四川地震后固体建筑毁弃物再生研究

我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是个多地震国家。地震会带来大量人员伤亡，房屋倒塌以及引起一系列次生灾害。2008年5月12日，四川省发生里氏8.0级特大地震，属浅源地震，为国家和人民带来了严重损失。地震后，倒塌房屋随处可见，地震后产生了大量建筑垃圾，如不及时处理这些建筑垃圾将会对灾区建设和灾区的生态环境造成严重影响。再生混凝土技术的应用，不仅能很好的解决地震后建筑垃圾，同时也解决了灾民无房居住的困难，这对能源节约，环境保护，灾区重建都具有重要意义。本文针对汶川震后产生的废弃混凝土利用提出了一些想法。
1用再生混凝土建安置房的可行性
1.1原料来源广泛，数量巨大
四川地震产生了大量的建筑垃圾。据国务院抗震救灾总指挥部公布，地震导致房屋倒塌680万间（约1.3亿m2），受损房屋2300余万间（其中50%需要拆除）。倒塌房屋和和需要拆除的房屋两项合计将产生建筑垃圾5亿t左右（通常拆除1m2建筑产生1.2～1.6t建筑垃圾），据权宗刚等估计，汶川地震2008年产生的建筑垃圾烧结砖数量为10000万t，混凝土为8000万t，塑料为800万t，钢材为1000万t，装饰材料及其它为200万t，总量为20000万t。
四川震后产生的建筑垃圾，以废混凝土量最大，已经到了必须处理的地步。建筑垃圾具有数量大、种类多、组成成分复杂等特点。建筑垃圾的存在，会对生态环境，灾后重建带来不利影响。具体来说有如下方面：
（1）占用土地，降低土壤的质量。地震后产生了规模空前的建筑垃圾，对废弃建筑垃圾进行简单的堆积，不但会占用大量的土地，且在空气、水的影响下，废弃混凝土中的碱化物进入土里，会对土体产生影响，降低土地农业生产力。
（2）对空气质量产生影响。一些建筑垃圾里面含有机物，在各种环境影响下，和空气中的物质发生化学反应，从而产生一些有害气体。
（3）污染水域。建筑垃圾的成分比较复杂，往往包含有污染性的有机物与重金属等，在经过雨水的冲刷后，这些有害物质会和地表水混合在一起，进入地下污染地下水。
（4）给人们心理上带来阴影。对那些在地震中丧失亲人的人来说，看到地震后毁坏的建筑会让他们触景生情，加剧他们心中的伤痛，尽快的处理掉这些建筑垃圾是解决这问题的最根本办法。
（5）安全隐患。堆积的建筑垃圾由于防护措施不当，在外部因素的影响或者在自身内力作用下，很有可能发生倒塌的情况，从而可能阻塞道路，还有可能威胁到没有倒塌的房屋。
建筑垃圾的存在有害无益，处理这些建筑垃圾显得非常有必要。
1.2灾民迫切需要永久性安置房
汶川地震后产生数百万灾民，如何处理这些灾民的居住与生活问题，将是一个非常复杂的系统工程。它需要考虑国土规划、城市规划、建筑设计、地质勘测、区域经济发展、民族文化等各个方面的要求，选择一条近期至长期都能持续发展的重建之路。
震后安置房分为过渡安置房和永久性安置房。过渡性安置房具有安装简单，拆卸方便，自重轻等特点，但只能解决灾民短期住房的需要，永久性安置房在这种情况下呼之欲出。再生混凝土建永久安置房具有如下特点：（1）自重轻。再生骨料比天然骨料轻，再生粗骨料的堆积密度与表观密度分别比天然粗集料低12%与10%。用再生骨料制备的再生混凝土比普通混凝土轻，该特点对结构抗震有利；（2）隔热、隔声性能好。再生骨料的热工性能很好，使得制备的再生混凝土具有良好的隔热和隔声性能；（3）层数少。再生骨料不宜用于一般工业厂房与民用建筑和构筑物中制作普通混凝土，但用于制作再生混凝土砌块用于较低层数的结构是可行的。
1.3可行性研究
1.3.1技术条件
