建筑廢棄混凝土再生利用的分析與研究

摘　要：目前我國建筑垃圾已占到城市垃圾總量的30～40%，北京市2001年的建筑垃圾為2500萬立方米以上，其中很大一部分是舊房拆除過程中所產(chǎn)生的廢舊混凝土構(gòu)件和塊體。傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方法將占用大量耕地，造成一定的環(huán)境污染，如何合理處理這部分建筑垃圾成為擺在我們面前的一個(gè)重要課題。本文根據(jù)大量國內(nèi)外調(diào)查資料和研究分析，從材料、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面論述了生產(chǎn)再生混凝土和在建筑工程中應(yīng)用再生混凝土的可行性，給出了再生混凝土生產(chǎn)的技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)建筑垃圾的處理具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 廢棄混凝土；再生混凝土；分析研究

    隨著城市公用與民用建筑及市政設(shè)施的更新、改造和建設(shè)，在建設(shè)過程中，大量舊建筑物被拆除，從而產(chǎn)生大量的建筑垃圾，目前我國建筑垃圾數(shù)量已占到城市垃圾總量的30～40%。根據(jù)有關(guān)資料，經(jīng)過磚混結(jié)構(gòu)、全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)等建筑的施工材料損耗的粗略估計(jì)，每萬平方米建筑的施工過程中，僅建筑廢渣就會(huì)產(chǎn)生500～600噸，若據(jù)此測(cè)算，我國每年僅施工建設(shè)所產(chǎn)生和排出的建筑廢渣就有4000萬噸。建筑垃圾中含有大量的硬質(zhì)無機(jī)成分，如廢磚、廢瓦和廢混凝土，歐共體廢棄混凝土的排放量從1980 年的5500萬噸增加到目前的16200萬噸，而廢磚的排放量基本穩(wěn)定在每年5200 萬噸，顯然，廢棄混凝土的排放量隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高在穩(wěn)步增長，我國的狀況也是如此。因此，在建筑廢棄物回收再利用當(dāng)中，解決占絕大多數(shù)的廢棄混凝土是至關(guān)重要的?，F(xiàn)在處理廢棄混凝土的辦法：一是運(yùn)往郊外掩埋，占用和侵吞大量農(nóng)業(yè)耕地；二是運(yùn)往河道傾倒，影響汛期行洪，這些都帶來了一定的不利影響。另外，清運(yùn)廢棄混凝土還要支付一定的運(yùn)輸費(fèi)用，占用耕地也要支付垃圾處理費(fèi)用。如果能將這些廢舊混凝土沖洗破碎，加工成廢混凝土骨料(WasteConcrete Aggregate) ，簡稱WCA ，用它代替砂石料拌制混凝土，作為建筑建材業(yè)的原料用到新的建筑工程上，或者用于墻體材料和預(yù)制構(gòu)件，進(jìn)行資源再利用，就能從根本上解決廢舊混凝土的處理問題。目前，我國政府制定的中長期科技興國和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略也鼓勵(lì)廢棄物的研究和利用，可見，建筑廢棄物的再生利用將帶來顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)中心城市的可持續(xù)發(fā)展具有一定的戰(zhàn)略意義。

1 　再生混凝土的技術(shù)基礎(chǔ)

    由于我國對(duì)建筑廢棄物的開發(fā)利用尚屬研究階段，因此可從實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)再生混凝土的技術(shù)性能。

1. 1 　原材料

    結(jié)合實(shí)際工程中混凝土材料的具體情況，再生混凝土的原材料采用：

    水泥：425# 普通硅酸鹽水泥

    細(xì)集料：細(xì)度模數(shù)為2. 2 的河砂

    粗骨料：原強(qiáng)度在C20～C25 的廢棄混凝土

    骨料的性質(zhì)如表1 所示。

    由于使用再生骨料，混凝土的吸水率比天然骨料混凝土要大的多(見表1) ，這主要是再生骨料中水泥砂漿含量較高所致。因此在實(shí)際制備再生混凝土?xí)r，必須注意再生骨料的高吸水率問題，否則會(huì)影響再生骨料混凝土的生產(chǎn)、使用和物理力學(xué)性質(zhì)。一方面可通過增加用水量或摻加減水劑解決這一問題；另一方面可對(duì)粉碎后的廢混凝土進(jìn)一步進(jìn)行加熱和摩擦處理，使骨料相互混合摩擦，骨料及骨料外圍粘連的水泥組分變成粉末完全分離，降低再生骨料的吸水率。

