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在我国经济建设的总材料流量中,建筑材料的流量远远大于西欧中部这3个发达国家的比例。
同时我国城镇化建设步伐加速、城市中危旧房改造、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,都带来了大量的建筑废料。
众所周知,这些建筑废料绝大部分是无机材料或是经高温焙烧制造出来的材料和制品,在自然条件下很难消解。
堆放这些建筑废料需要占用大量的土地,并会对周围环境(河流、水源、植被等)造成危害。
虽然目前我国还没有发表确切的每年产生建筑废料的数据,但根据德国发表的资料估算,我国年产生的建筑废料有数亿吨之多。
已收集到德国已发表的有关年产生建筑废料的数据给出在表1。
表1德国生产建筑废料的数量及利用率建筑废料名称1993年万吨/年1994年万吨/年1999年万吨/年1999年利用率%德国图林根州1994年万吨/年开挖土方21500350道路废料2600280010020损坏的沥青150096建筑废料3000450064180建筑现场废料140012003340总计143002850011000590 为了对我国建筑废料年可能出现的数量给出一个粗略的、概念上的估计,首先将道路、桥梁、水利设施更新时出现的废料排除在外,仅对建筑物使用寿命终结(或是用途改变需拆迁)时所产生的建筑废料进行估算。
根据德国、荷兰对20多个固定或是移动的建筑物废料回收工厂(站)回收的50多种建筑物废料构成组分的测定分析表明,建筑物废料的主要组成部分如下:
回收时分离出的混凝土和天然石材占23%~25%;
回收时分离出的各类烧结砖占50%;
回收时分离出的灰砂砖占2%-4%;
回收时分离出的其他无机材料如轻质砖、轻质混凝土、加气混凝土、无砂大孔混凝土、抹灰材料、砂浆、多微孔矿渣、浮石等占23%-25%;
其他外来物如玻璃、非金属矿渣、块状石膏、木材、纸张、植物等占<
1%。
根据以上测定分析数据可知,烧结砖在回收的建筑物废料中占50%(由于我国建筑结构不同于西欧,建筑物废料中烧结砖的比例可能要高于50%),因而可按我国不同年份的烧结砖产量作为基准来粗略估算在建筑物使用寿命终结时可能出现的建筑物废料,该粗略估算数量见表2。
表2建筑物使用寿命终结时可能出现的建筑物废料估算数量年份烧结砖产量(亿块)烧结砖重量(亿吨)全国废料数量(亿吨)城镇废料数量(亿吨)19521490.3730.7460.37319541940.4850.9700.48519582530.6381.2760.63819653260.8151.630.81519701070.2680.5360.26819743410.8531.7060.85319779392.3784.7562.378198219634.9089.8164.908198424996.25812.5166.258198637499.37318.7469.3731988448511.21322.42611.2131990468811.72023.44011.7201992520813.02026.04013.0201994626415.66031.3215.6601996720018.00036.00018.0001998680017.00034.00017.0002000650016.25032.50016.2502002650016.25032.50016.250注:
该估算数量中未计算混凝土砌块、各类轻板、大板、钢结构建筑的量;
城镇可能出现的建筑物废料估算数量按全国的50%计;
该估算数量中未考虑1949年以前建筑物。
如果将1982年到2002年间的烧结砖产量平均计算,建筑物使用寿命终结时可能出现的建筑物废料估算量将达到25亿吨/年左右。
假如现在一个城市年建筑用砖量为100亿块,建筑物使用寿命终结时可能出现的建筑物废料估算数量将会达到5000万吨/年。
如果按建筑物废料的松散容重1.3t/m3,堆积高度按50m计算,堆放5000万吨的建筑物废料需要1000多亩土地。
以此类推,现在1个年建筑用砖量在20亿块以上的城市,在建筑物使用寿命终结时,如果3年内不对所出现的建筑物废料进行回收利用,就会酿成灾害。
如果从总量上看,从1982年到2002年的20年间我国共生产烧结砖大约为90000亿块,折合约225亿t,这些建筑物的使用寿命终结时可能出现的建筑物废料总数量将会达到450亿t。
