源:建設科技 點擊:

建筑垃圾圍城,破解技術在何方?
    【摘要】通過對現有建筑垃圾資源化技術的回顧和分析,提出了研究建筑垃圾資源化技術,不僅是對建筑垃圾本身和再利用的研究,而是研究建設工程全壽命周期的最后一程,通過對最后一程的研究促進對整個建設工程的再認識。要從建筑垃圾工程全壽命周期、項目建設過程、資源化全產業鏈去考慮和著手。從規劃、設計、施工、運維、拆除、運輸、處置、再利用等各個環節開始,大力發展減量化和可循環技術,低成本、大規模應用技術,建筑垃圾專用工藝和裝備等。
    【關鍵詞】建筑垃圾;建設工程;資源化;技術
    一、 提高對開展建筑垃圾資源化技術研究的認識
    我國開展建筑垃圾資源化技術研究已有近20多年的歷史,取得了一定的成績,但由于實踐和認識的限制,基本限于對建筑垃圾的處理,即將建筑垃圾為原料做再生建材的研究。隨著建筑垃圾資源化產業的起步發展,發現這樣的研究對建筑垃圾的減量化作用不大,對提升建筑垃圾資源化率和推動整個資源化產業發展的作用受限。
    研究建筑垃圾資源化技術,不僅是對建筑垃圾本身和再利用的研究,而是研究建設工程全壽命周期的最后一程,通過對最后一程的研究促進對整個建設工程的再認識。過去,我們投入了大量的人、物、財力對建設工程的設計、施工、結構、材料等方面的技術研究,而對建設工程的拆除、廢棄物處理、材料的循環利用等研究的不多;只重視建,不重視拆,只管“生”,不管“死”。這樣的結果,就是天然資源越耗越多、建筑垃圾越來越多,與綠色發展、可持續發展不符。
    研究建筑垃圾資源化技術實際是研究建設工程的可持續發展和資源的循環利用技術,是建設工程能持續發展的保證。根據測算,一萬噸堆高5米的建筑垃圾就要占地2畝,按目前我國每年產生建筑垃圾15億噸計算,每年就占地30萬畝。由國土資源部組織開展全國城鎮土地利用數據匯總數據表明,截至2013年12月31日,全國城鎮土地總面積:858.1萬公頃(12872萬畝)。其中,城市面積占47%,建制鎮面積占53%。也就是說,如果建筑垃圾總是堆放,用不到200年,我國的城市都將被建筑垃圾所占滿,連生存之地都沒了,何以談建設。
    因此,研究建筑垃圾資源化技術要從建筑垃圾工程全壽命周期、項目建設過程,資源化全產業鏈去考慮和著手。從規劃、設計、施工、運維、拆除、運輸、處置、再利用等各個環節開始。減量為先,預防為主。
    二、 大力發展減量化和可循環技術
    目前我們的建設工程設計基本不考慮建設工程有一天成為廢棄物后的預防、處置和減量問題。而在發達國家,從源頭開展減量化和循環利用技術研究已成為習慣。英國皇家建筑師協會指出:減少建筑垃圾的最佳時機是在整個建造過程的最開始階段,所以促使設計師在設計過程中減少建筑垃圾的產生具有重要意義。在日本,46年前就發布的《廢棄物處理法》中規定“企業必須自行妥善處理因生產而產生的廢棄物”,“在進行物品的生產、加工、銷售等時,事先對該產品、容器等變為廢棄物時的處理困難性進行評估,并開發出易于進行妥善處理的產品、容器等”。也就是說,產品在出生之前就考慮“死后”的處理,明確要求建筑師在設計時要考慮建筑在50 年或者 100 年后拆除的回收效率,建造者在建造時采用可回收的建筑材料和方法,在設計中就考慮并爭取建造零排放。在丹麥,已把BIM技術應用于建筑垃圾的減量和再利用方面。 因此,我們也要樹立這種的理念,研究這方面的技術,既在工程建設前,通過建筑設計本身運用減量化的設計理念和方法,盡可能減少廢棄物在建造、運維和拆除過程中的產生量,并努力使產生的廢棄物進行直接再利用。在我國,這方面技術研究還是完全的空白,大有研究的空間,比如,在設計過程中充分考慮建筑物未來的可改造性,設計階段就考慮工程報廢后的拆解問題,選用耐久、可循環利用的材料或部品,進行預制裝配式結構體系設計,減少不必要的裝潢,提供拎包入住式住宅的設計等等。這些都需要設計師們努力探索研究,形成體系,形成標準。
