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建筑垃圾在装配式建筑结构中的应用研究

  建筑垃圾在装配式建筑结构中的应用研究

  建筑垃圾资源化利用是一个重大的研究课题,而装配式建筑也是,可如果两者可以融而为一,则更是一门重大的绿色建筑技术研发课题。

  全球建筑垃圾资源化利用技术中,发达国家以起步早、利用率高、覆盖范围广而走在建筑垃圾资源化技术的前列。

  韩国的人善ENT公司是一家专门生产再生骨料的公司,该公司的主要业务为收集、运输建筑垃圾和生产再生骨料。其生产的再生骨料可分为普通骨料和优良骨料,粒径为5~40mm。普通骨料可用于铺路,优良骨料可按一定比例混入生产混凝土。人善ENT公司的办公建筑就有30%使用了自己生产的再生骨料。并且,经有关部门检测,该建筑完全符合建筑有关标准的要求。

  像这样的再生骨料公司在韩国一共有276家,其中汉城就有73家。2002年韩国建筑垃圾的产生量为120141吨/日,再利用量为100209吨/日,再生利用率为83.4%。因此,韩国通过对建筑垃圾的再生利用即再生骨料的应用,有效地保护了环境和国土资源。

  相对国外发达国家普遍80%以上的再生率来说,国内的建筑垃圾资源化利用刚刚起步,虽然有近10亿吨/年的建筑垃圾可以“变废为宝”,但全国仅有建筑垃圾资源化项目 224 个,资源化能力 21718万吨/年,企业性质以民营为主,实际产能发挥不足 50%,预估仅有10%的建筑垃圾被循环利用。

  而相当一部分资源化企业过度追风政策,却忽视建筑垃圾资源化处理的高成本,盲目进入行业,结果无法盈利且难以生存,严重影响了行业健康有序发展。就我多年各地亲赴厂家考察的实际经验来看,即使是10%的利用率,可能也存在被高估的可能。

  建筑垃圾资源化利用的较大瓶颈,还是处理技术的问题。经过移动处理设备简单破碎的再生骨料,因为骨料品质低,含泥量大,而且性能不稳定,几乎没有商混企业敢于将其应用于混凝土生产。

  固定线为应对建筑垃圾原料成分的复杂性与不确定性的问题,对建筑垃圾处理工艺及设备要求较高,因此建设周期长,投资额也较大。但尽管如此,大部分固定线的再生骨料品质也不能够满足混凝土的正常应用要求,普遍应用场景仍然是控制掺量在30%左右。

  在RILEM标准中,明确规定标准规范的对象为粒径不小于4mm的混凝土用再生粗骨料,并将其分为I类、II类和11<类。其中,I类主要来源于碎砖石;II类主要来源于废混凝土块;11<类为再生骨料与天然骨料的混合物,且天然骨料须占骨料总质量的80%以上,同时,I类再生骨料占骨料总质量百分比不得超过10%。并在标准中进一步提出混凝土用再生粗骨料等级分类具体要求。

  在日本JIS A 5021 ~ A 5023 系列标准中,针对高品质再生骨料(再生骨料H)、中等品质再生骨料(再生骨料M)与低品质再生骨料(再生骨料L)分别制定独立标准,提出具体要求。这三种品质的再生骨料同样来源于建(构)筑物拆除、施工、改造等过程,根据更终再生骨料的具体用途,配合不同技术水平的处理生产工艺设备制成。在标准中明确说明:高品质再生骨料可用于制备普通混凝土;中等品质再生骨料用于生产桩、耐压板、基础梁、钢管混凝土等;低品质再生骨料用于生产垫层混凝土和对强度、耐久性不作要求的制品。与此同时,在日本标准JIS A 5308-2009《商品混凝土》中规定仅有高品质再生骨料可用于制备商品混凝土,作为普通混凝土和道路铺装混凝土使用,而高强混凝土等则不能采用高品质再生骨料。

  德国标准和日本标准规定的对象包含粗细再生骨料,日本标准更是分别针对再生粗骨料与再生细骨料制定要求,而RILEM标准则明确规定的对象为再生粗骨料。这也反映出当前世界范围内采用建筑垃圾再生骨料的普遍情况,即对采用再生粗骨料制备相应混凝土已形成共识,而对在混凝土中采用再生细骨料尚未普及,仅在日本标准中提出当其满足一系列具体要求时,方可用于制备指定品种的混凝土。