第二次世界大战后，前苏联、德国、日本等国就开始对废弃混凝土进行了处理和再利用的研究，国际材料与结构研究实验联合会（RILEM）已召开了数届关于再生混凝土的国际会议，主要是关于再生混凝土的回收，制备与应用，这给广大从事再生混凝土研究的人员提供了一个很好的交流平台，获得各界人士广泛关注。早在1977年日本政府就制订了《再生集料和再生混凝土使用规范》，1991年又制订了《资源重新利用促进法》。通过法律保障，日本的废旧混凝土利用取得了不错的成绩。据报道，1995年日本全国建筑废物资源利用率达到58%，其中废混凝土的利用率为65%，污泥的利用率为14%。德国钢筋混凝土委员会1998年8月提出了“在混凝土中采用再生集料的应用指南，目前德国主要把再生混凝土应用于公路路面。我国对再生混凝土的研究比较晚，但是发展很快，目前再生混凝土在我国的应用还比较谨慎。我国已由同济大学、上海市建筑科学研究院和上海市市政规划设计院主编了第一本关于再生混凝土技术的地方性标准《再生混凝土应用技术规程》（DG/TJ08-2018-2007）。我国现已实现破碎设备大型化、多品种化，完全可以满足再生骨料制造所必要的挤压破碎、剪切破碎、打击破碎、揉搓破碎等多种破碎工艺交叉应用的需要，而且破碎设备性能、生产能力等均已达到国际先进水平。
再生混凝土的研究还在继续，现今对再生混凝土的研究主要集中在配合比设计，耐久性，结构构件中的应用，高性能化等方面。ShiCongKou等研究表明，在再生混凝土中加入粉煤灰可以提高再生混凝土的抗压与抗拉强度，同时发现那些低水灰比，掺入粉煤灰的再生混凝土比未掺粉煤灰，高水灰比的再生混凝土的抗氯离子渗入能力好；两次搅拌法（TSMA）是目前研究比较热门的混凝土搅拌工艺，两次搅拌法是指在考虑混凝土各组分中各物料相互均匀混合作用的基础上，利用物料投料量、搅拌顺序对混凝土内部结构形成的影响，综合提高混凝土性能的工艺方法，Tam等发现运用两次搅拌法制备再生混凝土能提高再生混凝土的强度，还能改善再生混凝土的耐久性；M Etxeberria等发现，当再生粗骨料在梁中的替代率25%时，梁的抗剪能力与普通混凝土梁的抗剪能力差异不大，可以预见，在不久的将来，再生混凝土技术定能得到普遍的应用。总之，尽管现阶段再生混凝土技术还在发展，但已完全能够用于灾区建设。
1.3.2再生混凝土在建筑工程中的应用实例
再生混凝土在建筑工程中已有较多应用。在德国达姆施塔特市，已用再生混凝土建造了一栋六层带有停车场的办公楼。1990年上海市第二建筑工程公司在“华亭”和“霍兰”两项工程的7栋高层建筑的施工过程中，把施工过程中产生的建筑废弃物经过处理用于抹灰砂浆和砌筑砂浆，节约了成本。1992年北京城建集团一公司回收利用建筑废渣840多吨，用于砌筑砂浆，细石混凝土楼地面和混凝土垫层。2004年在上海市设计建造了二层再生混凝土空心砌体房屋，作为某工厂员工宿舍。江苏省无锡市某花园三期工程为6层的一梯两户的全框架商品住宅楼，间墙材料采用了再生混凝土条板。据报道，上海城建物资有限公司采用高性能再生骨料混凝土，顺利完成“沪上•生态家”工程基础部分700多立方米的混凝土浇筑，该工程竣工将作为2010年上海世博会永久性场馆之一。综上所述，目前再生混凝土在建筑工程中应用范围已比较广泛，可以制作再生混凝土砌块，可以制作再生混凝土条板，可以应用于基础工程，可以制作砂浆等。
2建筑垃圾的回收
2.1灾后建筑垃圾的特点
据肖建庄等对灾区的现场调查，四川地震中倒塌的房屋大多数是在20世纪90年代以前建成的，城市多是砖混结构，农村多是砖混、砖木、土木等混合结构。地震过后，很多建筑已不能继续使用，应予拆除。地震后的建筑垃圾应包括已倒塌或即将拆除的。通过对四川地震情况的了解，笔者认为震后的建筑垃圾具有几大特点：（1）数量大、面积广。地震中，成千上万间房屋顷刻倒塌，公路桥梁等也受到严重破坏，产生的建筑垃圾得以吨计。据报道，汶川地震受灾面积超过10万km2，这对建筑垃圾的回收造成很大困难。（2）成分复杂。地震后产生的建筑垃圾和一般的建筑垃圾不同，里面包含了很多别的成分，比如生活垃圾，人兽尸体等，不能和一般的建筑垃圾等同对待，在进行回收时，应对这些物质进行清捡和处理。（3）环境污染。建筑垃圾会降低土壤质量、污染空气、污染水域，还会占用土地。地震后很多化工厂以及具有污染源的企业被震倒，这些企业工厂的倒塌会造成巨大的污染，给生态环境带来巨大的压力。对建筑垃圾进行回收的时候，应该对这些垃圾进行区别对待，相关部门应该对这些垃圾进行申报、记录和风险评价，为分流清运和单独处理提供依据。（4）处理的复杂性与持久性。地震后建筑垃圾量大和成分复杂的特点决定了处理的复杂性，在处理这些建筑垃圾时，得考虑诸多方面，比如灾后重建，废混凝土破碎工厂的选址等。处理灾后建筑垃圾与灾后重建是同步的，家园重建需要3-5年时间，这就决定了灾后建筑垃圾处理将是一个长期的过程。
