两手抓  一推进

建筑固废与尾矿资源化助推我国再生骨料混凝土发展

王思博   张红

建筑固废是城乡固废的一大类，是指建设和施工单位或个人对各类建筑物、构筑物等进行建设、修缮及居民装修房屋过程中产生的固体废弃物。建筑固废按照来源可以分为土地开挖、道路开挖、旧建筑拆除、建筑施工和建材市场垃圾五类。狭义上指旧建筑物拆除垃圾。建筑固废资源化的目标是以最小的能量投入，实现物质与材料的循环利用，现代水泥和混凝土可持续发展为工矿固废、建筑固废、尾矿提供巨大的市场空间和用武之地。利用固体废弃物再生骨料和掺和料是混凝土可持续发展的必然选择，具有广阔的发展前景。

目前我国建筑垃圾现状非常突出的问题是，建筑垃圾年产出量只增不减，弃土大量产生，建筑垃圾占到城市垃圾的70%。以棚户区改造的撤除违建建筑为代表的城市改造正在进行，地下工程建设才起步，2017年全国地下综合管廊建设2000公里以上，2016年至2018年期间，地铁等轨道交通新增2000公里，一公里地铁（含车站）产土13万立方米，一公里四仓管廊产土6万立方米。2016年，北京市拆违建3000万立方米，上海市拆违建7000万立方米，一个县级市拆违建70万立方米。据专家预测，深圳市在“十三五”期间每年将产生建筑垃圾约7000万立方米。全国绝大多数城市没有专业建筑垃圾处置规则—一句话，建筑垃圾出路缺失。发达国家的建筑垃圾平均资源化率为95%，而我国只有不到5%，建筑垃圾进行资源化处理显得尤其迫切。

当前建筑垃圾的特点：一是数量巨大，每年约有35亿吨左右的建筑垃圾产生；二是种类复杂，高混杂且多砖瓦；三是目前处理方式简单，多数露天堆存或填埋；四是缺少分类、分级、分拣。截至2015年12月31日，全国城镇土地总面积约916公顷，其中城市面积占46.5%，合约6389.8亩。按一万吨的建筑垃圾占地2亩计（堆高5米），我国每年至少产出15亿吨，一年就占地30万亩以上。建筑垃圾如总是堆放，不到200年，我国的城市土地都将被建筑垃圾所覆盖。

目前处理的思路是：通过高效分离、破碎整形、高效筛分后，生产再生骨料、再生混凝土、再生砂浆和再生墙体材料。建筑固废还可以用作载体桩复合地基、路基材料、透水材料、人造景观和艺术混凝土。

尾矿是采矿过程中提取有价物质后的剩余和产物。尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”，但同时又是潜在的二次资源，当技术、经济条件允许时，可再次进行有效开发。显然，尾矿只是放错了地方的资源。在全球矿产资源供应紧张的局势下，发达国家发现，矿产资源加工利用后剩下的残渣、尾矿中蕴含着二次利用的商机。而我国是矿业大国，开发利用好长期累积的大量尾矿，既可“变废为宝”，又可有效缓解资源和环境压力。据统计，我国各种经济类型的矿山企业约16.5个，其中小型矿山16.3万座，占到全国矿山总数的98.85%，而小型矿山的产量仅占全国总产量的40%多。国内矿产资源的开采加工受到技术经济条件的限制，导致矿物回收率总体偏低，产生了数量巨大的尾矿。尾矿中含有大量的硅、铝、钙、镁的氧化物，其中硅、铝含量较高，与建筑材料所需的原料成分十分相近，因此建筑材料是实现尾矿大宗资源化利用的有效途径。

据中国资源综合利用年度报告统计数据显示，我国尾矿累计堆存量已超150亿吨，而且以每年近3亿吨的速度增长。目前我国尾矿综合利用率不足10%，铁尾矿的综合利用率更是仅为7%左右，与发达国家60%的综合利用率还相差很大，尾矿已成为我国产出量最大、堆存量最多的固体废弃物，不仅造成了土地资源的巨大浪费，而且带来了严重的环境问题和安全问题。尾矿资源综合利用是解决尾矿大量堆存问题的主要途径，利用尾矿制造混凝土、加气混凝土、砂浆、微晶玻璃、新型建材具有重要的现实意义。