英国、德国、奥地利、荷兰等西欧国家对大量的旧建筑物(50年以上、80年以上、100年以上的住宅、公用及工业建筑)在拆除现场的计算、测量、记录结果表明,根据建筑物结构形式的不同,单位体积平均产生的废料数量在375~401kg/m3之间。
因此也可根据建筑物的外围体积来估算可能产生的建筑废料数量,例如某住宅建筑的外围体积(容积)是5000m3时,就可能会产生1875~2005t的建筑废料。
虽然上述估算数量非常粗略,但从这些数据可以看出这样趋势:
我国的建筑物废料正在逐年增多,在很多大、中城市已形成了危害。
对建筑物废料的回收利用的研究和开发已到了刻不容缓的地步。
2建筑废料的回收及加工处理方法 建筑废料中最主要的组分是损坏的混凝土和拆除的墙体材料。
拆下的这两种材料不能直接利用,需要经过一定的分离和加工程序。
也就是说,回收建筑废料的可应用性能取决于回收材料的来源、种类及所使用的加工处理技术。
因此,在建筑物拆除时就应当按照不同材料的大类进行初步分离,提前将不希望有的小部分材料如木材、塑料、纸张、玻璃、金属等清除出去,对建筑物主体的大宗材料可按以下大类将其区分开来,分别拆除和回收:
·
混凝土材料。
主要是指梁、板、柱、地面等;
较纯的烧结砖瓦废料。
屋顶更换时的废瓦片,或是预先将外墙材料及内隔墙材料分类并分别拆除,以便得到较纯的烧结砖瓦废料;
主要是烧结砖的墙体材料。
烧结砖砌体废料中不可避免地含有砂浆和抹灰(粉刷)材料。
烧结砖砌体废料中含有砂浆和抹灰(粉刷)材料量的多少与建设时的使用量有关。
但在这一部分砌体废料中烧结砖的
组分最大可占95%(重量%),平均占到80%;
其他墙体废料。
如混凝土砌块、轻质混凝土、灰砂砖、粉煤灰砖、加气混凝土、墙地砖、各类板材等。
道路、桥梁、水利工程等的废料主要是混凝土,一般不需要分类拆除,因此这类废料在西欧的回收利用率也最高。
目前西欧用于建筑废料回收处理的工厂(站)基本有两种形式:
一种是可移动的建筑废料回收处理站,由初级筛分设备、反击式破碎机、磁力除铁器和必要的转运设备组成。
可移动的建筑废料回收处理站可在拆除现场或附近地区、或是在需要用加工后废料的施工现场对拆下的废料分门别类地进行加工处理。
运送来的建筑废料由初级筛分设备将其分为两部分,筛上粗料送入破碎机进一步破碎,破碎后的材料经磁力除铁器除去块状铁质物质;
另一种是固定式的建筑废料回收处理工厂。
在固定式的处理工厂中,一般有两级破碎设备,如颚式破碎机和反击式破碎机,并有专门的分离工序,如在输送带上借助于气力或湿洗的方法将不希望有的材料分离出去。
该类工厂中还配备有分类设备,如用颠簸振动设备对木材、塑料、纸片等轻质材料及有轻度污染的物质进行分类和分离。
破碎后的物料还可被分成不同用途、不同粒径的无机混合集料,如德国在固定式的建筑废料回收处理工厂中,按照德国标准DIN4226的要求将回收的建筑废料加工成0~32mm、0~45mm、0~65mm的无机混合集料,并可提供用于特殊需要场合的、有要求级配的颗粒状集料,如O~8mm、8~16mm、16~32mm的级配集料等,可用于混凝土、轻质混凝土、混凝土砌块、建筑用砂浆、噪音防护墙、墙板、水泥掺和料、运动场地、烧结墙体材料产品、土壤改良、基础工程、防冻工程、筑坝填充、绿化种植等多种用途。
3回收建筑废料的性能 为了使从建筑废料中回收加工生产的材料有特定的用途,就必须对回收加工生产的材料的性能有充分的、详细的了解。
由于建筑废料成分具有多样性,如果对建筑废料所加工生产的材料性能缺乏正确的、全面的了解,就会限制对建筑废料回收利用方法的开发或影响正确的回收和实际应用。
我国在建筑废料回收利用方面研究极少,目前还不能够用确切的数据来描述我国建筑废料的成分和特性,本文将用西欧的研究数据简要描述建筑废料的成分和特性。
3.1化学成分 为方便起见,表3仅汇集了回收的22种纯烧结砖碎块和33种墙体材料废料的化学成分,其他种类建筑废料的化学成分不一一赘述。