尽管灾区倒塌的房屋具有不同的结构形式、不同的使用功能，但其基本组成部分是一致的，主要包括混凝土、砖石、渣土、钢筋、木材、瓷砖、玻璃等。假设倒塌的房屋按混合结构来考虑，则各种成分的百分比大概是这样的：混凝土占69.90％，砖瓦占26.40%，钢材占1.30%，其他占2.40%。由此可见，废混凝土与废砖瓦是震后建筑垃圾的主要组成部分，这两部分应作为处理的重点。
综上所述，地震后的建筑垃圾与一般的建筑垃圾既有区别又有很大的相似性。对一般建筑垃圾的处理方法可以考虑用到处理灾后建筑垃圾上，但得有所区别。2.2建筑垃圾的回收
在回收这些建筑垃圾的过程中，应先用人工对其进行分检，然后集中收集，以便为以后的深加工提供基础。倒塌的建筑物里面可能含有生活垃圾和人兽尸体，对这部分垃圾应该进行专门处理。生活垃圾可考虑直接掩埋，人兽尸体则交给相关部门相关人员进行处理。废弃混凝土分可回收与不可回收的，不可回收的废弃混凝土可根据其不可回收的原因进行相应处理。可回收废弃混凝土目前有三个级别的利用水平，比较初级的是直接用作回填材料，中级的是破碎后代替部分天然骨料用作道路基层和面层材料，比较高级的利用则是破碎成粗细骨料并分离出砂浆。因为用不同强度等级的混凝土混合制作的再生骨料制作再生混凝土强度较低，耐久性较差，在回收时候，应注意尽量将不同强度等级的混凝土分开回收。在回收的时候应注意，以下废混凝土不宜回收：（1）废混凝土来自于轻集料混凝土或加气混凝土；（2）废混凝土来自于有特殊使用要求的混凝土（如沿海港口工程、核电站、医院放射间等）；（3）废混凝土出现耐久性破坏；（4）废混凝土已受重金属或有机物污染；（5）废混凝土存在碱-骨料反应；（6）废混凝土中含有大量不易分离的木屑、污泥、沥青等杂质。在回收金属材料的时候，应先对其进行分类，不同的金属有不同的用途，大部分金属可以直接重新利用，一些比较零碎的金属废铁丝，废金属用品可考虑在钢铁厂重新回炉。至于废弃的砖木等，能继续使用的继续使用，不能继续使用的，砖可考虑用于做回填材料或制作再生细骨料。再生细骨料可以考虑用于制作再生轻质混凝土砌块或用作植被土，其余的根据情况处理。因为在回收的时候要考虑诸多因素，所以在回收过程中，应先对回收工人进行一些培训，以确保回收的质量。
3再生混凝土的制备
3.1利用废弃混凝土制备再生骨料
回收完废弃混凝土后，为得到合适的再生骨料，应该先对其进行处理。因废弃混凝土中往往含有金属、塑料、木材等杂质，所以得考虑把这些东西去除。各国去除这些杂质的方法不尽相同，目前废混凝土破碎工艺大致包括对废弃混凝土进行破碎与颗粒筛分。国外比较有代表性的加工工艺是俄罗斯、德国、日本的，其中俄罗斯再生骨料生产工艺中特别设置了磁铁分离器与分离台等装置以除去铁质成分，首先废混凝土块被分成0-5mm、5-40mm及40mm三种颗粒，接着对40mm以上的颗粒进行二次破碎，使其粒径达到0-40mm，但该工艺初期投资大。德国的生产工艺用格栅分离废料，用磁铁分离器分离钢筋，分离台分离木材和塑料，该工艺也是对混凝土块先进行预破碎，然后经过双筛网筛分机将集料分为0-5mm，5-40mm和大于40mm的骨料，其中5-40mm的骨料再经过筛分得到5-10mm、10-20mm、20-40mm的骨料，至于大于40mm的骨料则再次进行破碎，之后返回第一个筛分机进行筛分，如此循环，便可以得到0-5mm、5-10mm、10-20mm、20-40mm四种不同规格的骨料，该工艺耗资大，且占地。日本的生产工艺先分离废铁杂质、木料等杂物，该工艺有一个显著的特点就是有一填充加热装置，通过该装置，可以得到较高品质的再生粗骨料，但这无疑极大提高了成本。总的来说，国外的再生骨料破碎和加工工艺成本都比较高，不太适合中国的国情。
