地震建筑廢棄物資源化再生技術(shù)與對(duì)策研究

地震后，城市廢墟中遺留大量廢棄物，主要包括生產(chǎn)生活垃圾、建筑廢棄物、醫(yī)療垃圾以及救災(zāi)垃圾等[1]，其中眾多損毀建筑物產(chǎn)生的建筑垃圾占主要部分。2010年底，四川省將完成地震災(zāi)區(qū)廢墟垃圾的清理、回收工作[2]，如何管理和清理這一龐大的建筑廢棄物系統(tǒng)，成為災(zāi)后亟待解決的問題之一。根據(jù)國務(wù)院抗震救災(zāi)總指揮部的報(bào)告估算，“5?12”汶川大地震中損壞房屋總量為2434.3×104間、倒塌損壞房屋總量為694.5×104間，產(chǎn)生建筑廢料總量不下5×108t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國每年建筑施工所產(chǎn)生的建筑垃圾總和[3]。震后長期暴露于室外環(huán)境的建筑廢棄物對(duì)周圍環(huán)境會(huì)形成一定的危害，影響空氣質(zhì)量、污染當(dāng)?shù)厮颉⒄加棉r(nóng)田、降低土壤質(zhì)量等，因此如何科學(xué)地、及時(shí)地處理大量建筑廢棄物成為地震后的當(dāng)務(wù)之急。
1地震建筑廢棄物資源化途徑
1.1地震建筑廢棄物構(gòu)成
地震建筑廢棄物的組織成分很復(fù)雜，圖1為震后建筑廢棄物分布現(xiàn)狀，不同結(jié)構(gòu)類型的建筑物所產(chǎn)生的建筑廢棄物成分不一樣，但基本組成主要是碎石塊、廢砂漿、渣土、磚瓦碎塊、廢混凝土塊、廢瀝青塊、廢塑料、廢金屬料、廢竹木等，其具體成分如圖2所示。

圖1震后建筑廢棄物分布現(xiàn)狀

圖2建筑廢棄物的成分組成
1.2國外地震建筑廢棄物的再利用與管理
在美國、巴基斯坦等國家，地震廢置的混凝土塊和瀝青塊主要作為再生建筑骨料或道路底層鋪材；日本將建筑垃圾視為建筑副產(chǎn)品，主要作為建筑和級(jí)配骨料，也作為工程填方、土質(zhì)改良及填海造陸材料[6、7]。
為促進(jìn)建筑垃圾的再利用，如比利時(shí)、荷蘭、丹麥等歐洲國家都在本國的建筑法規(guī)中制定了建筑廢棄物回收和再生的方案，規(guī)定了使用再生材料的比例，促使建筑垃圾的回收率在80%以上[6]。日本在制定“災(zāi)后建筑垃圾管理機(jī)制”時(shí)，強(qiáng)制規(guī)定公共工程必須使用一定比例的再生材料，以提高建筑垃圾的回收利用率。日本和中國臺(tái)灣地區(qū)還建立了災(zāi)后建筑垃圾信息資訊管理系統(tǒng)，以便獲得災(zāi)后廢墟中垃圾的產(chǎn)出區(qū)域、種類、數(shù)量、交換、傳輸、流通等相關(guān)資訊[1、6～8]。
1.3震后建筑廢棄物資源化途徑
震后建筑垃圾的處理途徑目前主要有：再使用、回收利用和填埋。再使用主要針對(duì)可使用和未使用過的產(chǎn)品，包括木材、瀝青屋面、絕緣體、供暖管等，其他的如碎混凝土石塊和碎磚等作為填充材料。建筑和拆建垃圾的回收利用取決于組成廢棄物混合物的分離能力及其處理能力。目前，主要包括混凝土、木材、瀝青屋面板、金屬和泥土，35%～40%的建筑垃圾最后推向填埋場(chǎng)進(jìn)行最終處理。表1是根據(jù)文獻(xiàn)[7～10]和汶川地震現(xiàn)狀整理的地震過后主要建筑材料的處理方法和再利用途徑。
表1震后主要建筑材料處理方法和再利用途徑

2就地取材骨料再生利用實(shí)例
從表1可以看出質(zhì)量性能完好的建筑材料，廢棄混凝土、廢舊鋼材、塑料制品等都可以進(jìn)行再循環(huán)利用。本文結(jié)合國內(nèi)外如中國臺(tái)灣地區(qū)及日本、巴基斯坦、美國等國家[6、8～10]在地震發(fā)生后處理建筑垃圾的經(jīng)驗(yàn)，討論能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行收集、處理及應(yīng)用建筑垃圾的過程和實(shí)例，希望對(duì)暴露于室外的建筑垃圾進(jìn)行再利用，以解決震后臨時(shí)住房原材料問題和降低建筑垃圾對(duì)環(huán)境的二次污染。