随着矿产资源的大量开发，铁尾矿的排放量越来越大，给人类生活环境带来了严重的污染和危害。因此，利用铁尾矿制备建筑材料是大宗消解尾矿的有效途径。铁尾矿是选矿过程中排弃的数量巨大的固体废弃物，目前综合利用率只有20%左右。大量铁尾矿石只能采用堆放或填埋的形式来处理，形成了大量的尾矿坝，不仅占用了土地，而且也给人类生活环境带来严重的污染和危害，破坏了生态平衡。铁尾矿由于其化学组成和矿物组成等特点，经过一定的活化处理后具有火山灰胶凝活性，可开发为混凝土的掺和料，以此来提高其附加值，进一步降低混凝土成本。因此，提高铁尾矿资源的综合利用率，将其碎成砂、石集料等，进行再生利用是解决这个问题的根本出路。

科技部“绿色建筑及建筑工业化”重点专项 2017年度项目申报指南建议中指出：“工业及城市大宗固废制备绿色建材的研究内容是针对城市污泥、矿化垃圾、生活垃圾焚烧灰渣、工业废弃物等大宗固废制备建材的资源化利用，开展基本特性、热力学特性、环境影响评价体系研究；研发城市污泥、矿化垃圾、生活垃圾焚烧灰渣、工业废弃物等固体废弃物低能耗、低污染制备环境友好型建材关键技术，开发固体废弃物制备节能墙材、轻质保温绿色建材等高附加值产品及关键生产装备，研发除臭、预处理、高效均化等关键技术；建立固废制备活性粉体材料、节能墙材和轻质保温材料工业化示范生产线。研究建筑垃圾源头减量化关键技术；研发建筑垃圾高效分类、再生骨料高品质提升的工艺、技术及装备；研发建筑垃圾再生装配式混凝土构件、高品质装饰混凝土制品、渗蓄功能材料等的制备与应用关键技术；研究大规模渣土类建筑垃圾资源化处置关键技术与应用。”

建筑垃圾来源复杂且品质波动性大，导致再生骨料的品质不稳定和存在较高离散性，严重制约了再生骨料和再生混凝土的应用。目前关于再生骨料各种因素对再生混凝土强度影响的相关研究，都是针对特定再生骨料进行的，并没有形成涵盖所有品质的再生骨料，也没有形成再生混凝土配合比设计理论。实践中，技术人员发现再生混凝土的配合比设计兼有普通混凝土、轻集料混凝土和钢纤维增强混凝土设计的特点。再生骨料品质控制技术是提升再生骨料混凝土性能的先决条件，为了使再生骨料混凝土配合比设计理论具有广泛的适用性，首先必须获得不同品质的再生骨料。影响再生骨料混凝土强度的主要因素是胶水比，这一点与普通混凝土相一致，但再生骨料混凝土的用水量却复杂得多，主要是与再生骨料的高吸水率有关。研究表明，再生骨料混凝土随着胶水比的增大，其强度显著增加，呈现出非常好的线性关系。

进来的时候是固体废弃物，出去的时候却已经变成了建筑材料。这“一进一出”的动态正生动地描绘了建筑垃圾资源化后蜕变成再生节能建材的过程。再生节能建筑材料是指利用建筑垃圾等废弃物生产的再生建材以及新型节能建材。在新建筑物的建设和旧建筑物的维修和拆除中会产生许多建筑垃圾，至今我们还不能合理而快速地处理这些建筑废弃物，急需找到一种行之有效的解决办法消纳之，此时各种再生新型建筑材料便应运而生。

