建筑垃圾处理及应用研究进展

近些年来，世界建筑业进入了高速发展阶段，伴随着危旧房改造、废旧建筑物的拆除、损坏道路、桥梁及过时水利设施的拆除等，不可避免产生过量的建筑垃圾，此外，各种自然灾害（如地震，海啸，龙卷风等）摧毁的房屋及各种基础设施带来的建筑垃圾也是令人啧舌的，震惊中外的汶川大地震仅由于房屋倒塌和危房拆除所产生建筑垃圾就在2亿吨以上[1]。传统的建筑垃圾处理方法主要是运往郊外堆放或填埋，不仅要耗资大量征用土地，造成严重的环境污染，还造成资源的浪费。合理处理和应用建筑垃圾已成为全球性问题，同时也是走可持续发展道路，保护环境的必然要求。
1目前建筑垃圾的主要危害
（1）侵占土地。建筑垃圾未经处理而直接运往郊外处理或者采取填埋的方式，会占用大量的生产用地，进一步会加剧人多地少的矛盾，特别是国土面积较小，资源相对缺乏的国家，建筑垃圾侵占土地问题会更加严峻。
（2）污染水体、土壤、空气等。建筑垃圾中一般需要经过数十年才可趋于稳定，在此期间，废砂浆和混凝土块中含有的大量的水合硅酸钙和氢氧化钙使渗滤水呈强碱性，废石膏中含有的大量硫酸根离子在厌氧条件下会转化为硫化氢，废纸板和废木材在厌氧条件下可溶出木质素和单宁酸并分解成挥发性有机酸，废金属料可使渗滤水中含有大量的重金属离子，从而污染周边的地下水、地表水、土壤和空气，受污染的地域还可扩大至存放地之外的地方[3]。
（3）影响市容和环境卫生。建筑垃圾未经任何处理，被施工单位运往郊外或乡村，或采用露天堆放或以简易填埋方式处理，而且建筑垃圾运输大多采用非封闭式运输车，运输过程中不可避免的产生遗撒和粉尘飞扬等，严重影响城市容貌，同时对人们的健康产生不利影响。
2各国在建筑垃圾的处理与应用的先进经验
2.1建筑垃圾产生量的控制
建筑垃圾的处理首先要从建筑垃圾产生量进行控制，除了优化拆除方法，加强建筑施工的组织和管理工作等传统手段外，建筑师的设计观念的转变和建筑材料的选择等也对建筑垃圾的产生量有很重要的影响。
建筑师的设计观念的转变，包括试件尺寸的标准化，尽量减少临时作品的使用，避免后期修改设计，并提供更详细的设计等。最近的香港研究显示表明：约10%的建筑废物是在施工过程中在建筑材料上削减下来的。新加坡于2002年8月开始推行的“绿色宏图2012废物减量行动计划”，在建筑领域，建筑工程广泛采用绿色设计、绿色施工理念，优化建筑流程，大量采用预制构件，减少现场施工量，延长建筑设计使用寿命并预留改造空间和接口，以减少建筑垃圾产生，并取得了很好的效果[4]。
建筑材料的合理选择也可以大大减少建筑废料，目前许多国家都非常重视环保建材的开发与使用，提倡采用无污染或低污染制品，推行产品环保标志制度，限制或禁止使用可能造成污染的材料。德国是世界上最早推行环保标准的国家，美国、英国、加拿大等国也在积极开发环保建材。另外，对于混凝土结构来说，预制构件的使用可以显著减少建造现场垃圾的产生。而近期香港及世界上其它地区建设落成的项目表明，创新地使用了各种形式预制建筑构件，从美学上和建筑产品的整体质量上仍然是可以保证的[5]。
2.2建筑垃圾的回收
建筑垃圾一旦产生，一般来说分为惰性部分（比如砂子、砖头和混凝土）和非惰性部分（塑料、纸张、木头等）。然而建筑垃圾通常以惰性和非惰性混合材料的形式出现，垃圾并没有按组成分开，不能直接利用，所以很多建筑垃圾全部都填埋了，许多资源没有得到有效地利用。香港的一份调查报告通过对非传统的施工现场垃圾分类方法进行评估，并且跟非现场制定区域垃圾分类进行比较。结果显示，与传统的在指定区域（现场或非现场）集中处理垃圾相比，垃圾资源的分离具有更大的优势，比如较小的工作量，更好的分离惰性和非惰性垃圾[6]。
而在某些建筑工地上，由于工地规模、可供使用的空间等原因，设置分拣废物的场地可能有困难。在工地上进行分拣和选用专门的从业人员之间的一个中间办法是使用专门化的废物站。根据废物的种类及其分拣程度实行一种仔细研究过的项目表。这种方法使企业所付的费用与付给非专业化工地废物处理服务人员的费用相当甚至更低[7]。此外，泰国也对建筑垃圾的回收处理做了调查，指出如果在泰国所有的建筑废料被回收，将会创造几千个就业机会。基于同一时期内再循环方案分析，泰国国家建设部门消耗的最终能源将会平均节省3.0×105GJ[8]。
从以上国家和地区中可以看出建筑垃圾的回收处理是可以带来很大经济和社会效益的，所以做好建筑垃圾的回收是很有必要的。
2.3建筑垃圾的综合利用
2.3.1直接利用