干燥损失烧失量SiO`2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3Cl22种纯烧结砖碎块平均值0.150.8766.815.56.492.631.993.060.750.490.01最小值0055.110.64.080.400.501.530.2200最大值0.302.6079.319.315.37.804.004.422.023.400.06标准差0.100.816.552.112.242.281.020.770.440.750.0133种墙体材料废料平均值0.395.1168.09.543.557.981.332.150.710.840.04最小值02.5052.07.202.503.700.801.360.450.100.01最大值1.1012.374.514.75.7015.01.983.470.893.300.15标准差0.292.035.401.540.712.780.300.550.120.720.03 从表3可以看出,纯烧结砖碎块和墙体材料废料的化学成分相差较大。
系统的统计数据表明,在这些回收材料中的烧失量(L.O.I.)、Al2O3、CaO、SO3含量之间相差较大,SO3的差异可能是由于有石膏存在;
烧失量和CaO含量的差异是由于存在砂浆和混凝土组分或是因为硅酸钙类的物质所致;
Al2O3的差异是因为在原始材料中就高。
3.2矿物成分 根据德国魏玛的鲍豪斯大学建筑工程系建筑材料和回收利用主讲教授一安内特·
米勒博士(Prof.Dr.—Ing.Habil.AnetteMUller,BauhausUniver
sityOfWeimar,FacuhyOfConstructionEngineering,ChairOfPreparationoffBuildingMaterialsandRecycling)所做的矿物研究分析表明:
建筑废料的矿物成分主要是石英和各类硅酸盐物质,如正长石、钙长石,还含有莫来石、方解石、赤铁矿等;
此外还含有非晶态(无定形)SiO2和非晶态水化物相。
3.3回收建筑废料的容重及孔隙率 材料的松散容重或孔隙率是表示大量固体物质物理性能的主要特征,因此德国在涉及建筑废料回收利用的标准DIN4226—100中,将容重和孔隙率作为分类的主要特征数值。
表4给出了纯烧结砖废料和墙体材料废料的表观密度及加工成颗粒状态时的容重(仅为颗粒>
2mm的部分)。
表4纯烧结砖废料和墙体材料废料的表观密度及加工成颗料状态时的容量项目数值表观密度[g/cm3]加工的颗粒状容量[g/cm3]纯烧结砖废料31种试样35种试样平均值0.8871.88最小值0.691.49最大值1.042.22标准离差0.0760.201墙体材料废料33种试样34种试样平均值0.941.89最小值0.831.73最大值1.032.1标准离差0.0480.099 纯烧结砖废料有着较宽的密度分布范围,这是由烧结砖的品种和用途不同所致。
在实际测定中发现,烧结的垂直多孔砖、烧结的砌筑砖、缸砖3类材料有着最大的密度。
3.4回收建筑废料的颗粒强度和抗冻性 回收建筑废料的颗粒强度和抗冻性能随材料种类的不同而变化。
正如所预料到的一样,回收纯烧结砖废料的颗粒强度较低,但其抗冻性非常好,简直令人惊讶。
与回收的混凝土材料比较,在同样的试验条件下,经冻融后的重量损失分别为4.2%和5.7%(过程P),或是5.9%和7.7%(过程N)。
这种现象能够用材料的总孔隙率和微孔结构尺寸及分布来解释。
材料有较高的孔隙率时,一般具有较低的机械强度,然而具有高孔隙率的材料却有着较好的抗冻性。
因为合理的孔结构材料有着足够大的孔隙,能够补偿水在结冰过程中的体积膨胀,即结冰时的膨胀应力由于孔的存在而被化解或减缓。
回收的混凝土材料的抗冻性没有纯烧结砖废料的好,其真正的原因是回收混凝土材料的孔结构尺寸及分布与纯烧结砖废料不同。
回收的混凝土材料经冻一融后,冻裂了11%;
回收的混合材料(烧结砖、混凝土、砂浆、抹灰材料等)颗粒经冻一融后,冻裂了7.4%;
而回收纯烧结砖废料的颗粒经冻一融后,仅冻裂了1.2%。
表5给出了回收的纯烧结砖废料颗粒的性能。
试验材料颗粒尺寸范围[mm]表观密度[g/cm3]颗粒物容量[g/cm3]颗粒强度压碎值[KN]冻融重量损失[%]*过程P过程NHlz12-0.9垂直多孔砖4~80.9261.91030.02.32.28~160.9211.89319.52.12.616~320.9571.87216.7Hlz8-0.7垂直多孔砖4~80.7741.65028.71.40.98~160.7521.60018.20.72.416~320.6801.5637.3 4回收建筑废料的综合利用 对建筑废料的大规模回收利用可追溯到第二次世界大战后。
二战结束后
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