就目前而言，我国各种废弃物在建筑材料中的运用并不普及，再生材料生产企业的数量也比较少，但许多其他国家的建筑垃圾再利用率都达到了相当高的程度。比如欧盟国家建筑废弃物的平均资源化率超过70%，韩国、日本等一些亚洲国家建筑废弃物的资源化率也已超过90%。而在我国，由于技术装备研发推广缓慢、激励政策措施不配套、产品应用标准缺失等原因，资源化利用水平比较低，只有少量建筑垃圾被用于生产再生建筑骨料，再利用率不足5%。将建筑垃圾资源化处理、生产为再生建筑材料非常必要，既解决了垃圾堆放占地大、污染环境的问题，也解决了天然建筑材料匮乏和资源浪费的问题，各个工程的生产成本也会随之降低。据测算，若我国每年产生的35亿吨建筑垃圾资源被利用，可节约天然砂石30亿吨，节约取材用土和填埋用地80万亩；可生产免烧墙体和地面材料约1万亿块标砖。提高建筑垃圾资源化利用水平，对节约资源能源，保护生态环境以及创造经济价值意义重大。在混凝土原材料中，骨料占混凝土总量的75%左右，而骨料的来源主要是开山取石并将其加工成砂石料，或者挖取河道中的砂、卵石及砾石。自然环境遭到破坏，也严重影响了建筑业的可持续发展。生产混凝土需要消耗水泥和砂石，而生产水泥要排放大量的二氧化碳、硫化物、氮化物及其他有害气体和粉尘。废弃混凝土的来源广泛，数量也非常惊人。绝大部分废弃混凝土未经任何处理，有的露天堆放，有的填埋于地势低洼之处，造成严重的环境污染和资源浪费。将其运送到郊外掩埋，不仅要花费大量的运费，还会造成二次污染。如果将这些废弃混凝土收集加工后再生利用，不但可以节约资源，而且减少了环境污染，促进了社会经济的发展。随着经济的发展和社会的进步，越来越多的混凝土结构建筑因达到使用年限或不能满足应用需求而被拆除，由此产生了大量的废弃混凝土。将废弃混凝土破碎后部分代替传统矿料作为新拌混凝土的骨料，将是解决这两方面问题的最优方案。

废弃混凝土最常用的回收方式是将废弃混凝土块破碎、筛分、分级并按一定的比例混合后，作为新拌混凝土骨料，称为再生骨料；而使用再生骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称为再生混凝土。再生混凝土按骨料的组合形式可以有以下几种：骨料全部为再生骨料；粗骨料为再生骨料，细骨料为天然砂；粗骨料为天然碎石或卵石，细骨料为再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。而这些都需要用先进而精细的设备对建筑垃圾实行转化。

通过对废弃物资源化利用的政策研究，我们可以看到，对建筑废弃物关键技术与装备研发发展方向与趋势的描述是：研发建（构）筑物的拆除技术、建筑废物的分类与再生骨料处理技术、建筑废物资源化再生关键装备、新型再生建筑材料应用技术工艺。先进技术与装备推广有：推广再生混凝土及其制品制备关键技术、再生混凝土及其制品施工。还有期待关键技术、再生无机料在道路工程中的应用技术。目前在重点领域资源循环利用装备制造已经取得长足发展的，如针对共伴生矿产资源、尾矿、粉煤灰、煤矸石、脱硫石膏、赤泥、建筑废弃物、废矿物油等领域，研发出各类产业废物回收利用成套设备，并推广应用尾矿生产建筑材料生产设备，建筑垃圾、道路沥青处理及利用设备等。

2017年5月，国家发改委等14个部委颁布了《循环经济引领行动》，提出的主要目标是：绿色循环低碳产业体系初步形成。循环型生产方式得到全面推行，实现企业循环式生产、园区循环式发展、产业循环式组合，单位产出物质消耗、废物排放明显减少，循环发展对污染防控的作用明显增强。城镇循环发展体系基本建立。城市典型废弃物资源化利用水平显著提高，生产系统和生活系统循环链接的共生体系基本建立，生活垃圾分类和再生资源回收实现有效衔接，绿色基础设施、绿色建筑水平明显提升。

