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研究|建筑废弃混凝土回收再利用技术现状与展望

北极星环保网  来源:同济混凝土外加剂  作者:孙振平教授课题组  2017/11/14 9:35:23  我要投稿  

北极星环保网讯:1 引言:建筑垃圾又称建筑废弃物,是建筑物(构筑物)拆除、建设、装修和修缮过程中产生的废弃物,包括废混凝土、废砖石、废砌块、渣土,以及废玻璃、废塑料、废木材和废金属等[1]。

随着我国经济的快速发展,城市化进程不断加快,建筑行业在我国得到突飞猛进的发展,与此同时,产生的建筑垃圾量也屡创纪录。而当前对建筑垃圾的处理方式主要是简单地进行填埋,这给生态环境造成了极大的负担。废弃混凝土作为建筑垃圾的主要组成部分,对其进行回收处理及合理利用,不仅能使有限的自然资源得以循环利用,还可以解决填埋处理所带来的环境污染问题,对实现建材行业的节能减排、可持续发展具有重要意义[2]。

本文简要介绍我国建筑废弃物的产生量及资源化利用所存在的问题,就废弃混凝土回收利用方式及如何加快建筑垃圾资源化利用的措施进行了详细讨论,并进行了展望,希望为加快建筑垃圾特别是废弃混凝土的资源化利用提供一定参考价值。

2 我国建筑垃圾的现状

我国正处于经济建设高速发展时期,每年不可避免地产生数亿吨建筑垃圾。截至2011年,我国城市固体生活垃圾存量已达70亿吨,而建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%-40%,可推算建筑垃圾总量为21亿至28亿吨。每年新产生建筑垃圾超过3亿吨,若采取简单的堆放方式处理,对其处理都将占1.5亿至2亿平方米用地。如果不及时处理和利用,必将给社会和环境带来不利影响。根据中华研普行业调研报告对国内建筑垃圾产生量的预测(图1),2015年至2020年建筑垃圾产生量逐年增长,到2020年时将达到39.66亿吨[3]。


图1 2015-2020年建筑垃圾产生量预测

作为混凝土生产大国,中国的混凝土年产量占世界年总产量的45%。目前中国废弃混凝土年产生量为1-2亿t,预计到2020 年将产生20亿t的废弃混凝土[4-6]。然而,根据2014年度的《中国建筑垃圾资源化产业发展报告》,我国建筑废弃物的回收利用率仅为5%左右,绝大多废弃混凝土被直接填埋甚至非法倾倒,这与发达国家的高回收利用率相比差距巨大(图2)。


图2 各国建筑废弃物的产生及处置状况[7]

3 我国废弃混凝土资源化处理存在的问题

基于我国对废弃混凝土再利用的科学研究尚处于起步和试验阶段,在很多核心技术及政策制度上,与国外发达国家相比,还有非常大的差距,主要可以概括以下几点。

(1)建筑垃圾的处置处于简单和无序化状态。部分城市建设中的设计、施工与拆除等行为仍采用传统的粗放型生产方式,造成大量建筑垃圾的产生。且对建筑垃圾的分类、回收和消纳缺乏管理,导致建筑垃圾被随意处置或简单填埋。

(2)建筑垃圾的回收和资源化利用在市场条件下难以自发形成产业链。政府和法律并未规定建筑垃圾排放者具有强制回收或处理建筑垃圾的义务,因此生产者往往将建筑垃圾任意填埋或倾倒,使得建筑垃圾处理企业缺乏生产原材料,制约了建筑垃圾资源化利用。

(3)再生混凝土的耐久性较差,使其难以推向市场。国内尚未对再生混凝土的应用制定统一的规范,且目前再生混凝土的生产成本较普通混凝土高,加之人们对再生混凝土的耐久性认知较浅,致使再生混凝土在实际结构工程中的推广应用步伐缓慢[8]。

4 目前废弃混凝土的主要回收再利用方式

废弃混凝土作为建筑垃圾的重要组成部分,约占其组成的30%-50%左右,对其进行资源化利用,对解决填埋处理带来的环境污染、资源浪费问题具有重要意义。目前废弃混凝土在建材领域的利用主要有生产再生水泥、生产再生混凝土、生产再生砖和砌块,以及作为基础和道路垫层等几个方面。

4.1 生产再生水泥

(1)用作再生水泥原料

废弃混凝土中含有的部分钙质原料和硅质原料及硬化的水泥浆体在高温下脱水形成氧化钙、氧化硅和氧化铁等氧化物,都是制造水泥所必需的氧化物。万惠文等[9]在实验室利用部分废弃混凝土作钙质原料取代60%石灰石,煅烧出强度可达到47.4MPa的水泥熟料。但随着废弃混凝土替代比例的提高,生产的水泥熟料质量变差。这主要是因为未分离出废弃混凝土中的河砂含有活性特别差的SiO2(大多是结晶的SiO2),导致生料既难磨又难烧,熟料的f-CaO含量增加,质量变差。袁启涛等[10]将废弃混凝土破碎、分离得到的以石灰石为主的废弃混凝土颗粒作为钙质原料,取代天然石灰石,煅烧出的水泥熟料与市售水泥熟料无明显的差异,只是C3S的含量相对较少,其3d抗压强度较低,28d强度与市售的P˙O42.5水泥相差不大。

(2)用作再生水泥混合材

混凝土原材料中的砂浆约占混凝土总量的25%,其中砂浆中又包括细集料、水泥、辅助胶凝材料、水化产物和未水化水泥(辅助胶凝材料)颗粒等。在低水胶比的高强度等级废弃混凝土中,未水化水泥的量甚至达到水泥用量的30%以上,这部分未水化水泥在混凝土中仅充当微集料,没有发挥其水化活性,如果这些未水化的水泥和辅助性胶凝材料与水充分接触,可以继续进行水化反应,发挥胶凝作用。因此,废弃混凝土中的砂浆经处理和磨细后,可以作为水泥的混合材和混凝土的掺合料使用。田芳等[11-12]掺加10%废弃混凝土磨细粉(作为混合材)生产出了42.5级水泥,掺加20%废弃混凝土磨细粉(作为混合材)生产出了32.5级水泥。他们指出,硅酸盐类激发剂对废弃混凝土磨细粉有较好的激发效果,其中Na2SiO3激发剂的合适掺量为1%左右;NaOH激发剂的激发效果不明显;随着废弃混凝土磨细粉掺量的增加,水泥的胶砂强度降低。

延伸阅读:

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