建筑垃圾處理及應(yīng)用研究進展

近些年來，世界建筑業(yè)進入了高速發(fā)展階段，伴隨著危舊房改造、廢舊建筑物的拆除、損壞道路、橋梁及過時水利設(shè)施的拆除等，不可避免產(chǎn)生過量的建筑垃圾，此外，各種自然災(zāi)害（如地震，海嘯，龍卷風(fēng)等）摧毀的房屋及各種基礎(chǔ)設(shè)施帶來的建筑垃圾也是令人嘖舌的，震驚中外的汶川大地震僅由于房屋倒塌和危房拆除所產(chǎn)生建筑垃圾就在2億噸以上[1]。傳統(tǒng)的建筑垃圾處理方法主要是運往郊外堆放或填埋，不僅要耗資大量征用土地，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，還造成資源的浪費。合理處理和應(yīng)用建筑垃圾已成為全球性問題，同時也是走可持續(xù)發(fā)展道路，保護環(huán)境的必然要求。
1目前建筑垃圾的主要危害
（1）侵占土地。建筑垃圾未經(jīng)處理而直接運往郊外處理或者采取填埋的方式，會占用大量的生產(chǎn)用地，進一步會加劇人多地少的矛盾，特別是國土面積較小，資源相對缺乏的國家，建筑垃圾侵占土地問題會更加嚴(yán)峻。
（2）污染水體、土壤、空氣等。建筑垃圾中一般需要經(jīng)過數(shù)十年才可趨于穩(wěn)定，在此期間，廢砂漿和混凝土塊中含有的大量的水合硅酸鈣和氫氧化鈣使?jié)B濾水呈強堿性，廢石膏中含有的大量硫酸根離子在厭氧條件下會轉(zhuǎn)化為硫化氫，廢紙板和廢木材在厭氧條件下可溶出木質(zhì)素和單寧酸并分解成揮發(fā)性有機酸，廢金屬料可使?jié)B濾水中含有大量的重金屬離子，從而污染周邊的地下水、地表水、土壤和空氣，受污染的地域還可擴大至存放地之外的地方[3]。
（3）影響市容和環(huán)境衛(wèi)生。建筑垃圾未經(jīng)任何處理，被施工單位運往郊外或鄉(xiāng)村，或采用露天堆放或以簡易填埋方式處理，而且建筑垃圾運輸大多采用非封閉式運輸車，運輸過程中不可避免的產(chǎn)生遺撒和粉塵飛揚等，嚴(yán)重影響城市容貌，同時對人們的健康產(chǎn)生不利影響。
2各國在建筑垃圾的處理與應(yīng)用的先進經(jīng)驗
2.1建筑垃圾產(chǎn)生量的控制
建筑垃圾的處理首先要從建筑垃圾產(chǎn)生量進行控制，除了優(yōu)化拆除方法，加強建筑施工的組織和管理工作等傳統(tǒng)手段外，建筑師的設(shè)計觀念的轉(zhuǎn)變和建筑材料的選擇等也對建筑垃圾的產(chǎn)生量有很重要的影響。
建筑師的設(shè)計觀念的轉(zhuǎn)變，包括試件尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，盡量減少臨時作品的使用，避免后期修改設(shè)計，并提供更詳細(xì)的設(shè)計等。最近的香港研究顯示表明：約10%的建筑廢物是在施工過程中在建筑材料上削減下來的。新加坡于2002年8月開始推行的“綠色宏圖2012廢物減量行動計劃”，在建筑領(lǐng)域，建筑工程廣泛采用綠色設(shè)計、綠色施工理念，優(yōu)化建筑流程，大量采用預(yù)制構(gòu)件，減少現(xiàn)場施工量，延長建筑設(shè)計使用壽命并預(yù)留改造空間和接口，以減少建筑垃圾產(chǎn)生，并取得了很好的效果[4]。