我国学者肖建庄的破碎工艺比较符合我国实情，他的工艺先对废弃混凝土进行人工筛分，这样可以直接去除钢筋和木材，至于小的杂质，则通过磁铁分离器与分离台进行去除，然后通过筛分和冲洗得到不同规格的粗骨料。但该方法需要进行两次冲洗且要经过三次振动筛，比较复杂。汶川地震产生的垃圾具有面积广，数量大的特点，仅建几个大的破碎厂显然不行，考虑灾后重建要求节约资源与资金，所以废弃建筑物处理厂宜建中小规模的，就近就地选址。
结合我国国情与四川地震建筑垃圾的情况，笔者建议采用如下的处理方法（见图1），最后得到0-5mm，0-50mm和5-40mm三种骨料。该方法考虑了我国劳动力相对廉价的特点，通过人工法筛选出杂物，该工艺也比较简单，这就决定了运用该工艺可以建立比较小规模的破碎工厂，这为大规模推广提供了可能。

图1建筑固体废弃物处理工艺流程
3.2技术应用注意事项
应制定相应的员工注意事项，以免工作人员在操作时发生危险。在对骨料进行冲洗的时候，应有相应的处理措施，以免造成二次污染。
冲洗后废水主要成分是泥、碱性物质、重金属离子，还有部分有机物，再生粗骨料的含泥量对再生混凝土性能影响很大，但在实际工程应用中往往忽视含泥量对混凝土性能的影响。污水处理的时候应该先对泥进行处理，这部分最好处理，可以通过沉淀分离的方法把其去除。碱性物质可以采取加入化学物质和其发生反应去除碱性。最难处理的部分恐怕是重金属，目前对重金属废水的处理方法大体有化学沉淀法、物理处理法、生物处理法。物理处理法工程量大，投资费用高，还可能破坏土壤结构，影响土壤肥力。化学沉淀法只能改变金属的存在形式，重金属还是会存在在土壤中，所以化学沉淀法与物理处理法不太适合。

与前两种处理方法比，生物法处理效果好、成本低、无二次污染。生物法分为生物絮凝法、生物化学法、植物修复法，针对地震的情况，比较适合的生物处理法是植物修复法。植物修复法是利用植物发达的根须和微生物对重金属离子进行富集、积累及亲合作用把重金属转化为毒性较低的物质，但植物修复法有一个很明显的缺点，就是修复周期长，通常需要超过十年的时间才能完全修复，所以在这期间的土地不宜使用，政府应积极引导受灾民众外出打工等方式维持生计。至于有机物，因其在废水中的含量相对较低，运用生物法处理可考虑不处理这部分。
4用再生混凝土建安置房的建议
结合再生混凝土已有的应用以及汶川地震的实际情况，笔者建议，可以从以下方面对再生骨料进行应用。（1）利用再生骨料制作再生混凝土砌块。再生混凝土砌块可以考虑直接用于砌筑墙体，但层数应予限制，一般两到三层比较适合，上海市某工厂员工宿舍是很好的例子；（2）用于填充墙。考虑到再生混凝土的强度相对普通混凝土低，而填充墙要求相对低些，所以再生混凝土应用于填充墙是个很好的选择，值得大力推广；（3）制作抹灰砂浆和砌筑砂浆。现已能够用再生细骨料制作强度达到5MPa的抹灰砂浆和砌筑砂浆；（4）制作再生混凝上条板，可考虑用于间墙；（5）用于基础工程。基础工程中的混凝土强度往往不高，再生混凝土用于基础工程是个不错的选择。（6）应用再生细骨料制备的再生混凝土强度较低，故不宜用于制作再生混凝土，可考虑用于制作砂浆或用作植被土。
在建安置房的时候，我们应该做好以下的工作：（1）通过各种渠道筹集重建资金；（2）对灾区的受灾人口进行统计，确定需要安置的人数；（3）对灾区的建筑用地进行筛选，剔除包括地震断裂带、滑坡及山洪灾害影响区、水源保护区、水库泄洪区、低洼地、高压走廊及地下管线穿越地段、危房影响区以及大面积苗圃等在内的不适宜建设用地；（4）新建废混凝土处理厂，以制备再生骨料和相应的产品，国家应该出台一些鼓励政策，创造一些有利因素；（5）应派人对再生安置房的建设进行指导，因为再生混凝土的制备、浇筑、养护、质量检测都和一般混凝土略有区别；（6）适度集中与就近安置灾民；（7）鼓励灾民参与建设；（8）建立特别安置区，以提供给在地震中丧失劳动力的人们居住；（9）再生混凝土安置房的建设必须同重建规划相一致。
参考文献略