碳達(dá)峰碳中和背景下,建筑廢料混凝土如何循環(huán)利用

混凝土與水泥制品雜志 · 2022-12-22 16:22 留言

在構(gòu)建新建筑或拆除舊建筑時(shí)都會(huì)形成大量廢料混凝土,以往的處理方式主要是將這些廢料混凝土運(yùn)送到郊外堆放或是掩埋,但這不僅會(huì)占用土地,還會(huì)造成環(huán)境污染。實(shí)際上,完全可以將這些廢料混凝土變廢為寶,通過(guò)制備再生混凝土將其加以循環(huán)利用,從而有效減少二氧化碳的排放,并改善廢料混凝土處理帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。這是碳達(dá)峰、碳中和背景下,建筑行業(yè)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的一項(xiàng)有力舉措。

1 碳達(dá)峰與碳中和的內(nèi)涵

人類生產(chǎn)生活一定會(huì)產(chǎn)生碳排放,因此要控制產(chǎn)生碳排放的源頭,但不是每個(gè)源頭都可以控制住,這就需要碳中和,對(duì)于實(shí)在無(wú)法控制的碳排放采用吸收中和的辦法,當(dāng)排放量等于吸收量時(shí),就達(dá)到了碳中和的平衡狀態(tài),即等于相對(duì)的零排放。之所以碳達(dá)峰與碳中和經(jīng)常一同出現(xiàn),是需要碳達(dá)峰到達(dá)下降的拐點(diǎn),才有碳中和達(dá)到相對(duì)零排放的基礎(chǔ)。同時(shí),降碳工作也不是只從控制產(chǎn)生二氧化碳的環(huán)節(jié)入手,還要同時(shí)采取碳吸收的方式,雙管齊下才能達(dá)到最佳的降碳效果。

碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)現(xiàn)已非常明確,但有些人可能會(huì)產(chǎn)生一種誤區(qū),即認(rèn)為在2030年達(dá)成“雙碳”的第一個(gè)目標(biāo)碳達(dá)峰,在2030年之前就可以無(wú)限排放。這種觀點(diǎn)顯然是錯(cuò)誤的,二氧化碳具有一定壽命,降碳工作也不是一蹴而就的,如果現(xiàn)在不加以控制,那么2030年的碳達(dá)峰以及之后的碳中和目標(biāo)都無(wú)法如期達(dá)成,因此各行業(yè)都應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)在開(kāi)始采取一定手段開(kāi)展減碳降碳工作。

2 建筑廢料混凝土循環(huán)利用之于碳達(dá)峰碳中和的意義

建筑材料的生產(chǎn)需要消耗大量的能源,在各類原材料的開(kāi)采以及煤炭、石油、天然氣的耗用等環(huán)節(jié),都會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳。如果循環(huán)利用建筑廢料混凝土,那么勢(shì)必會(huì)大幅降低碳排放。此外,傳統(tǒng)的堆放和掩埋這類廢料混凝土的處理手段能夠造成環(huán)境污染,這些廢料混凝土?xí)谧匀画h(huán)境中釋放大量的硅酸鈣、硫酸根、氫氧化鈣以及硫酸根等,使得水環(huán)境、土壤環(huán)境、大氣環(huán)境都會(huì)受到污染,導(dǎo)致大量植物死亡,影響自然植物對(duì)二氧化碳的吸收,造成區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境受損,且治理難度非常大。對(duì)建筑廢料混凝土循環(huán)利用,制成再生骨料、再生水泥等再生混凝土,不僅會(huì)減少一部分新建材的生產(chǎn),避免一些環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的二氧化碳,還利于環(huán)境保護(hù),維護(hù)生態(tài)平衡,更好地發(fā)揮自然環(huán)境對(duì)二氧化碳的凈化作用,對(duì)于推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有積極的推動(dòng)作用。

