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长沙市废弃混凝土处理及回收利用现状分析与研究展望

0 引言

城镇化进程的不断加快和老城区的拆迁改造工程产生大量的建筑垃圾。建筑废弃物组份复杂,废弃混凝土的占比例巨大,是建筑废弃物的重要组成部分[1]。全世界每年生产混凝土约为28亿,我国约为13~14亿[2],同时废弃混凝土量也迅速增大,预计我国废弃混凝土量在2020年将达到6.38亿吨,并以每年8%的速度增长[3]

按传统方法,废弃混凝土大多采用露天堆放或填埋的方式处理,造成资源无法得到有效的二次利用[4],还占用大量土地,引发大气污染和地下水污染等次生灾害。而发达国家大多实行源头削减策略,在建筑垃圾形成前,通过科学管理和有效控制将其减量,并使之成为再生资源。欧盟国家的建筑垃圾资源化率超过90%,韩国达到97%以上,日本的废弃混凝土资源化利用率更是达到了98%[5]。我国在《十二五资源综合利用指导意见》中提出了2015全国大中城市建筑废物利用率达到30%”的目标,但根据2014 年度《中国建筑垃圾资源化产业发展报告》的调查研究,我国建筑废弃物的回收利用率仅为5%左右。

本文通过走访长沙市废弃混凝土处理方面的相关政府部门、企业和社会组织,调查了解长沙市废弃混凝土处理及回收利用的现状,对废弃混凝土的产量进行估算,同时对废弃混凝土的处理方法进行了总结,探讨废弃混凝土的合理回收及利用方案。

1 长沙市建筑业现状分析

当前,长沙市大力发展城市建设,历年房屋建筑面积[6]持续稳定增长(图1.1),竣工面积[7-8]2000年到2010年呈现高速增长,在2010年后每年都在1600万㎡上下波动(图1.2)。从2014年棚户区改造到2015年国务院批复同意设立湘江新区后,城市建设速度进一步加快。建筑垃圾已占现有垃圾总量的30-40%。长沙市从2015年起开展了史上最大规模拆违控违行动,按照一年基本拆除、两年基本清零的总体目标,长沙市中心城区周边共有近2000万平方米违法建筑需要依法实施片区拆除,预计将产生拆违章建筑垃圾1000万吨[9]

2 废弃混凝土来源及处置措施

2.1 施工过程产生的废弃混凝土

建筑施工过程中产生的建筑垃圾各组分相对含量[10]如表2.1所示。建筑施工过程产生的废弃混凝土主要分为生产过程中产生的废弃混凝土和桩头破截产生的混凝土两大类。

每生产100m3的混凝土,将产生11.5m3的废弃混凝土[11]。对于此类废弃混凝土,一般降低等级直接回收利用[12],或采用水洗法清除混凝土中的水泥,回收砂石骨料。高层建筑中每个基础桩头破截产生的废弃混凝土约为1m³。桩基础注浆所采用的混凝土强度要求较高,回收利用桩头破截产生的废弃混凝土,将得到大量的优质骨料。但为了施工方便和满足后期回填土体的需要,这部分废弃混凝土被简单清理后,最终作为回填物就地填埋。

2.1.1建筑施工过程中产生的废弃混凝土估计量

2.1.1.1面积估算法

每竣工1万㎡建筑将产生550吨废弃混凝土[13],结合长沙市历年建筑竣工面积[7-8],估算得出2009-2015年间长沙市建筑施工产生的废弃混凝土量,如表2.2所示。

2.1.1.2分类系统积累法

施工过程中产生的废弃混凝土占工程材料的1%4%[13]。根据长沙市20142015年商品混凝土产量[14],估算出20142015年施工过程中产生的废弃混凝土量,如表2.3所示。

2.3 拆迁过程产生的废弃混凝土

建筑物拆迁产生的废弃物组分复杂,含量相差较大[10],如表2.4建筑物拆除垃圾组成所示。

通过旧建筑物拆迁产物[11](如表2.5)的分析,假定被拆除建筑中混凝土结构和砖混结构各占50%,根据长沙市《关于全面加快棚户区改造工作的意见》中的目标任务[16],估计2014-2017年长沙市拆迁过程中产生的废弃混凝土如表2.6所示。