    在施工方面,通過研究施工組織設計的優化、成本控制、設施以永久代臨時、建筑垃圾分類、現場就地回用等技術與裝備,減少建筑垃圾的產生量,提高回用率。
    在拆除方面,除應建立拆除評估制度之外,在技術方面也要改變傳統的“拆毀式”方式,研究“拆解式”拆除技術和裝備,提高廢棄物直接回用率、減少建筑垃圾產生量。
    在運輸環節,研究建筑垃圾分類裝儲吊運等技術與裝備,做好分類,為后期資源化處置打好基礎。
    三、 研究低成本,高效率,大規模應用技術
    改革開放以前,建筑垃圾基本由業內消納,未能引起足夠的重視。改革開放以后,隨著城市建設的快速發展、建筑結構形式的改變和地下工程的建設,建筑垃圾產生量急劇增加,由于準備不足,全國幾乎所有城市都缺少規劃與處理設施,就是填埋也沒有規劃用地,大量的建筑垃圾沒有出路,加上其他政策和經濟原因,建筑垃圾才出現隨意傾倒、占用土地、污染環境等一系列問題。解決當前垃圾無處又急需消納的問題,是建筑垃圾資源化技術研究的又一重要方面。建筑垃圾資源化技術首先要解決規模化、解決量的問題。研究資源化技術一定要有量的概念:據介紹,一個地鐵站施工所產生土方量能達到8.7萬立方米,約13萬噸,長一公里直徑6米的地鐵隧道施工產生會土方量6.8萬立方米,約10萬噸,以北京最早的地鐵1號線為例,總長30公里,地鐵站23座,計算總土方量為600萬噸。2016年,北京新建地鐵總長近300公里,上海新建216公里,產生的土方量可想而知。此外,拆除一平方米建筑平均產生約1噸的建筑垃圾,北京市2016年拆違面積達3000萬平方米,上海為7000萬平方米,這又是一個巨大的數量。如果僅堆放,一個標準足球場堆高5米,才只能堆放5萬多噸建筑垃圾。如何破解幾千萬噸建筑垃圾出路是研究建筑垃圾資源化技術的當務之急。否則,資源化技術就得不到重視和支持。目前,有些地區和企業嘗試將建筑垃圾用在道路建設上,取得了可喜的效果。例如,陜交集團等單位在西咸北環線高速公路建設中將建筑垃圾應用于臨建、地基、路堤、路床、路面、預制構件等方面,總處置量達600萬噸。盛天環保公司在河南機西高速公路二期工程中進行建筑垃圾填筑橋、涵洞(通道)臺背施工,技術應用效果良好,使用建筑垃圾在150萬噸以上。在公路應用還有對建筑垃圾原料要求低,加工簡單,能就地解決等特點。業內人稱,由于公路建設也有防滲、防污染、防沉降等措施,其實就是最好的建筑垃圾填埋場。因此,研發在道路工程中大規模使用建筑垃圾是今后一個主要方向。另外,建筑垃圾再生骨料在海綿城市蓄水層、污水凈化、和市政填充用混泥土等應用技術方面都可以大有作為,也都是可以大量處置建筑垃圾的有效途徑。
    第二是要研究低成本加工技術。目前,全國資源化處置建筑垃圾的企業經營普遍存在困難,究其原因,主要是建筑垃圾原料復雜和工藝不夠成熟穩定。建筑垃圾一是來源不固定,成分多變,數量不穩定;二是混有金屬、木材、塑料、紡織品、土和生活垃圾;三是形狀、規格、尺寸變化很大;四是原料破碎強度不一。研究低成本加工技術,首要和關鍵是要解決建筑垃圾的分類技術與裝備,解決在施工現場分類問題。分類問題解決不了,建筑垃圾的加工成本永遠降不下來。分類有管理問題,也有技術問題。比如,分類的標準;拆除工地如何分類、在建工程如何分類;分類后如何儲存、如何運輸等等。這些研究,一定要以企業為主導,包括施工、運輸、裝備制造企業等。目前,受能力范圍的限制,資源化處置企業往往靠自己搞分類,這不是最好的辦法,其效率和效果都遠不如源頭分類,加工成本反更高。另外,研究低成本加工技術要與再生產品應用量結合起來,應用量大的產品才有可能降低成本;還要與現場就地回用結合起來,減少運輸和裝倒成本。