3 建筑廢料混凝土循環(huán)利用的主要方向

隨著我國(guó)城市建設(shè)的步伐不斷加快,各地紛紛興建各類大、中、小型建筑,對(duì)于混凝土材料的需求也不斷增加,這導(dǎo)致原材料開(kāi)采、建材配制等的活動(dòng)全年不止,而這些活動(dòng)的開(kāi)展均伴隨著大量的二氧化碳排放。此外,建筑施工項(xiàng)目以及每年各地都常見(jiàn)的老舊建筑拆除或改造工程均會(huì)產(chǎn)生大量的廢料混凝土,這些材料除了少部分用于場(chǎng)地回填,大部分都作為垃圾堆放、掩埋甚至投入到水系中,對(duì)自然環(huán)境造成破壞,很多綠色植物都因?yàn)閺U料混凝土造成的污染而死亡?;诖?,自上世紀(jì)末期,歐洲各國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家均開(kāi)展了對(duì)于廢料混凝土回收再利用的研究,以解決自身原材料不足的問(wèn)題,同時(shí)達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)能降碳的目的。我國(guó)自本世紀(jì)初也逐漸意識(shí)到綠色節(jié)能對(duì)于建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性,并開(kāi)始了對(duì)廢料混凝土回收再利用的相關(guān)研究。雖然我國(guó)在這方面和發(fā)達(dá)國(guó)家相比起步較晚,但在國(guó)家的高度重視下,近年來(lái)發(fā)展迅速,和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距也在快速縮短。

建筑廢料混凝土塊經(jīng)過(guò)破碎處理后能夠替代混凝土配制所需的粗骨料,也可以破碎后直接用在建筑地基加固,或是道路工程、機(jī)場(chǎng)跑道的墊層,室內(nèi)體育場(chǎng)的地坪墊層等。如果進(jìn)一步粉碎,也可以替代細(xì)骨料配制砌磚用砂漿或是抹灰砂漿等。以往建筑廢料混凝土循環(huán)利用產(chǎn)品主要是用于強(qiáng)度要求不是很高的建筑結(jié)構(gòu)。但是隨著近年來(lái)相關(guān)技術(shù)的完善,通過(guò)優(yōu)化配合比、調(diào)整再生骨料的加入劑量,也是可以將其應(yīng)用在強(qiáng)度要求比較高的建筑工程項(xiàng)目中。目前我國(guó)已經(jīng)可以通過(guò)錘擊、切割、破碎、篩分等工藝獲取品質(zhì)較高的再生骨料,可用于制備C25~C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。主要的思路就是先回收廢料混凝土,經(jīng)過(guò)錘擊、剔除雜物、破碎等一系列工藝,獲取再生混凝土,將廢料混凝土處理為包括再生骨料、再生水泥的再生混凝土,這是當(dāng)前碳達(dá)峰碳中和背景下建筑廢料混凝土循環(huán)利用的主要方向。

4 建筑廢料混凝土循環(huán)利用方法

先將建筑廢料混凝土統(tǒng)一收集回收,再經(jīng)過(guò)以下步驟獲取包括再生骨料、再生水泥的再生混凝土。

(1)錘擊初選。利用錘擊設(shè)備對(duì)廢料混凝土進(jìn)行錘擊,配合人工篩選,將廢料混凝土中摻入的木料、鋼筋以及塑料等其他材質(zhì)的雜物清理出去。

(2)破碎分離。通過(guò)顎式破碎機(jī)對(duì)初選后的廢料混凝土進(jìn)行破碎,破碎先后通過(guò)沖洗、磁選、烘干以及風(fēng)力分離等處理工藝。其中,沖洗能夠清理破碎混凝土上粘黏的泥灰雜質(zhì),磁選能夠?qū)⒒炷疗扑槲镏泻械慕饘俨馁|(zhì)雜物清理處理,最后進(jìn)行烘干、風(fēng)力分離,將木屑、塑料這一類的輕質(zhì)雜物清理干凈。

(3)破碎篩分。通過(guò)雙層網(wǎng)篩分機(jī)把經(jīng)上述工序處理后的破碎混凝土進(jìn)一步篩分,獲取粒徑在0~40 mm不等的再生骨料,對(duì)于粒徑超過(guò)40 mm的骨料則繼續(xù)破碎至40 mm以下。

(4)煅燒水泥。廢料混凝土經(jīng)過(guò)錘擊、破碎等工序處理后會(huì)產(chǎn)生很多泥灰,這些泥灰實(shí)際上是硬化水泥石,能夠用于制備再生水泥。所以在破碎分離環(huán)節(jié)會(huì)加入沖洗,來(lái)收集這些泥灰成分。沖洗分離出的泥漿經(jīng)烘干后,可以摻入配料,經(jīng)過(guò)煅燒獲取再生水泥。

5 建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的性能及改進(jìn)