1. 2 　配合比設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)為8 個(gè)配合比，如表2 所示，其中配合比W0 (基準(zhǔn)配合比) 、W50 、W100是研究C20 普通碎石混凝土在摻入不同量WCA 情況下，混凝土和易性與物理力學(xué)性能變化情況，水灰比0. 6 ，砂率取0. 35 ；H08 、H06 、H04 、H035配合比是探討水灰比變化對(duì)再生混凝土強(qiáng)度的影響，以及開發(fā)高強(qiáng)再生混凝土的可行性。在拌制H035混凝土?xí)r還摻入1 %的高效減水劑NB ；YQ 配合比是研究用引氣劑引氣后，再生混凝土絕熱性能提高情況。

    從表2 試驗(yàn)結(jié)果不難看出，再生骨料混凝土的坍落度明顯減小，甚至為零，這是不滿足施工要求的。但是適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)外加劑的用量就可以解決這一問題。在實(shí)驗(yàn)中，再生骨料混凝土顯示出優(yōu)良的保水性和粘聚性，且再生骨料混凝土的坍落度還隨水灰比的變動(dòng)而變化，這一點(diǎn)和普通混凝土是一致的。隨著WCA 摻量的增加，再生混凝土表觀密度有規(guī)律地降低，原因是WCA 的表觀密度小，這對(duì)降低建筑物自重，提高構(gòu)件跨度是有利的。

    表3 為混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓彈性模量、抗拉彈性模量都隨WCA 用量的增加而降低。水灰比對(duì)再生混凝土的強(qiáng)度與彈性模量影響較大，當(dāng)水灰比由0. 8 降到0. 4 時(shí)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度增加53. 7 % ，抗壓彈性模量增加33. 7% ，強(qiáng)度的增長率大于彈性模量。這將是開發(fā)生產(chǎn)高強(qiáng)度、低脆性混凝土的新途徑。

2 　再生混凝土開發(fā)利用的關(guān)鍵問題

2. 1 　提高混凝土強(qiáng)度的途徑

    要提高混凝土強(qiáng)度，就要從原材料配合比上考慮，一是采用高效減水劑，降低水灰比；二是采用高標(biāo)號(hào)水泥，并適當(dāng)增大水泥用量，提高水泥漿的膠結(jié)作用；三是摻用高活性超細(xì)礦物質(zhì)摻合料，縮小水泥漿中空隙，改善混凝土的工作性和耐久性；四是利用塑化劑來提高再生骨料混凝土的強(qiáng)度。

2. 2 　工程應(yīng)用問題

    從再生混凝土的抗壓強(qiáng)度上看，是完全可以滿足工程建設(shè)要求的，目前廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)中的路基、路面、路面磚和馬牙磚等工程；在建筑工程中主要用于基礎(chǔ)墊層、底板、臺(tái)子、填充墻和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等抗壓強(qiáng)度要求不是很高的部位。由于對(duì)再生混凝土的耐久性還沒有作深入的研究，因此，再生骨料混凝土還沒有被用于房屋結(jié)構(gòu)中柱、梁、板等重要部位或構(gòu)件。若采用加熱、摩擦技術(shù)生產(chǎn)的再生混凝土骨料，其質(zhì)量與天然骨料具有同樣功能，以此骨料所形成的再生混凝土完全可以用于建筑工程中梁、板、柱等重要受力構(gòu)件。

3 　工程實(shí)例

    再生混凝土在國外已成功應(yīng)用于實(shí)際工程中。在德國Lower Saxong 的一條雙層混凝土的公路工程中采用了再生骨料混凝土，該混凝土路面總厚度260mm ，底層190mm 厚混凝土采用再生混凝土；面層70mm厚混凝土采用天然集料配制的混凝土。底層再生集料的組成粒徑如下：0～2mm占30% ，2～8mm 占14% ，10～20mm 占30 % ，20～36mm 占6 % ，水泥用量350kg/m³ ，混凝土容重2310kg/m³ ，抗壓強(qiáng)度48. 9～63.9N/mm²。此后又應(yīng)用于一單層混凝土公路路面，其再生集料組成粒徑如下：0～2mm 占27 % ，2～8mm 占10% ，8～16mm占28% ，16～22mm 占35% ，水泥用量350kg/m³ ，混凝土容重2373kg/ m3 ，抗壓強(qiáng)度50. 5～54. 9N/mm² 。

4 　再生骨料混凝土的現(xiàn)實(shí)性分析

    以河南省鄭州市為例，近幾年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，市區(qū)年拆遷面積在100 萬平方米左右。隨著城市化進(jìn)程的加快，廢棄混凝土的產(chǎn)量也會(huì)逐年增加，同時(shí)商品混凝土的需求也會(huì)進(jìn)一步加大。目前該市C10 、C15 混凝土年需求量為3～4 萬立方米，C20 、C25 混凝土年需求量為7～9 萬立方米，C30 、C35 混凝土年需求量為70 萬立方米左右。因此，根據(jù)上述再生混凝土的良好性能，如果用再生混凝土取代C35 以下的商品混凝土，將會(huì)取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4. 1 　經(jīng)濟(jì)效益分析