《循环经济引领行动》明确提出了“加快建筑垃圾资源化利用，到2020年，城市建筑垃圾资源化处理率达到13%。”提出的措施有：

（1）发布加强建筑垃圾管理及资源化利用工作的指导意见。

（2）制定建筑垃圾资源化利用行业规范条件，开展建筑垃圾管理和资源化利用试点省建设工作。

（3）完善建筑垃圾回收网络，制定建筑垃圾分类标准，加强分类回收和分选。

（4）探索建立建筑垃圾资源化利用的技术模式和商业模式。

（5）继续推进利用建筑垃圾生产粗细骨料和再生填料，规模化运用于路基填充、路面底基等建设。

（6）提高建筑垃圾资源化利用的技术装备水平，将建筑垃圾生产的建材产品纳入新型墙材推广目录。

（7）把建筑垃圾资源化利用的要求列入绿色建筑、生态建筑的评价体系。

《循环经济引领行动》强调要推动共伴生矿和尾矿综合利用。在储量大、共伴生的铁矿、铝土矿、铜矿、铅锌矿、金矿、钨锡矿等矿区，开展金属矿产综合开发利用试点示范。继续推进煤矿、高岭土、铝矾土、磷矿等共伴生非金属矿产资源综合利用。推进尾矿有价金属的高效分离提取和高值高效利用，开展尾矿多元素回收整体利用。支持利用尾矿和废石生产建筑材料和道路工程材料。鼓励资源枯竭矿区开展尾矿回填和尾矿库复垦。

推动大宗工业固废综合利用。重点推动冶金渣、化工渣、赤泥、磷石膏、电解锰渣等产业废物综合利用，培育一批骨干企业。进一步加强钢渣、矿渣、煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏综合利用。落实《新型墙材推广应用行动方案》。着力推进工业固废中战略性稀贵金属回收利用。建设工业固体废物综合利用产业基地。大力推进多种工业固体废物协同利用。建立再生产品和再生原料推广使用制度，实施原料替代战略，引导生产企业加大再生原料的使用比例。分类发布再生产品和再生原料标准和目录，建立再生产品（再制造产品）政府优先采购制度。率先推动电器电子产品生产企业提高再生原料使用比例。推广建筑垃圾再生产品，在政府投资的公共建筑或道路中，支持使用一定比例的建筑垃圾再生产品。推进大宗固体废物替代建材原料，限制同类天然建材原料开采。

以企业和行业为载体，建设50个工业资源综合利用产业基地，开展工业资源综合利用重大示范工程建设。发布工业资源综合利用先进适用技术装备目录，加快大宗工业固体废物综合利用先进技术装备和产品的推广应用。推动尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶金渣、工业副产石膏、化工废渣、赤泥等大宗固废的综合利用，拓宽利用途径，提升利用水平。

科技部“十三五”国家重点专项“绿色建筑与建筑工业化”（2016-2020）中也提出：“建筑垃圾资源化全产业链高效利用关键技术研究与应用”及“建筑垃圾精准与智能化管控技术与应用”的重要课题。

在住建部、工信部发布的《绿色建材评价技术导则》中，则对在砌体材料中应用废弃物制定了详细的评分规则。在预拌混凝土中固体废弃物综合利用比例评分规则为：

（1）不小于30%但小于50%，得60分；

（2）不小于50%但小于70%，得80分；

（3）不小于70%，得100分。

专家们对建筑固废与尾矿资源化的愿景是：一要处理好政府与市场的关系，政府要做好顶层设计，即积极扶持，又要搞好监管，管好两头，促实中间，抓好源头申报核准，完善收费制度和标准，出台强制应用措施，打通再生产产品出路，培育市场条件。企业要认识建筑垃圾资源化的困难与复杂性，依靠技术和创新，保证产品质量，用事实说服用户，用自身产业链的延伸发展取得盈利。二要正确认识和解决建筑垃圾与建设工程的关系，从规划、设计开始就抓减量和资源化，全过程协同配合，做好土方平衡，搞好现场分类，就地利用，降低资源化成本，加大宣传和示范，形成业界重视、全社会支持的局面，避免走生活垃圾30年后才强制分类的老路。

原文参见《混凝土世界》2017年06期 P66-68