    四、 研究建筑垃圾專用工藝和裝備
    建筑垃圾資源化處置前些年是照搬機制砂石的加工工藝與裝備,幾年實踐下來,發現存在很多不適應。主要原因還是因原料的不同。天然原料規格、尺寸、成分、硬度基本一致,無金屬、木料等雜質。一般是先破后篩,三級破碎。而建筑垃圾要復雜得多(見上文),且原料以磚為主。在目前尚未實行源頭分類的情況下,有些企業采取了先篩后破的工藝,取得了較好的效果,減少了近1/3的破碎量,減少能耗和機械磨損,亦減少了雜質含量。從國外和國內實踐看,破碎層級也易少不宜多。因為,建筑垃圾強度比天然原料相對低,易破碎,同時也易產生粉塵,破碎層級越多粉塵越多,另外,機制砂石中用于硬質原料加工的圓錐破碎機和用于整形和制砂用的沖擊式破碎機更不易在一般再生骨料加工工藝中選用,能耗大、粉塵多、效果并不好。破碎機選型、使用的錘頭材質要適應原料與再生產品要求;入料與破碎、出料與傳輸的必須合理配置,連續流暢;鋼筋、輕物質分離可多級設置等。以上僅是筆者從事建筑垃圾資源化技術實踐20多年來個人的看法,主要想通過這些舉例說明研究建筑垃圾專用工藝和裝備必要性,希望更多的人來關注和從事此方面研究。
    對選用移動還是固定式技術與裝備,目前總體認識不深,也存在不同的認識,這是因為各有突出的特點。比如,選擇固定式技術與裝備建廠,理想的占地要在300畝左右,但由于缺少前期規劃,在城市中找地很難,廠址位置的選擇也難,還要保證原料的來源充足。由于建廠前普遍對進廠的建筑垃圾原料種類、成分復雜情況、供應數量和時間規律難以把握,建廠規劃設計就比較復雜、各部分之間合適的匹配難度大、后期不易改造,還有環保要求高、附屬工程多、投資大等問題。優點是能直接提供滿足市場需求的再生產品、環保能達標、生產穩定等。移動式技術和裝備無需建設及安裝調試周期,可現場直接生產、使用靈活、并根據現場情況靈活布局重新組合,對差異性大的建筑垃圾適應性強,減少運輸成本,無需大的廠房和占地,無需申請及架設電力線路,附屬工程少,投資小, 一套移動式生產線能夠解決多個原料場地的需要等,是一個發展的方向。但也有其生產產品單一、受環境和工期限制、環保標準缺失、進口產品價格高,國產產品尚需改進等不足。總之,這些都需要大家深入研究。我現在的認識是,選取那種方式,一定要因地制宜,具體項目具體處理。在選擇固定式時,工藝裝備布置越簡單越好,給后期留有充分的空間和余地。目前的建筑垃圾是這樣,過些年,又可能有變化。
    五、 加強建筑垃圾資源化技術基礎和貢獻的研究
    由于建筑垃圾資源化在我國還是一個新的事物,有很多基礎性的事情有待研究。比如,建筑垃圾的稱謂,目前主要有2類,一是原稱,二是建筑廢棄物,各有各的道理,強調它的環境屬性為第一種稱謂,第二種稱謂多為強調它的資源屬性,減少社會誤解。我以為,如為資源化,叫建筑棄物更好,沒有廢之說。日本叫建筑垃圾為建筑副產物、德國叫含礦物材料,丹麥稱建筑是建材的銀行,都為突出其循環利用的功能。我國到底如何叫,大家去研究,但無論如何叫只應有一個名稱,便于統一和長遠發展。還有,我們的標準體系研究建設。生活垃圾有標準130項左右,建筑垃圾才十幾項,連基本術語都沒有,設計、拆除、資源化生產等方面的標準都欠缺。此外,通過建筑垃圾資源化究竟能起到多大的節能減排貢獻?建筑垃圾運距控制多少才能減少二氧化碳的排放?國外這方面研究得較多,而國內這方面研究還很少,只有用數據說話,才能得到全社會的理解、支持與投入。