用建筑垃圾加固软土地基：利用起吊机械将短柱形的重夯提升到一定高度，使之自由落下夯击原地基，在夯击坑中填充建筑垃圾（使粒径4～6cm）进行夯实，以使建筑垃圾能托住重夯，这样建筑垃圾即在地基内形成一个坚实的短柱，从而大幅度地提高了地基的承载能力，降低了地基的压缩性。这种方法不仅使城区改造中拆除的大量建筑垃圾变废为宝，降低了工程造价，保护了环境，而且实践证明，切实可行，能够满足房屋结构的设计要求。另据报道称可将污水处理厂产生的污泥代替部分水泥拌制混凝土，其和易性得到改善、收缩减少、强度略有降低（早期强度降低较多），适用于不需要混凝土早期强度的工程[9]。
2.3.2废弃混凝土的开发应用研究
（1）制备再生混凝土。建筑垃圾中的废旧混凝土块经过破碎、分级并按一定比例混合后形成再生骨料，再生混凝土技术是再生骨料部分或全部代替天然骨料配制新混凝土的技术。利用废弃混凝土研究和开发再生混凝土，始于二战后的前苏联，德国和日本等国。再生混凝土的利用已成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法形式来保证此项研究和应用的发展[10]。
再生骨料由于含有30%左右的水泥砂浆[11]，所以相对天然骨料来说，具有孔隙率高、吸水性大、强度低等特征，再加上再生骨料混凝土比天然骨料混凝土组分要复杂，存在两种浆体和两种界面，力学性能受更多种因素的影响，因而导致再生骨料混凝土与天然骨料混凝土的特性相差较大，例如美国曾对再生骨料混凝土干缩性能进行了试验研究，结果表明再生骨料混凝土的干缩率大于天然骨料混凝土[12]。现在很多国家开始对再生骨料混凝土的性能进行研究，其中日本、法国、荷兰等国家对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了较系统的研究。
（2）制备再生胶凝材料。硬化水泥浆体中除水泥水化产物之外，还包括一定量的未水化水泥颗粒，水灰比越低，未水化水泥越多。一些研究证明水化硅酸钙的脱水相也具有水化胶凝能力，然而目前国内外利用废弃混凝土中的水泥水化产物脱水相及未水化水泥制备再生胶凝材料这方面的研究不是很多，但也有一定的初步成果。
我国武汉理工大学的胡曙光，何永佳[14]等通过低温煅烧处理，可以由废弃混凝土中分离出来的水泥石粉末制备得到具有水化活性的再生胶凝材料。其水化活性与煅烧温度有关，650℃煅烧制备得到的再生胶凝材料水化活性最高。
（3）废弃砖瓦的开发应用研究。由于废弃砖瓦的强度低，吸水性大，而影响建筑垃圾配制再生混凝土性能的主要因素为再生粗骨料的压碎指标和吸水率，所以目前废弃砖石代替粗骨料方面还处在研究阶段。沈阳建筑大学的刘军，李瑶，刘宇，袁大鹏[16]等人采用了对废弃的砖块进行涂浆表面预处理的方法，发现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%四个比例的压碎的砖来代替天然砂和粗骨料，并对其孔隙率、吸水性、渗透性、收缩性进行了测定，最后得出结论用废弃的碎石分别取代25%至50%比例的粗骨料及细骨料，有可能得到与天然骨料混凝土相同性能的再生混凝土。Hendriks和Pietersen[18]用破碎砖石作粗骨料生产含有聚苯乙烯的保温混凝土，同时也开了另一个应用，用废砖石来做硅酸钠砖，其附着的水泥一定要进行机械或热处理。
（4）废旧沥青的开发研究应用。我国高速公路建设发展很快，高速公路总里程已接近3.5×104km，其中80%以上是沥青路面，一些早期修建的公路已进入维修养护期，将有大量的废旧沥青混合料产生[19]，而在拆迁建筑物的过程中也会产生大量的废旧屋面材料，有资料表示，屋面废料中有36%的沥青，为保护环境和节约资源，废旧沥青的开发研究应用越来越受到世界各国的高度重视。
荷兰在20年前就有50%的废弃沥青被用来制作再生沥青，其中再生沥青当中包含10%～15%的废弃沥青。其余破碎沥青用水泥胶结起来代替砂子或者水泥路基，旧的沥青材料被粉碎后也可以用作沥青混合料的骨料，与砂子、胶凝材料混合起来循环使用。胶凝材料是水泥，也可以使用沥青乳液及水泥和沥青乳液的混合物。此外，沥青骨料也可以用高炉矿渣或细矿渣来稳定[20]。
美国目前采取回收废旧沥青屋面瓦来制作道路垫层的方法，私人车道，乡村公路，农场小路或者其它交通负担较轻的路面，由再生沥青屋面瓦片制作，这种路面的基层是碎石骨料，基层上面的中间层是沥青屋面瓦废料的碎片。通过加一些石油蒸馏物来增强沥青屋面瓦废料的胶凝性能，如沥青、石蜡、焦油等[21]。该路面材料解决了尘土和铺路石的问题，也减少了被弃在堆填区的沥青屋面瓦废弃物。