5.1 建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的性能

利用建筑廢料混凝土獲取再生骨料、再生水泥等產(chǎn)品,再通過(guò)再生骨料混凝土與再生水泥混凝土配制再生混凝土,即建筑廢料循環(huán)利用的主要制品。這種辦法是否值得大范圍推廣普及,應(yīng)當(dāng)評(píng)估其性能?;炷列阅艿暮饬恐饕泻鸵仔?、強(qiáng)度、形變、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面,因此以下就從這幾個(gè)方面對(duì)建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的性能進(jìn)行分析。

(1)和易性。和易性就是指各材料拌合物的和易性,因?yàn)榻ㄖU料混凝土循環(huán)利用得到的再生骨料的表觀密度要比天然骨料低,孔隙率也相對(duì)較大,導(dǎo)致其具有更高的吸水率。在水灰比相同的情況下,通過(guò)建筑廢料循環(huán)利用獲得的再生混凝土無(wú)論是流動(dòng)性、可塑性、易密性還是穩(wěn)定性都會(huì)弱于天然骨料制備的混凝土,從而影響到其和易性及其使用性能。也正因?yàn)槿绱耍ㄖU料混凝土循環(huán)再生制品的孔隙更多,導(dǎo)熱系數(shù)更小,能夠獲取更高的隔熱保暖效果,故有一定的可取之處。目前綠色節(jié)能建筑會(huì)采用再生混凝土提高建筑的隔熱保溫效果,減少制冷、取暖所需的能源消耗,符合綠色建筑的相關(guān)理念。

(2)強(qiáng)度。對(duì)建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品,因?yàn)樵偕橇系目紫洞蟆⒘严洞?、吸水率更高,且雜質(zhì)問(wèn)題難以完全處理,導(dǎo)致建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的強(qiáng)度受到影響。對(duì)于對(duì)混凝土強(qiáng)度為中低等級(jí)要求的建筑工程,采用建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品能夠達(dá)到強(qiáng)度要求,但是對(duì)于高強(qiáng)度要求的建筑工程,則需要慎重。

(3)收縮形變。在同等水泥用量的情況下,因?yàn)榻ㄖU料混凝土循環(huán)利用制品的孔隙比較大,具備較強(qiáng)的吸水性,在拌和后及投入使用后,收縮形變的幅度相對(duì)比較小,因此在收縮形變方面,還是比較理想的。

(4)耐久性。建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的耐久性和廢料混凝土原本的耐久性存在密切關(guān)系,因?yàn)樵偕橇弦约霸偕嗟男阅苤饕^承自廢料混凝土的本身性能。在循環(huán)利用時(shí)經(jīng)過(guò)錘擊、破碎等處理后,性能會(huì)較原本有所降低,而且制備過(guò)程中或多或少會(huì)混入一些雜質(zhì),這也會(huì)影響一定的耐久性。因此從整體來(lái)看,建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的耐久性要低于常規(guī)的混凝土材料。

(5)經(jīng)濟(jì)性。常規(guī)的混凝土材料需要開(kāi)采原材料,并且每年需要消耗大量的石油、煤炭、天然氣等用于混凝土的制備,不僅會(huì)耗費(fèi)大量成本,還會(huì)增加碳排放。加上我國(guó)工程建設(shè)項(xiàng)目十分活躍,原材料必然會(huì)逐年減少,在市場(chǎng)供需規(guī)律下,原材料的價(jià)格也會(huì)不斷提高,成本將不斷提升。反觀建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品,不需要重新開(kāi)采、煉化,省去了這些環(huán)節(jié)的成本以及碳排放,而且由于建筑廢料混凝土一直被當(dāng)作廢棄物,獲取這類材料的成本非常低廉,大幅降低了成本投入。近年來(lái),混凝土再生循環(huán)得到了建筑行業(yè)的高度重視,相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展,可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)、加入增強(qiáng)添加劑來(lái)縮短和常規(guī)混凝土的差距??傮w來(lái)看,雖然建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的一些性能弱于常規(guī)混凝土,但其經(jīng)濟(jì)性突出,而且還有助于降碳環(huán)保,因此具有非常理想的應(yīng)用前景。

5.2 建筑廢料混凝土循環(huán)利用的工藝改進(jìn)

從上述性能分析不難看出,建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品在性能方面還存在一些問(wèn)題有待解決,這制約了廢料混凝土循環(huán)利用技術(shù)的推廣和普及。對(duì)此,本著助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的有效落實(shí),需要對(duì)廢料混凝土循環(huán)利用進(jìn)行工藝改進(jìn),進(jìn)一步提升建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品的性能,具體可以從以下幾個(gè)方面入手。