除建筑拆迁外,道路桥梁的拆迁改建也会产生大量的废弃混凝土。根据长沙市交通运输十三五发展目标,预计建设高速公路127.3公里,新建和改建干线公路1232公里,建设农村公路6111公里,到2020年,高速公路通车总里程力争达到800公里,基本建成一环七射六纵高速公路网[17]。高速发展的城市交通建设工程带来的废弃混凝土需要得到妥善处理。

肖建庄等人根据循环经济理论, 从区域层面上按照工业生态学的原理, 提出建立城市再生集料生产厂与其他企业间以废弃混凝土资源化利用为特点的生态产业链[18],如图3.1所示。长沙市现有湖南省建工环保公司、云中再生科技股份有限公司等企业从事废弃混凝土的资源化利用,并研发出再生混凝土砌块、水稳等再生产品。

3.1再生骨料生产工艺流程

3.1.1移动式再生骨料生产线

移动式再生骨料生产设备(图3.2)主要依靠自带履带或者车轮进行转场移动,可直接入场3m³以上大型拆迁项目,配合城市拆迁进度,直接在拆迁现场进行建筑垃圾处理;还可以辐射周边一定范围内新建工程施工、工程改造等阶段性建筑垃圾的处理。

移动式再生骨料生产设备的主要生产流程如图3.3所示。生产过程中,可以根据客户的不同需求调整出料口筛网尺寸,以获得不同粒径大小的骨料。

3.1.2固定式再生骨料生产线

固定式再生骨料生产线生产流程如图3.4所示。与移动式相比,固定式再生骨料生产线的产能更高,经过磁选、水洗和风选等步骤后除杂效果更好,并进一步细分了骨料粒径。固定式再生骨料生产线设计产能约为200/小时,日处理废弃混凝土可达2000吨。

3.2 废弃混凝土资源化再生产品

3.2.1 再生填料

再生骨料按照一定的级配可作路基材料,用做路面垫层、再生级配碎石底基层与基层;或直接作为道路过渡层、市政管网沟渠和运动场地的填充料;同时还可利用再生细骨料配置砂浆,或者配置低强度的普通混凝土用于基础垫层。

再生填料是再生骨料最普遍、最直接的利用方式,也是长沙市最主要的利用方式。目前长沙市生产的再生骨料40%以上作为再生填料用于道路回填,销售价格约为40/吨。

3.2.2 再生水稳层

利用再生骨料可以部分或全部取代天然骨料生产水泥稳定级配碎石和铺筑路面基层。湖南省云中再生科技股份有限公司(图3.6)在再生水稳层的研究和推广方面取得很大进展,现已开发出水稳保水剂、水稳增强剂等外加剂,解决了骨料吸水性和强度问题,水稳强度达到5MPa,满足《公路路面基层施工技术细则》(JTGF20-2015)中对水稳层强度的要求,可用于多种等级道路。

3.2.3 再生沥青混凝土

Sumeda Paranavithana等人的研究表明,利用再生骨料制备的沥青混凝土,堆积密度、骨料空隙率、粘合剂的空隙填充率以及膜厚度等均低于传统沥青混凝土。云中科技投身于废弃沥青的资源化利用,将再生沥青与再生骨料结合,通过添加再生剂提高混合料的性能,用部分取代的方式生产的再生沥青混凝土符合相关行业标准,并运用于工程实践中。

3.2.4 再生混凝土砌块

再生砌块是再生骨料的重要产品,附加值高,满足砌体使用要求,受剪性能与普通混凝土砌块砌体相近,保温隔热性能更优。湖南建工环保有限公司引进自动砖块成型机,以废弃混凝土再生骨料为原料,配合水泥及炉渣钢渣等多种工业废料,生产出各种内外墙砖、路面砖等高品质再生混凝土砌块。

4 讨论与分析

4.1消纳处理费用高

长沙市现有建筑垃圾消纳场多为私人经营,消纳费较高,约为30/m³。根据长沙市渣土行业协会所做的一份调查报告显示,在废弃混凝土等渣土处理过程中,处理费只占成本的3.6%,消纳费占成本22.8%。以渣土车满载20m³计算,每车废弃混凝土需支付2500元左右的消纳费。高昂的费用使得一些单位违规将建筑垃圾运往黑填埋场进行填埋或者随意倾倒,极大地污染了环境。