2.1混凝土再循環(huán)的處理與性能
建筑廢棄物的數(shù)量已占到城市垃圾的30%～40%，其中的50%～60%為廢棄混凝土。傳統(tǒng)處理廢棄混凝土的辦法：或者運(yùn)往郊外掩埋，占用和侵吞大量農(nóng)田；或者運(yùn)往河道傾倒，阻礙汛期行洪和河道暢通，這些都帶來一定的不利影響[11、12]。為保護(hù)環(huán)境，避免不必要的污染，通過再利用、再循環(huán)的方式減少廢物的排放可從根本上解決廢棄混凝土的處理問題。因此，如此龐大的廢棄混凝土不應(yīng)成為震后環(huán)境處理的負(fù)擔(dān)，而應(yīng)成為當(dāng)?shù)厝酥亟覉@的基本建筑材料。利用地震廢棄混凝土一方面可以回收其中的鋼筋，破碎后的混凝土可作為路基材料；另一方面再生重新用做混凝土骨料。圖3是混凝土的再循環(huán)現(xiàn)場(chǎng)處理加工過程，即現(xiàn)場(chǎng)收集—運(yùn)輸加工或就地處理—現(xiàn)場(chǎng)粉碎—現(xiàn)場(chǎng)處理加工成型—現(xiàn)場(chǎng)建造應(yīng)用。 

圖3混凝土的再循環(huán)現(xiàn)場(chǎng)處理加工過程
再生粗骨料與天然粗骨料的各項(xiàng)物理性能對(duì)比見圖4。再生材料的合成與原材料的表觀密度、堆積密度、吸水性、含泥量、針片狀含量、壓碎指標(biāo)、相對(duì)表面粗糙度等有關(guān)。其中再生粗骨料的含泥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天然粗骨料，隨著原生混凝土強(qiáng)度的增高，再生骨料的質(zhì)量越好，基體混凝土越不容易破碎，再生骨料的吸水率升高與再生骨料的表面粗糙度、孔隙率以及骨料的內(nèi)部缺陷有關(guān)。與天然粗骨料相比，再生粗骨料的吸水率提高了94.4%，再生混凝土的表觀密度較普通混凝土降低5.2%，其原因是再生骨料比碎石骨料的密度小[12、16]。圖5是哥本哈根Rodovre摩天大樓“天空之城”，建筑中40%混凝土為再生利用。可見，再生混凝土不僅可以解決低多層建筑的結(jié)構(gòu)問題，對(duì)于具有現(xiàn)代感的高層建筑同樣能夠得到應(yīng)用。

圖4各項(xiàng)物理性能對(duì)比[16]

圖5混凝土再生應(yīng)用建筑實(shí)例[17]
2.2建筑廢物磚的制作與性能
建筑廢物磚有幾種形式，如建筑廢棄物加麥稈的再生磚、秸稈加壓合成的草磚等。這些廢物磚的生產(chǎn)都非常簡單，再生磚是以建筑廢棄物為原料，摻雜軋碎的秸稈，加上少量水泥混合以半手工生產(chǎn)的方式施工，現(xiàn)場(chǎng)就能加工而成，實(shí)用工具如圖6粉碎機(jī)和壓磚機(jī)。如圖7所示廢物磚成品中依稀可見碎石、碎磚和秸稈。

圖6廢物磚制作工具

圖7建筑廢物磚
草磚是將廢棄的秸稈等放進(jìn)草磚機(jī)（圖6捆扎機(jī)），通過一次次打壓，將草壓成一層層薄片，壓實(shí)后用鐵絲或麻繩將其扎成捆制成，磚的長度和高度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整[19、20]。由于建筑廢物磚的生產(chǎn)場(chǎng)地可在災(zāi)區(qū)附近建造，房屋可以很快、很便捷地搭建起來，而且它的經(jīng)濟(jì)性能顯著，保溫隔熱性能也非常好。美國建筑師Kelly和工程師David在1998年我國河北張北縣發(fā)生6.2級(jí)地震后，就將這一技術(shù)應(yīng)用到災(zāi)區(qū)農(nóng)村住宅的建設(shè)當(dāng)中。目前，草磚墻體的性能研究水平已有了明顯提高，見表2[21]。
表2框架墻體與草磚墻體性能比較

3地震建筑廢棄物再利用對(duì)策
3.1地震建筑廢棄物再循環(huán)措施
（1）選擇性直接再利用
通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建筑物的調(diào)查與評(píng)價(jià)，可以回收直接利用性能保持完好的構(gòu)件或材料，如完整的門窗、未損壞的磚瓦、金屬等。
（2）紀(jì)念性保留再利用
為紀(jì)念城市抗震歷程需要選擇性地保留建筑廢墟遺址，將諸如建筑材料、日常用具等消毒處理保留，維持廢棄物及其環(huán)境原貌。
（3）統(tǒng)一管理資源化再利用
一般統(tǒng)一管理并資源化處理應(yīng)由當(dāng)?shù)卣y(tǒng)籌管理[1]，由相應(yīng)部門對(duì)需要處理的建筑廢棄物進(jìn)行評(píng)價(jià)分類，對(duì)可重復(fù)利用的建筑材料最大程度開發(fā)使用，以緩解災(zāi)區(qū)能耗、環(huán)境污染等問題。