    以年產(chǎn)40 萬立方米再生混凝土的生產(chǎn)規(guī)模為例，其投資構(gòu)成如表4 所示。根據(jù)上述研究，再生混凝土采用表5 所示配合比計(jì)算。

    根據(jù)建材市場(chǎng)調(diào)查資料，原材料的價(jià)格如下：

    水：1 元/ 噸；水泥：230 元/ 噸；砂：50 元/ 噸；碎石：30 元/ 噸；外加劑：2200 元/ 噸(平均值)

    成本及利潤估算：

    原材料費(fèi)：143元/m³ ；動(dòng)力：20元/ m³ ；工資：4 元/ m³ ；管理費(fèi)①：12.5元/m³ ；維修費(fèi)②：5 元/m³ ；不可預(yù)見費(fèi)③：5 元/m³ ；折舊費(fèi)④：15 元/ m³ ；總成本：204.5元/m³ ；預(yù)期售價(jià)⑤：250 (240) 元/m³注： ①按銷售額的5 %計(jì)， ②、③按銷售額的2 %計(jì)， ④折舊率10 % ，折舊期10 年， ⑤考慮各種市場(chǎng)因素，預(yù)期售價(jià)可設(shè)為240元/m3 。

    經(jīng)分析估算，再生混凝土年產(chǎn)值為9600萬元，年利稅可達(dá)1420萬元，其中稅金480萬元，利潤940萬元，投資利稅率為17. 67 % ，利潤率為12. 82 % ，投資回收期約為6. 7 年(不包括建設(shè)期，按稅后利潤加折舊計(jì)算) ，經(jīng)濟(jì)效益顯著。這里企業(yè)的工商統(tǒng)一稅按銷售收入的5 %提取，由于企業(yè)為利廢企業(yè)，對(duì)企業(yè)所得稅享受免稅待遇。

4. 2 　社會(huì)效益分析

    再生骨料混凝土的開發(fā)應(yīng)用將基本解決城市廢棄混凝土的處理問題，同時(shí)也極好的解決了城市固體廢棄物的污染問題。仍以河南省鄭州市為例，僅此每年將節(jié)約幾十畝耕地，并可安排數(shù)百個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，社會(huì)效益十分可觀。

4. 3 　市場(chǎng)分析

    再生混凝土與現(xiàn)階段使用的商品混凝土相比較，前者有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。首先從價(jià)格上看，C25 商品混凝土大致為266 ，而再生混凝土僅設(shè)在240 的價(jià)位上，相差十分懸殊。其次從骨料來源看，城市商品混凝土廠家所需的粗骨料主要來自附近郊縣或較遠(yuǎn)的山區(qū)等地，每噸價(jià)格在30 元左右，此外，廠家還需大筆運(yùn)費(fèi)，且骨料來源受季節(jié)限制。而再生粗骨料為廢棄混凝土，費(fèi)用近乎不計(jì)，且來源不受季節(jié)限制，唯一支付的就是廢棄混凝土的破碎費(fèi)用。又據(jù)了解，郊區(qū)農(nóng)民為得到混凝土中的鋼筋，大部分大塊混凝土已被粉碎，其實(shí)已省去部分破碎費(fèi)用。

    顯然，再生混凝土有著現(xiàn)階段商品混凝土無法比擬的優(yōu)越性，十分富有競(jìng)爭力，市場(chǎng)前景廣闊。

5 　結(jié)論及建議

    由于再生混凝土優(yōu)良的物理力學(xué)性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，目前在日本、歐美等國家已得到廣泛的應(yīng)用，我國的技術(shù)人員也進(jìn)行了一定的研究工作?？梢灶A(yù)見，隨著再生混凝土材料的實(shí)踐和研究的不斷深入，再生混凝土將成為一種常用的建筑材料，應(yīng)用于越來越多的結(jié)構(gòu)中去，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。為了推廣應(yīng)用再生混凝土，還應(yīng)采取下列措施：

    1) 結(jié)合城市規(guī)劃，廠址選在廢棄混凝土存放處附近，這樣不但節(jié)約土地，而且材料來源豐富，更便于就地取材。也可采用粉碎—攪拌一體機(jī)在房屋拆除現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)場(chǎng)回收利用廢棄混凝土，變成再生混凝土，并隨即把它用于新建工程上，這樣可進(jìn)一步降低成本。

    2) 在銷售淡季，為避免生產(chǎn)不全額進(jìn)行，可以利用部分再生混凝土生產(chǎn)水泥制品，例如路面磚、馬牙磚等再生混凝土產(chǎn)品。