建筑材料的合理選擇也可以大大減少建筑廢料，目前許多國家都非常重視環(huán)保建材的開發(fā)與使用，提倡采用無污染或低污染制品，推行產(chǎn)品環(huán)保標(biāo)志制度，限制或禁止使用可能造成污染的材料。德國是世界上最早推行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的國家，美國、英國、加拿大等國也在積極開發(fā)環(huán)保建材。另外，對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，預(yù)制構(gòu)件的使用可以顯著減少建造現(xiàn)場垃圾的產(chǎn)生。而近期香港及世界上其它地區(qū)建設(shè)落成的項目表明，創(chuàng)新地使用了各種形式預(yù)制建筑構(gòu)件，從美學(xué)上和建筑產(chǎn)品的整體質(zhì)量上仍然是可以保證的[5]。
2.2建筑垃圾的回收
建筑垃圾一旦產(chǎn)生，一般來說分為惰性部分（比如砂子、磚頭和混凝土）和非惰性部分（塑料、紙張、木頭等）。然而建筑垃圾通常以惰性和非惰性混合材料的形式出現(xiàn)，垃圾并沒有按組成分開，不能直接利用，所以很多建筑垃圾全部都填埋了，許多資源沒有得到有效地利用。香港的一份調(diào)查報告通過對非傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場垃圾分類方法進行評估，并且跟非現(xiàn)場制定區(qū)域垃圾分類進行比較。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)的在指定區(qū)域（現(xiàn)場或非現(xiàn)場）集中處理垃圾相比，垃圾資源的分離具有更大的優(yōu)勢，比如較小的工作量，更好的分離惰性和非惰性垃圾[6]。
而在某些建筑工地上，由于工地規(guī)模、可供使用的空間等原因，設(shè)置分揀廢物的場地可能有困難。在工地上進行分揀和選用專門的從業(yè)人員之間的一個中間辦法是使用專門化的廢物站。根據(jù)廢物的種類及其分揀程度實行一種仔細(xì)研究過的項目表。這種方法使企業(yè)所付的費用與付給非專業(yè)化工地廢物處理服務(wù)人員的費用相當(dāng)甚至更低[7]。此外，泰國也對建筑垃圾的回收處理做了調(diào)查，指出如果在泰國所有的建筑廢料被回收，將會創(chuàng)造幾千個就業(yè)機會。基于同一時期內(nèi)再循環(huán)方案分析，泰國國家建設(shè)部門消耗的最終能源將會平均節(jié)省3.0×105GJ[8]。
從以上國家和地區(qū)中可以看出建筑垃圾的回收處理是可以帶來很大經(jīng)濟和社會效益的，所以做好建筑垃圾的回收是很有必要的。
2.3建筑垃圾的綜合利用
2.3.1直接利用
用建筑垃圾加固軟土地基：利用起吊機械將短柱形的重夯提升到一定高度，使之自由落下夯擊原地基，在夯擊坑中填充建筑垃圾（使粒徑4～6cm）進行夯實，以使建筑垃圾能托住重夯，這樣建筑垃圾即在地基內(nèi)形成一個堅實的短柱，從而大幅度地提高了地基的承載能力，降低了地基的壓縮性。這種方法不僅使城區(qū)改造中拆除的大量建筑垃圾變廢為寶，降低了工程造價，保護了環(huán)境，而且實踐證明，切實可行，能夠滿足房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。另據(jù)報道稱可將污水處理廠產(chǎn)生的污泥代替部分水泥拌制混凝土，其和易性得到改善、收縮減少、強度略有降低（早期強度降低較多），適用于不需要混凝土早期強度的工程[9]。
2.3.2廢棄混凝土的開發(fā)應(yīng)用研究
（1）制備再生混凝土。建筑垃圾中的廢舊混凝土塊經(jīng)過破碎、分級并按一定比例混合后形成再生骨料，再生混凝土技術(shù)是再生骨料部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技術(shù)。利用廢棄混凝土研究和開發(fā)再生混凝土，始于二戰(zhàn)后的前蘇聯(lián)，德國和日本等國。再生混凝土的利用已成為發(fā)達(dá)國家所共同研究的課題，有些國家還采用立法形式來保證此項研究和應(yīng)用的發(fā)展[10]。
