【建筑固废】建筑垃圾资源化技术:现状与展望

基业长青2019-03-13 13:40:05



目前我国建筑垃圾产量逐年上升,建筑垃圾数量占到城市垃圾总量的30%-40%。建筑垃圾的随意堆放与填埋,不仅严重影响市容环境、侵占土地,还造成土壤、大气和水体的污染。建筑垃圾资源化利用是解决建筑垃圾围城问题、实现可持续发展的关键所在。当前,我国建筑垃圾资源化产业还处于初级阶段,相比国外的成熟技术还有比较大的差距。建筑垃圾资源化利用产业的转型升级与相关技术的革新,将推动建筑垃圾从粗放式处理到绿色智能化处理的转变,促进循环经济、实现绿色发展。本文介绍了近年来国外建筑垃圾资源化技术,结合我国建筑垃圾资源化利用的现状,提出了对未来建筑垃圾资源化利用的展望。



国外建筑垃圾资源化技术


建筑垃圾减量化


国外非常重视建筑垃圾的减量化,从设计和施工阶段就开始考虑如何减少建筑垃圾的产生量和排放量。在建筑物拆除阶段运用创新方法,尽可能提高建筑垃圾的利用率。


英国皇家建筑师协会指出,减少建筑材料消耗和建筑垃圾的产生,最好时机是在整个建造过程的最开始阶段,所以促使设计者在设计过程中考虑减少建筑垃圾的产生具有重要意义。


国外的土木工程师已将资源循环的理念融合到房屋结构设计中,设计出可循环结构体系——全装配式抗震体系,以保证在地震过后,结构构件仍然能够很好地循环利用。新西兰结构工程专家Priesley教授提出的墙体摇摆抗震技术(图1):墙体预留孔洞,预应力钢绞线穿过孔洞,将墙体与基础相连,墙体与基础本身不现浇连接。在地震作用下,墙体将形成摇摆系统,地震结束时,摇摆系统将回到原点。与普通现浇钢筋混凝土结构相比,破坏程度大幅降低,稍加修复即可继续利用,这样就减少了建筑垃圾的产生。


在日本,建筑垃圾称为“建筑副产品”,政府明确要求建筑师在设计时要考虑到建筑在50年或100年后拆除的回收效率,建造者在建造时要采用可回收的建筑材料和方法,做到建造零排放。


新加坡的设计师在建筑结构设计时,考虑到日后建筑物拆除,在特殊位置预留改造空间和接口,最大限度地减少了建筑垃圾。


另外,发达国家还利用“选择性拆除”技术实现智能化拆除,在建筑物拆除的过程中按照建筑物的设计结构进行拆除,拆除过程中尽量不破坏建材,产生洁净的混凝土骨料。


图1 墙体摇摆系统


 建筑垃圾源头分类


建筑垃圾若是从产生源头就开始精细化分类收集,可以大大提高其资源化再利用的效率,降低处理成本,国外的建筑垃圾分类管理制度已经非常完善。在德国的施工现场和拆除现场可以看到专门用来存放建筑垃圾的收集箱(图2)。政府规定,只要有建筑垃圾产生,就必须分类堆放、收集,按木材、金属、废砖(混凝土)、土、塑料制品等分别堆放在收集箱内,然后统一运输回收。


图2 德国建筑垃圾分类收集箱


建筑垃圾的分选


建筑垃圾回收利用的过程中,分选是关键技术之一。建筑垃圾的组分很多,即使做到分类收集,也需要进一步分离建筑垃圾各组分,以得到纯度更高的物料。


荷兰是世界上建筑废弃物回收利用率最高的国家之一,有着高超的建筑垃圾资源化技术。荷兰BUSSCHERS公司生产的建筑及装修垃圾分拣设备通过三维分拣鼓筛和特色风选机,实现了建筑垃圾的立体式分选。三维分拣鼓筛的滚筒构造(图3)提高了分选线的适用性和分级的纯度。特色风选机(图4)采用真空技术,在有效吸走轻质材料的同时,减少了粉尘的排放。以这些设备为基础构建的建筑拆除及装修垃圾分选生产线(图5),单线处理能力可达每小时45-75吨。


图3 三维分拣鼓筛


图4 特色风选机


图5 移动式建筑垃圾破碎分筛设备


建筑垃圾的破碎、筛分


建筑垃圾要实现资源化,必须经过破碎和筛分。发达国家破碎和筛分建筑垃圾使用的机械设备科技含量很高,具有卓越的工业设计和生产加工工艺,从而保证了破碎筛分后得到的再生骨料有较高品质。


德国移动式建筑垃圾破碎、分筛处理设备的主要特点是“多功能、智能化”,KLEEMANN公司生产的多功能移动式设备,针对不同的建筑垃圾原料实现了一体化协同工作和智能控制,多个单独部件的组合使用,大大提高了建筑垃圾处理的效率。


荷兰Schenk公司研发的设备智能破碎设备,可以根据砂、碎石和硬化水泥抗压强度的不同,设计相应的输出应力,将废弃混凝土破碎和碾磨,达到用户需要的粒径,并分离出高纯度的砂、碎石和硬化水泥。


美国破碎机械工业有限公司(Screen Machine Industries)生产的建筑垃圾处理设备采用超高强耐磨钢材(一般用于航母潜艇),所以设备更加耐用且质量更轻,便于移动处理。该公司发明的“破碎机卡料清除系统”,该系统可控制破碎机盖的抬升。由于开口高度增大,大部分堵塞物料将被移开,避免了因为给料量过多而产生的物料堵塞,降低了垃圾处理设备的故障率。保障安全生产的同时,提高了破碎效率。


