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建筑垃圾在裝配式建筑結構中的應用研究

  建筑垃圾在裝配式建筑結構中的應用研究

  建筑垃圾資源化利用是一個重大的研究課題,而裝配式建筑也是,可如果兩者可以融而為一,則更是一門重大的綠色建筑技術研發課題。

  全球建筑垃圾資源化利用技術中,發達國家以起步早、利用率高、覆蓋范圍廣而走在建筑垃圾資源化技術的前列。

  韓國的人善ENT公司是一家專門生產再生骨料的公司,該公司的主要業務為收集、運輸建筑垃圾和生產再生骨料。其生產的再生骨料可分為普通骨料和優良骨料,粒徑為5~40mm。普通骨料可用于鋪路,優良骨料可按一定比例混入生產混凝土。人善ENT公司的辦公建筑就有30%使用了自己生產的再生骨料。并且,經有關部門檢測,該建筑完全符合建筑有關標準的要求。

  像這樣的再生骨料公司在韓國一共有276家,其中漢城就有73家。2002年韓國建筑垃圾的產生量為120141噸/日,再利用量為100209噸/日,再生利用率為83.4%。因此,韓國通過對建筑垃圾的再生利用即再生骨料的應用,有效地保護了環境和國土資源。

  相對國外發達國家普遍80%以上的再生率來說,國內的建筑垃圾資源化利用剛剛起步,雖然有近10億噸/年的建筑垃圾可以“變廢為寶”,但全國僅有建筑垃圾資源化項目 224 個,資源化能力 21718萬噸/年,企業性質以民營為主,實際產能發揮不足 50%,預估僅有10%的建筑垃圾被循環利用。

  而相當一部分資源化企業過度追風政策,卻忽視建筑垃圾資源化處理的高成本,盲目進入行業,結果無法盈利且難以生存,嚴重影響了行業健康有序發展。就我多年各地親赴廠家考察的實際經驗來看,即使是10%的利用率,可能也存在被高估的可能。

  建筑垃圾資源化利用的較大瓶頸,還是處理技術的問題。經過移動處理設備簡單破碎的再生骨料,因為骨料品質低,含泥量大,而且性能不穩定,幾乎沒有商混企業敢于將其應用于混凝土生產。

  固定線為應對建筑垃圾原料成分的復雜性與不確定性的問題,對建筑垃圾處理工藝及設備要求較高,因此建設周期長,投資額也較大。但盡管如此,大部分固定線的再生骨料品質也不能夠滿足混凝土的正常應用要求,普遍應用場景仍然是控制摻量在30%左右。

  在RILEM標準中,明確規定標準規范的對象為粒徑不小于4mm的混凝土用再生粗骨料,并將其分為I類、II類和11<類。其中,I類主要來源于碎磚石;II類主要來源于廢混凝土塊;11<類為再生骨料與天然骨料的混合物,且天然骨料須占骨料總質量的80%以上,同時,I類再生骨料占骨料總質量百分比不得超過10%。并在標準中進一步提出混凝土用再生粗骨料等級分類具體要求。

  在日本JIS A 5021 ~ A 5023 系列標準中,針對高品質再生骨料(再生骨料H)、中等品質再生骨料(再生骨料M)與低品質再生骨料(再生骨料L)分別制定獨立標準,提出具體要求。這三種品質的再生骨料同樣來源于建(構)筑物拆除、施工、改造等過程,根據更終再生骨料的具體用途,配合不同技術水平的處理生產工藝設備制成。在標準中明確說明:高品質再生骨料可用于制備普通混凝土;中等品質再生骨料用于生產樁、耐壓板、基礎梁、鋼管混凝土等;低品質再生骨料用于生產墊層混凝土和對強度、耐久性不作要求的制品。與此同時,在日本標準JIS A 5308-2009《商品混凝土》中規定僅有高品質再生骨料可用于制備商品混凝土,作為普通混凝土和道路鋪裝混凝土使用,而高強混凝土等則不能采用高品質再生骨料。

  德國標準和日本標準規定的對象包含粗細再生骨料,日本標準更是分別針對再生粗骨料與再生細骨料制定要求,而RILEM標準則明確規定的對象為再生粗骨料。這也反映出當前世界范圍內采用建筑垃圾再生骨料的普遍情況,即對采用再生粗骨料制備相應混凝土已形成共識,而對在混凝土中采用再生細骨料尚未普及,僅在日本標準中提出當其滿足一系列具體要求時,方可用于制備指定品種的混凝土。