  通过以上技术资料可知,目前为止全球对建筑垃圾再生骨料都是以定量掺加的模式来利用。而对于建筑垃圾再生细骨料配制混凝土,整个行业都尚未普及。

  在这样一种建筑垃圾再生技术水平下,将建筑垃圾再生骨料用于装配式建筑产品,似乎是没有希望的,尤其是用于高品质PC构件产品,似乎更是不可能的。

  但宗楼建筑公司为了实现以建筑垃圾为原料,将蓝鲸墙板建筑成本拉低于砖混结构建筑的目的,对建筑垃圾处理工艺进行了多年的实践研究,并且取得了一定的技术突破。

  公司目前的建筑垃圾再生骨料实验生产线,已经实现了以下几种技术效果:

  1、实现了在普通混凝土正常生产中,再生粗骨料对天然骨料的100%替代率,且能够保证产品品质如一。

  2、实现了在普通混凝土正常生产中,再生细骨料对天然骨料的100%替代率,且能够保证产品品质如一。

  3、实现了在高强混凝土构件的正常生产中,再生粗细骨料对天然骨料的100%替代率,且能够保证产品品质如一。

  2018年深圳大学邢锋教授主持完成的"建筑废弃物再生骨料关键技术及其规模化应用 "项目获国家技术发明奖二等奖。与传统方法比较,该项目技术制造的结构混凝土中再生骨料利用率超过50%,而且在应用方面取得了巨大的经济效益,近三年新增销售额5.15亿元。由此可知提高再生骨料掺加比例,是目前重要的技术突破目标之一,而且会产生巨大经济效益。

  宗楼破碎模式的较大特征,是还原了天然河沙及鹅卵石的形成过程,以石打石的工艺,全程水洗和翻滚碰撞研磨,来实现对再生骨料的整形。不同于机械整形中,受到研磨的只是突出部位。宗楼破碎整形工艺中,依靠各种大小块的骨料相互碰撞研磨,达到了骨料表面百分之九十九去除水泥石的效果。

  能够去除水泥石,意味着一样可以将包裹在建筑垃圾外皮的泥土,也可以被干干净净地剥离,从而实现了再生骨料表皮的干净和整形处理。

  正因如此,宗楼破碎生产线,只要有足够高强度的混凝土垃圾,就可以生产各种高品质骨料,满足各种型号混凝土的配置需求。

  当这一点成为了现实,有了合格的再生混凝土,那么无论是什么样的混凝土构件,我们都可以用建筑垃圾再生骨料混凝土来生产。

  目前为止,宗楼建筑不仅实现了正常墙板生产过程中,100%使用再生混凝土骨料。而且在房屋产品的基础垫层、立柱圈梁、地面垫层、楼梯、屋顶叠合层都使用了大量建筑垃圾再生骨料混凝土。

  具有重大意义的应用场景,是宗楼建筑生产的“十米跨预应力空心叠合楼板”产品,采用C40混凝土配比,采用百分100再生粗骨料,百分100再生细骨料生产。经过多次荷载实验,其较大荷载可以达到单向单块每平方米1000公斤的承载能力。

  就目前为止,高品质的建筑垃圾资源化利用后,做成高品质的混凝土构件,其技术是完全可行的。

  建筑垃圾如果可以做成装配式建筑构件,其意义上相当于:今后如果没有特别大的需求,我们就可以不再向自然索取沙石资源,青山将常绿,绿水可清流。

  这个愿望有可能很快被实现,而不仅是空想。如果我们能够把目前存量的老旧建筑,一座一座地挨个砸碎,再加一点水泥,就能再造出绿色耐久的高品质房屋产品。那么将没有任何材质,能够比混凝土更绿色,没有什么材料能比混凝土更可以循环利用。

  更重要的是,它将会大幅度地降低装配式混凝土建筑的成本,让装配式混凝土建筑更具有竞争力。而且随着建筑垃圾处理费用的逐步提高,在未来我们可以预期的是,我们或许不需要靠卖骨料来盈利,而是我们要依靠处理固废来获得经济利益。

  张宗楼

  2020-3-25

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