再生骨料的处理


对再生骨料的处理,其主要目的是提高再生骨料的纯度,从而提高相关再生建筑材料的品质。


荷兰的再生建材企业在骨料生产线上通过激光光谱分析,有效检测出骨料质量。 通过“质量控制传感器技术”分析再生骨料中其中各种物质的含量,各种杂质的种类,对再生骨料的生产进行在线控制和动态调整。


日本利用先进的技术提高骨料的质量,本文主要介绍三种。1、热处理技术:混凝土块体可能包裹水泥等杂质,利用传统的破碎技术可能很难完全将其分离。实验研究表明,在高温下,水泥比混凝土更容易碎裂。将混凝土颗粒在 300℃温度下进行热处理,水泥部分会发生脱水和脆弱化。在特殊机械作用下使这些废料相互摩擦,将骨料周围的水泥除去,得到洁净的混凝土再生骨料。2、旋转推进磨碎装置:混凝土块通过螺旋式的机械装置,互相的摩擦,从投入口到排出口的过程中,除去表面杂质。这项技术有效降低了再生骨料吸水率。3、偏心回转粉碎机:将5-40mm粒径的破碎混凝土块放入偏心回转粉碎机内筒和外筒的间隙内。通过偏心回转产生激振力,使得混凝土块之间的相互摩擦,从而将粗骨料和灰浆分离出来。


再生建筑材料的应用


国外建筑垃圾再生骨料的应用范围非常广泛,对于再生建筑材料一般分级利用,不仅可用在路基材料,以再生骨料为原料生产再生混凝土、再生砖、再生砌块等产品质量也可以与天然砂石料生产的建筑材料媲美。


德国建立了关于再资源化产品质量的标准及标志(RAL),只有符合该质量标准,成功通过相应政府部门质量验证后, 授予合格的再资源化产品标志后,该产品才能再利用。


法国利用破碎混凝土和砖块生产出砖石混凝土砌块,完全符合有关规范要求,可以代替普通砌块在建筑结构中使用。


我国建筑垃圾资源化现状


建筑垃圾现状


改革开放以来,特别是近10年来我国进入工程建设高峰期,每年产生的建筑垃圾超过20亿吨,并且呈逐年上升的趋势。


我国已有一些科研单位和建设单位进行了建筑垃圾资源化再利用的工作,并且取得了一定的成效。在北京、上海、天津等地已经实现了建筑垃圾再生建筑材料的工程应用。


存在的问题


1、没有统一的分类制度。绝大部分建筑垃圾被直接杂乱地堆放在工地现场。

2、利用率低。我国建筑垃圾资源化利用率不足5%,大部分都未经处理直接填埋。

3、破碎、分筛等机械设备科技含量低,维护和操作不够智能,故障率高。生产能力不足,生产的再生骨料的外观、质量也没有保证。由于物料对设备的磨损过大、物料的堵塞等问题,机械设备不耐用,容易发生故障。

4、产品种类较少,产品质量不稳定。再生骨料品质难以保证,限制了再生建筑材料的应用范围。大部分还是经过简单破碎处理,只能用于路基建设或是回填工程。

5、产业化程度低。我国建筑垃圾资源化产业规模较小,建筑垃圾的产生、运输、资源化处理、工程应用等各个环节还没用联动发展,建筑垃圾资源化产业链还未形成。


我国建筑垃圾资源化利用的展望


借鉴国外的先进经验,未来我国建筑垃圾资源化利用的发展应该做到以下几点。


加强源头控制


“减量化”应该与“资源化”同步,从源头控制是控制建筑垃圾产生的关键。倡导以绿色设计、绿色施工为基础的“绿色建筑”:在设计阶段结合新技术进行源头减量,推广预制构件,以减少现场施工带来的建筑垃圾。摒弃粗暴式拆除方法,创新建筑的拆除方式。另外,我国需要制定相关制度规范,建立完善的建筑垃圾分类制度。


推动技术革新


推动建筑垃圾资源化再利用的技术研究和创新,研发建筑垃圾的高效处理工艺和设备,研发以建筑垃圾为原材料的建筑材料的制备工艺和设备;机械设备应该掌握核心技术。


提升产品质量


创新生产技术,提高建筑垃圾再生制品原料的品质,提高再生建筑材料的市场竞争力。完善再生建筑材料标准体系建设,形成统一的质量保证体系。


促进产业融合


建筑垃圾资源化产业需要和住宅产业化、建筑工业化、装配式建筑融合。在设计、施工方面考虑将来材料的拆除和资源再利用,不仅要考虑装配式建筑如何方便安装,也要考虑将来如何拆除,如何尽可能利于资源回收利用。


拓宽应用范围


要结合我国工程建设的发展方向,拓宽建筑垃圾再生建筑材料的应用范围。例如和“海绵城市” 建设结合,进行相关研究,将建筑垃圾应用于透水、蓄水材料的生产;和“装配式建筑”设结合,考虑再生建筑材料在建筑预制构件中的应用。


结语


纵观国外建筑垃圾资源化整个过程,可以发现每个环节都有较高的技术含量。我国建筑垃圾资源化技术还处于起步阶段,还存在不少问题,与经济建设的快速发展不相适应。发展建筑垃圾资源化技术,一方面,有利于资源节约与环境保护;另一方面,可以拉动我国循环经济,使生态环境保护与经济发展相协调。我国应该借鉴国外先进的经验,结合国情,创新与发展建筑垃圾资源化技术,促进建筑垃圾资源化产业的转型升级,推动我国工程建设的绿色发展。



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