4.2 监管系统有待完善

我国近年来才逐步重视废弃混凝土的回收利用,对其形成的产业链尚未能实行有效的监管。缺乏监管的产业链在市场行为控制下,管理比较混乱,衍生出许多环境问题和社会问题。长沙市城管局下属的渣土管理处负责长沙市废弃混凝土的管理,将废弃混凝土归为渣土类,并没有将其从建筑废弃物中区分开。同时,各类建筑物施工、拆除产生的废弃混凝土量缺乏统计数据,对各种处理方式所占比例和资源化利用程度难以做出准确判断,政府、企业、高校和科研机构等在进行废弃混凝土资源化研究时缺乏可靠性依据。

4.3再生骨料缺少强化

再生骨料具有孔隙率较高、吸水性强和强度较低等特点,性能明显劣于天然骨料,限制了再生骨料的可利用途径。史才军等人对再生骨料混凝土的性能进行了多项研究;李文贵等人提出再生骨料颗粒整形强化法,有效的提高了再生骨料的性能。通过化学强化法和物理强化法对再生骨料进行强化后,可降低再生骨料的空隙率和吸水率,并提高其抗压强度、抗折强度以及坚固性等性能。长沙市废弃混凝土处置企业未对骨料进行强化,再生骨料一般直接使用。

4.4 缺乏明确的行业标准和法规

除《混凝土用再生粗骨料》、《混凝土和砂浆再生细骨料》、《碎砖瓦建筑垃圾再生砌墙砖》等行业标准外,仍缺乏相关的法律以及统一的设计规程和验收标准,对于违规处置建筑垃圾的单位也没有明确的惩处制度。建筑废弃物处置企业创办申请所需材料和相关政策不明确,福利政策落实不到位,使得很多企业望而却步,不利于市场潜力的激发。

4.5 公众对建筑废弃物资源化利用的矛盾心理

建筑废弃物资源化的重要性和必要性被越来越多的民众认同。但受传统观念的影响,很多人认为老旧的东西都是不好的,对再生产品及其衍生产品存在排斥心理。由于国内城市房价普遍较高,这种排斥心理在建筑材料方面表现得尤为明显,出现了民众支持建筑废弃物资源化利用,却拒绝购买和使用再生产品的矛盾现象。

5结论

5.1 完善相应的法律法规和行业标准

完善的法律法规和行业标准才能更好地引导、推动废弃混凝土的资源化产业的发展。在政府和行业协会倡导下,组织相关企业、高校和研究机构,借鉴国内外先进经验,结合长沙市的具体情况,在《长沙市建筑垃圾资源化利用管理办法》的基础上修订、完善废弃混凝土回收和资源化利用的法规和行业标准,以便对废弃混凝土资源化研究、生产和管理进行指导。

5.2 建立行业的有效监管体系

废弃混凝土回收利用产业是以企业为行为主体,政府支持为辅,以保护环境,节约资源为目的,以先进的技术、设备为支撑,对废弃混凝土进行综合加工使其成为可再利用的产品的行业。构建由建设主管部门统筹组织,多部门协调,联合管理,共同参与废弃混凝土资源化利用的监管工作,健全废弃混凝土的全量申报管理机制并加强对运输企业收运行为的监管,推行“卸点付费”机制,防止层层转包造成非法倾倒

5.3 促进生产实践和技术研究的融合

通过企业与高校、科研机构的合作,从企业生产和工程项目的实际出发,将资金和科研成果相结合,发挥各自的优势,推动废弃混凝土资源化利用的技术研究,创新技术体系,最后运用到企业生产和工程项目当中。生产实践和技术研究的融合,进一步整合企业、高校和科研机构的优质资源,有效地降低企业成本,提高废弃混凝土资源化利用水平,有力的推动废弃混凝土资源化产业的发展进程。

5.4 推广再生产品在工程中的使用

市政工程建设需要消耗大量的路基填料、路沿石、人行道板砖等建筑材料。政府投资的城市道路、河道、公园、广场等市政工程和建筑工程等应优先使用再生产品,并进一步做好相应的宣传,让民众逐步接触资源化再生产品,进而接受建筑废弃物再生产品。绿色建筑以及申报相关建筑工程奖项的建设工程项目,在保证性能的前提下,可设置废弃混凝土再生建材及同类材料使用率最低限值,增加社会投资项目对建筑废弃物再生产品的利用,提高资源化再生产品的使用率。

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