  通過以上技術資料可知,目前為止全球對建筑垃圾再生骨料都是以定量摻加的模式來利用。而對于建筑垃圾再生細骨料配制混凝土,整個行業都尚未普及。

  在這樣一種建筑垃圾再生技術水平下,將建筑垃圾再生骨料用于裝配式建筑產品,似乎是沒有希望的,尤其是用于高品質PC構件產品,似乎更是不可能的。

  但宗樓建筑公司為了實現以建筑垃圾為原料,將藍鯨墻板建筑成本拉低于磚混結構建筑的目的,對建筑垃圾處理工藝進行了多年的實踐研究,并且取得了一定的技術突破。

  公司目前的建筑垃圾再生骨料實驗生產線,已經實現了以下幾種技術效果:

  1、實現了在普通混凝土正常生產中,再生粗骨料對天然骨料的100%替代率,且能夠保證產品品質如一。

  2、實現了在普通混凝土正常生產中,再生細骨料對天然骨料的100%替代率,且能夠保證產品品質如一。

  3、實現了在高強混凝土構件的正常生產中,再生粗細骨料對天然骨料的100%替代率,且能夠保證產品品質如一。

  2018年深圳大學邢鋒教授主持完成的"建筑廢棄物再生骨料關鍵技術及其規?;瘧?"項目獲國家技術發明獎二等獎。與傳統方法比較,該項目技術制造的結構混凝土中再生骨料利用率超過50%,而且在應用方面取得了巨大的經濟效益,近三年新增銷售額5.15億元。由此可知提高再生骨料摻加比例,是目前重要的技術突破目標之一,而且會產生巨大經濟效益。

  宗樓破碎模式的較大特征,是還原了天然河沙及鵝卵石的形成過程,以石打石的工藝,全程水洗和翻滾碰撞研磨,來實現對再生骨料的整形。不同于機械整形中,受到研磨的只是突出部位。宗樓破碎整形工藝中,依靠各種大小塊的骨料相互碰撞研磨,達到了骨料表面百分之九十九去除水泥石的效果。

  能夠去除水泥石,意味著一樣可以將包裹在建筑垃圾外皮的泥土,也可以被干干凈凈地剝離,從而實現了再生骨料表皮的干凈和整形處理。

  正因如此,宗樓破碎生產線,只要有足夠高強度的混凝土垃圾,就可以生產各種高品質骨料,滿足各種型號混凝土的配置需求。

  當這一點成為了現實,有了合格的再生混凝土,那么無論是什么樣的混凝土構件,我們都可以用建筑垃圾再生骨料混凝土來生產。

  目前為止,宗樓建筑不僅實現了正常墻板生產過程中,100%使用再生混凝土骨料。而且在房屋產品的基礎墊層、立柱圈梁、地面墊層、樓梯、屋頂疊合層都使用了大量建筑垃圾再生骨料混凝土。

  具有重大意義的應用場景,是宗樓建筑生產的“十米跨預應力空心疊合樓板”產品,采用C40混凝土配比,采用百分100再生粗骨料,百分100再生細骨料生產。經過多次荷載實驗,其較大荷載可以達到單向單塊每平方米1000公斤的承載能力。

  就目前為止,高品質的建筑垃圾資源化利用后,做成高品質的混凝土構件,其技術是完全可行的。

  建筑垃圾如果可以做成裝配式建筑構件,其意義上相當于:今后如果沒有特別大的需求,我們就可以不再向自然索取沙石資源,青山將常綠,綠水可清流。

  這個愿望有可能很快被實現,而不僅是空想。如果我們能夠把目前存量的老舊建筑,一座一座地挨個砸碎,再加一點水泥,就能再造出綠色耐久的高品質房屋產品。那么將沒有任何材質,能夠比混凝土更綠色,沒有什么材料能比混凝土更可以循環利用。

  更重要的是,它將會大幅度地降低裝配式混凝土建筑的成本,讓裝配式混凝土建筑更具有競爭力。而且隨著建筑垃圾處理費用的逐步提高,在未來我們可以預期的是,我們或許不需要靠賣骨料來盈利,而是我們要依靠處理固廢來獲得經濟利益。

  張宗樓

  2020-3-25

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