    六、 對現有技術的認識
    再生混凝土制品技術,主要以磚骨料為主,產品有再生普通磚、裝飾磚、透水磚、再生廣場磚、再生路沿石、再生擋土砌塊、再生護坡砌塊、再生連鎖砌塊等,是目前主要產品,應用普遍。存在的問題,消耗建筑垃圾量小,附加值不高,中小企業偏多。
    再生混凝土技術,對骨料的來源有限制,以廢混凝土骨料為主。在再生骨料品質、摻合料對再生混凝土性能的影響、配合比設計、外加劑適用性、高性能再生混凝土等多方面開展了的研究,實驗室和理論研究成果較多。但由于實際骨料的現狀和對其品質的擔心、攪拌站的技術及生產水平限制,實際摻加應用比例并不高。大規模的再生混凝土生產與應用實踐尚未展開,目前正編制的兩部技術規范《再生混凝土結構技術規程》、《再生混合混凝土組合結構技術規程》的實施,將對再生混凝土技術有推動作用。
    再生砂漿技術,對骨料沒有限制,用再生砂適量替代天然砂可以改善骨料的級配,再生細粉可以起到填充作用,高的吸水能力利于水泥的水化和強度的持續發展,較多孔隙不僅降低砂漿自重,對砂漿的保溫隔熱能力有所提高,稠而不粘的特性易于施工,又不存在安全顧慮,因此,再生砂漿近幾年發展較快,易于接受與推廣。
    利用再生粉體制備水泥技術,一是用15%左右的建筑垃圾再生粉體用作水泥摻和料,二是將建筑垃圾取代粘土用作生產水泥的原料,研究和實踐的效果都證明熱耗低,質量穩定,且生產工藝不需要改動等,但由于地域和原料的限制,推廣面較窄。所謂再生微粉可直接替代水泥只是一種理想,要經過低溫煅燒才有可能。用再生微粉替代粉煤灰研究尚需大規模工程實踐檢驗。
    道路用建筑垃圾再生料技術,根據再生骨料的性質可用作城市道路和高等級公路的基層、底基層、路床和附屬設施制品等,使用率從30%-100%,使用量大,技術成熟,
    再生骨料滲蓄材料技術,由于再生磚骨料比天然石料有著高吸水、儲水能力和相同的透水能力,應用在海綿城市建設中有著廣闊的前景。
    再生骨料在水環境治理工程中的開始有了少量的應用研究與實踐,可提高再生骨料附加值。
    其它如利用建筑垃圾中的黏土燒結制品技術、利用棄土制CLSM(又稱混泥土)技術等,因為現有政策的限制或其它原因,都處于討論和研究階段。
    七、 其他需要研究的技術
    除前面筆者提到的需要發展的技術外,還有分選裝備的制造與應用技術、移動式資源化裝備制造技術、高質量、高附加值再生制品的提升技術、適宜再生骨料特點的再利用技術、棄土利用技術、泥漿利用技術、利用大數據互聯網+進行建筑垃圾管理和資源化生產控制技術等。
    我國的建筑垃圾每年的產生量是世界其它國家無法比擬的,且在近期內還會增長或持續一段時間。因此,研究建筑垃圾資源化技術即是時代的需要,也同時給廣大科技工作者和致力于建筑垃圾資源化行業的同志提供了一個難得的機遇和廣闊的創新舞臺,大有可為。只要我們認識到位,行動到位,我們就一定能取得他人無法取得的成就,給子孫后代造福,為實現偉大的中國夢做出貢獻。
    (注:原文標題“對我國建筑垃圾資源化利用技術的認識與希望”)
(作者:陳家瓏 編輯:admin)
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