再生骨料由于含有30%左右的水泥砂漿[11]，所以相對天然骨料來說，具有孔隙率高、吸水性大、強度低等特征，再加上再生骨料混凝土比天然骨料混凝土組分要復(fù)雜，存在兩種漿體和兩種界面，力學(xué)性能受更多種因素的影響，因而導(dǎo)致再生骨料混凝土與天然骨料混凝土的特性相差較大，例如美國曾對再生骨料混凝土干縮性能進行了試驗研究，結(jié)果表明再生骨料混凝土的干縮率大于天然骨料混凝土[12]。現(xiàn)在很多國家開始對再生骨料混凝土的性能進行研究，其中日本、法國、荷蘭等國家對再生混凝土的吸水性、強度、配合比、收縮、耐凍性等進行了較系統(tǒng)的研究。
（2）制備再生膠凝材料。硬化水泥漿體中除水泥水化產(chǎn)物之外，還包括一定量的未水化水泥顆粒，水灰比越低，未水化水泥越多。一些研究證明水化硅酸鈣的脫水相也具有水化膠凝能力，然而目前國內(nèi)外利用廢棄混凝土中的水泥水化產(chǎn)物脫水相及未水化水泥制備再生膠凝材料這方面的研究不是很多，但也有一定的初步成果。
我國武漢理工大學(xué)的胡曙光，何永佳[14]等通過低溫煅燒處理，可以由廢棄混凝土中分離出來的水泥石粉末制備得到具有水化活性的再生膠凝材料。其水化活性與煅燒溫度有關(guān)，650℃煅燒制備得到的再生膠凝材料水化活性最高。
（3）廢棄磚瓦的開發(fā)應(yīng)用研究。由于廢棄磚瓦的強度低，吸水性大，而影響建筑垃圾配制再生混凝土性能的主要因素為再生粗骨料的壓碎指標(biāo)和吸水率，所以目前廢棄磚石代替粗骨料方面還處在研究階段。沈陽建筑大學(xué)的劉軍，李瑤，劉宇，袁大鵬[16]等人采用了對廢棄的磚塊進行涂漿表面預(yù)處理的方法，發(fā)現(xiàn)其改善再生粗骨料的方法是可行的。FaridDebieb，SaidKenai[17]等人采用25%、50%、75%和100%四個比例的壓碎的磚來代替天然砂和粗骨料，并對其孔隙率、吸水性、滲透性、收縮性進行了測定，最后得出結(jié)論用廢棄的碎石分別取代25%至50%比例的粗骨料及細(xì)骨料，有可能得到與天然骨料混凝土相同性能的再生混凝土。Hendriks和Pietersen[18]用破碎磚石作粗骨料生產(chǎn)含有聚苯乙烯的保溫混凝土，同時也開了另一個應(yīng)用，用廢磚石來做硅酸鈉磚，其附著的水泥一定要進行機械或熱處理。
（4）廢舊瀝青的開發(fā)研究應(yīng)用。我國高速公路建設(shè)發(fā)展很快，高速公路總里程已接近3.5×104km，其中80%以上是瀝青路面，一些早期修建的公路已進入維修養(yǎng)護期，將有大量的廢舊瀝青混合料產(chǎn)生[19]，而在拆遷建筑物的過程中也會產(chǎn)生大量的廢舊屋面材料，有資料表示，屋面廢料中有36%的瀝青，為保護環(huán)境和節(jié)約資源，廢舊瀝青的開發(fā)研究應(yīng)用越來越受到世界各國的高度重視。
荷蘭在20年前就有50%的廢棄瀝青被用來制作再生瀝青，其中再生瀝青當(dāng)中包含10%～15%的廢棄瀝青。其余破碎瀝青用水泥膠結(jié)起來代替砂子或者水泥路基，舊的瀝青材料被粉碎后也可以用作瀝青混合料的骨料，與砂子、膠凝材料混合起來循環(huán)使用。膠凝材料是水泥，也可以使用瀝青乳液及水泥和瀝青乳液的混合物。此外，瀝青骨料也可以用高爐礦渣或細(xì)礦渣來穩(wěn)定[20]。
美國目前采取回收廢舊瀝青屋面瓦來制作道路墊層的方法，私人車道，鄉(xiāng)村公路，農(nóng)場小路或者其它交通負(fù)擔(dān)較輕的路面，由再生瀝青屋面瓦片制作，這種路面的基層是碎石骨料，基層上面的中間層是瀝青屋面瓦廢料的碎片。通過加一些石油蒸餾物來增強瀝青屋面瓦廢料的膠凝性能，如瀝青、石蠟、焦油等[21]。該路面材料解決了塵土和鋪路石的問題，也減少了被棄在堆填區(qū)的瀝青屋面瓦廢棄物。