(1)在循環(huán)再生的破碎分離階段,對(duì)經(jīng)過(guò)破碎、沖洗以及磁選處理后的破碎混凝土進(jìn)行500 ℃的熱處理。經(jīng)過(guò)熱處理后得到的再生混凝土,其強(qiáng)度會(huì)得到進(jìn)一步提升。這是因?yàn)闊崽幚砟軌蚋淖兤扑槲锏膬?nèi)部結(jié)構(gòu),使粗細(xì)骨料和砂漿得以更加充分的分離,雜質(zhì)也更少,孔隙也變小,繼而達(dá)到提升其強(qiáng)度的效果。

(2)在破碎分離以及篩分的處理環(huán)節(jié)中,對(duì)破碎工藝進(jìn)行優(yōu)化能夠改善再生骨料的性能。因?yàn)樵偕橇系钠扑榇笮 ⒈砻娼Y(jié)構(gòu)對(duì)再生混凝土的性能有著直接影響,通過(guò)立式離心破碎工藝及設(shè)備,能過(guò)獲取粒度更小、更均勻的再生骨料,從而提升再生混凝土的性能。

(3)在煅燒水泥時(shí),可以在配料中加入礦渣、爐渣等材料作為晶種,這種處理方式能夠提升水泥基底材料的性能,進(jìn)而提升再生水泥性能,而且還能處理礦渣、爐渣等工業(yè)固體廢料,避免這些廢料對(duì)環(huán)境的污染,也符合環(huán)保低碳的理念。

(4)在利用再生骨料、再生水泥配制再生混凝土?xí)r,可以先對(duì)再生骨料通過(guò)水玻璃改性,有助于增強(qiáng)再生混凝土包括早期強(qiáng)度、抗酸腐蝕以及抗凍等方面的性能。

6 建筑廢料混凝土具體的循環(huán)利用

6.1 在建筑工程中的應(yīng)用

建筑廢料混凝土循環(huán)利用主要是經(jīng)過(guò)錘擊、破碎、篩分等形成骨料,再加入再生水泥、添加劑等攪拌形成再生混凝土,經(jīng)過(guò)這一系列操作形成的建筑廢料混凝土循環(huán)利用制品具有密度小、自重低、孔隙大等特點(diǎn),這些性能適合制成節(jié)能環(huán)保的多孔磚、空性砌塊,隔熱保溫性能理想,這類建筑材料的環(huán)保性能好、也能降低成本,可以打造綠色節(jié)能型建筑,進(jìn)一步發(fā)揮減排降碳的效果,助力雙碳目標(biāo)的有效落實(shí)。

6.2 在道路工程中的應(yīng)用

因?yàn)榻ㄖU料混凝土經(jīng)過(guò)錘擊、破碎等操作后,其強(qiáng)度會(huì)降低,因此比較適合低強(qiáng)度要求的工程項(xiàng)目。一般而言,道路工程的混凝土強(qiáng)度要求要顯著低于高層建筑工程,所以再生混凝土非常適合被應(yīng)用在道路工程中,即將建筑廢料混凝土制備成再生骨料,應(yīng)用在道路工程中。對(duì)于強(qiáng)度比較低、雜質(zhì)較多的循環(huán)利用產(chǎn)品,可將其用于道路墊層施工中。經(jīng)過(guò)篩分處理的材料性能有一定程度增強(qiáng),摻入一些增強(qiáng)劑后可應(yīng)用在道路基層的施工中,還可加入一些石灰、水泥、增強(qiáng)添加劑等進(jìn)一步提升其性能,得到性能更好的再生骨料,將建筑廢料混凝土循環(huán)利用技術(shù)有效應(yīng)用在路面混凝土中。

綜上,隨著碳達(dá)峰和碳中和雙碳目標(biāo)的制定,對(duì)建筑行業(yè)提出了更高的降碳環(huán)保要求。而將建筑建設(shè)及拆除所產(chǎn)生的廢料混凝土回收利用,通過(guò)錘擊、破碎、篩分等制成再生骨料、再生水泥等制備再生混凝土,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,一方面可以減少新混凝土材料的制備工作,避免這些制備環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放量,另一方面也可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境,避免廢料混凝土對(duì)大自然的破壞,發(fā)揮自然環(huán)境對(duì)二氧化碳的凈化作用。由此可見(jiàn),在碳達(dá)峰碳中和背景下,建筑廢料混凝土的循環(huán)利用是建筑行業(yè)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的有力舉措,值得推廣。

編輯:李佳蔚

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