圖8廢物磚應(yīng)用建筑實(shí)例[22、23]
針對(duì)集中管理再利用開發(fā)，由地震建筑廢棄物到再生骨料轉(zhuǎn)化的工藝技術(shù)處理流程見圖9。如圖所示可建立一條針對(duì)地震后當(dāng)?shù)貜U棄建筑垃圾為原料進(jìn)行分離廢料、破碎過篩、現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)處理、強(qiáng)化合成、現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用建造房屋的工藝流程。該程序可以針對(duì)廢棄材料的材質(zhì)、顆粒和潔凈狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)控制。地震建筑廢棄物骨料循環(huán)再生工藝設(shè)備應(yīng)具有體積小、可移動(dòng)、易操作等特點(diǎn)，便于在災(zāi)區(qū)各地區(qū)間就地進(jìn)行處理建筑廢棄物，并及時(shí)在房屋重建中得到應(yīng)用。

圖9針對(duì)地震建筑廢棄物進(jìn)行處理流程
3.2地震建筑廢棄物特殊再利用策略
震后產(chǎn)生的大量建筑廢棄物，尤其是磚石、混凝土廢棄物，已成為我國城市建設(shè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的一個(gè)巨大瓶頸。有效地再利用建筑廢棄物不僅關(guān)系到建筑垃圾能否資源化，而且對(duì)節(jié)約能源、快速便捷的城市重建具有促進(jìn)作用。由于地震災(zāi)害的特殊性，要求對(duì)于毀壞的建筑廢棄物處理不能過于復(fù)雜，而且應(yīng)能就地取材，低成本及時(shí)地利用到臨時(shí)住宅當(dāng)中以解決災(zāi)民的住房問題，同時(shí)保證利用再生材料建筑房屋的無污染、保暖、降溫、防余震質(zhì)量。因此，為實(shí)現(xiàn)震后建筑廢棄物的良好循環(huán)，應(yīng)使其實(shí)踐過程保證以下幾點(diǎn)。

（1）制定清運(yùn)管理程序
震后建筑廢墟的特殊性以及構(gòu)成的復(fù)雜性給清運(yùn)工作帶來了一定困難，因此制定合理的運(yùn)輸流向和處理程序是開展建筑廢棄物處理的前提，盡量實(shí)現(xiàn)就地取材、就地處理、就地實(shí)施，減少廢棄物運(yùn)送距離。
（2）實(shí)施操作可行性
地震后災(zāi)民的住宅問題是安頓人心，穩(wěn)定災(zāi)后恐慌的方法之一。建筑廢棄物再利用應(yīng)保證實(shí)踐的可行性和可操作性，對(duì)施工人員專業(yè)技能要求不高，通過人工化或半機(jī)械化加工途徑就能夠在現(xiàn)場(chǎng)完成材料的處理與加工，進(jìn)而可以建造所需住宅，該方面值得注意的問題是實(shí)現(xiàn)建造可操作的同時(shí)，保證房屋無污染、保暖、降溫質(zhì)量。
（3）控制處理低成本
原料和處理成本問題是震后建筑重建中面臨的實(shí)際問題之一。當(dāng)建筑廢棄物具有一定經(jīng)濟(jì)和功能優(yōu)勢(shì)時(shí)，自然能夠發(fā)揮其再利用的潛力。因此在保證材料性能的基礎(chǔ)上，就地取材及應(yīng)用當(dāng)?shù)貤l件低成本進(jìn)行建筑廢棄物再處理是相應(yīng)技術(shù)在災(zāi)區(qū)重建中實(shí)踐和推廣的前提。
（4）保證無害化處理
震后廢墟中的建筑垃圾對(duì)環(huán)境生態(tài)、災(zāi)區(qū)衛(wèi)生防疫影響巨大，及時(shí)有效地進(jìn)行無害化處理，消耗分解部分可利用的建筑材料對(duì)減輕災(zāi)后環(huán)境承載負(fù)擔(dān)具有重要作用。
（5）強(qiáng)制提高廢棄物回收再利用率
目前諸多國家（丹麥、荷蘭等國）建筑廢棄物回收再利用率皆高于50%[6]。地震后通過制定有效的規(guī)劃政策，強(qiáng)制提高廢棄物回收再利用率，以此為目標(biāo)鼓勵(lì)災(zāi)區(qū)重建利用再生材料。
4結(jié)語
汶川大地震后，城市晝夜之間變成一片廢墟，科學(xué)有序地進(jìn)行應(yīng)急管理、應(yīng)急處理以及廢棄物再利用等一系列問題是防止災(zāi)后環(huán)境污染、病菌蔓延等狀況發(fā)生的重要環(huán)節(jié)與途徑。將倒塌廢棄的建筑垃圾經(jīng)消毒、篩選、處理、合成等環(huán)節(jié)再生利用后，使其變廢為寶，更新為新的建筑材料，既有利于改善災(zāi)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，又有利于為災(zāi)區(qū)人民提供搭建臨時(shí)住宅的原材料。總之，建筑廢棄物的再生利用是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，需要社會(huì)多級(jí)部門的配合、相應(yīng)政策的管理和指導(dǎo)以及更需要易操作、低成本、性能良好的建筑技術(shù)的支持與配合。
參考文獻(xiàn)：略