碳达峰碳中和背景下，建筑废料混凝土如何循环利用
混凝土 混凝土与水泥制品杂志 2022-12-22
在构建新建筑或拆除旧建筑时都会形成大量废料混凝土，以往的处理方式主要是将这些废料混凝土运送到郊外堆放或是掩埋，但这不仅会占用土地，还会造成环境污染。实际上，完全可以将这些废料混凝土变废为宝，通过制备再生混凝土将其加以循环利用，从而有效减少二氧化碳的排放，并改善废料混凝土处理带来的环境污染问题。这是碳达峰、碳中和背景下，建筑行业响应国家号召的一项有力举措。
1 碳达峰与碳中和的内涵
人类生产生活一定会产生碳排放，因此要控制产生碳排放的源头，但不是每个源头都可以控制住，这就需要碳中和，对于实在无法控制的碳排放采用吸收中和的办法，当排放量等于吸收量时，就达到了碳中和的平衡状态，即等于相对的零排放。之所以碳达峰与碳中和经常一同出现，是需要碳达峰到达下降的拐点，才有碳中和达到相对零排放的基础。同时，降碳工作也不是只从控制产生二氧化碳的环节入手，还要同时采取碳吸收的方式，双管齐下才能达到最佳的降碳效果。
碳达峰、碳中和的目标现已非常明确，但有些人可能会产生一种误区，即认为在2030年达成“双碳”的第一个目标碳达峰，在2030年之前就可以无限排放。这种观点显然是错误的，二氧化碳具有一定寿命，降碳工作也不是一蹴而就的，如果现在不加以控制，那么2030年的碳达峰以及之后的碳中和目标都无法如期达成，因此各行业都应当从现在开始采取一定手段开展减碳降碳工作。
2 建筑废料混凝土循环利用之于碳达峰碳中和的意义
建筑材料的生产需要消耗大量的能源，在各类原材料的开采以及煤炭、石油、天然气的耗用等环节，都会产生大量的二氧化碳。如果循环利用建筑废料混凝土，那么势必会大幅降低碳排放。此外，传统的堆放和掩埋这类废料混凝土的处理手段能够造成环境污染，这些废料混凝土会在自然环境中释放大量的硅酸钙、硫酸根、氢氧化钙以及硫酸根等，使得水环境、土壤环境、大气环境都会受到污染，导致大量植物死亡，影响自然植物对二氧化碳的吸收，造成区域性的生态环境受损，且治理难度非常大。对建筑废料混凝土循环利用，制成再生骨料、再生水泥等再生混凝土，不仅会减少一部分新建材的生产，避免一些环节所产生的二氧化碳，还利于环境保护，维护生态平衡，更好地发挥自然环境对二氧化碳的净化作用，对于推动碳达峰碳中和目标的实现具有积极的推动作用。
3 建筑废料混凝土循环利用的主要方向
随着我国城市建设的步伐不断加快，各地纷纷兴建各类大、中、小型建筑，对于混凝土材料的需求也不断增加，这导致原材料开采、建材配制等的活动全年不止，而这些活动的开展均伴随着大量的二氧化碳排放。此外，建筑施工项目以及每年各地都常见的老旧建筑拆除或改造工程均会产生大量的废料混凝土，这些材料除了少部分用于场地回填，大部分都作为垃圾堆放、掩埋甚至投入到水系中，对自然环境造成破坏，很多绿色植物都因为废料混凝土造成的污染而死亡。基于此，自上世纪末期，欧洲各国、日本等发达国家均开展了对于废料混凝土回收再利用的研究，以解决自身原材料不足的问题，同时达到保护环境、节能降碳的目的。我国自本世纪初也逐渐意识到绿色节能对于建筑行业可持续发展的重要性，并开始了对废料混凝土回收再利用的相关研究。虽然我国在这方面和发达国家相比起步较晚，但在国家的高度重视下，近年来发展迅速，和发达国家的差距也在快速缩短。
建筑废料混凝土块经过破碎处理后能够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、机场跑道的垫层，室内体育场的地坪垫层等。如果进一步粉碎，也可以替代细骨料配制砌砖用砂浆或是抹灰砂浆等。以往建筑废料混凝土循环利用产品主要是用于强度要求不是很高的建筑结构。但是随着近年来相关技术的完善，通过优化配合比、调整再生骨料的加入剂量，也是可以将其应用在强度要求比较高的建筑工程项目中。目前我国已经可以通过锤击、切割、破碎、筛分等工艺获取品质较高的再生骨料，可用于制备C25～C30强度等级的混凝土。主要的思路就是先回收废料混凝土，经过锤击、剔除杂物、破碎等一系列工艺，获取再生混凝土，将废料混凝土处理为包括再生骨料、再生水泥的再生混凝土，这是当前碳达峰碳中和背景下建筑废料混凝土循环利用的主要方向。
4 建筑废料混凝土循环利用方法
先将建筑废料混凝土统一收集回收，再经过以下步骤获取包括再生骨料、再生水泥的再生混凝土。
（1）锤击初选。利用锤击设备对废料混凝土进行锤击，配合人工筛选，将废料混凝土中掺入的木料、钢筋以及塑料等其他材质的杂物清理出去。
（2）破碎分离。通过颚式破碎机对初选后的废料混凝土进行破碎，破碎先后通过冲洗、磁选、烘干以及风力分离等处理工艺。其中，冲洗能够清理破碎混凝土上粘黏的泥灰杂质，磁选能够将混凝土破碎物中含有的金属材质杂物清理处理，最后进行烘干、风力分离，将木屑、塑料这一类的轻质杂物清理干净。
（3）破碎筛分。通过双层网筛分机把经上述工序处理后的破碎混凝土进一步筛分，获取粒径在0～40 mm不等的再生骨料，对于粒径超过40 mm的骨料则继续破碎至40 mm以下。
（4）煅烧水泥。废料混凝土经过锤击、破碎等工序处理后会产生很多泥灰，这些泥灰实际上是硬化水泥石，能够用于制备再生水泥。所以在破碎分离环节会加入冲洗，来收集这些泥灰成分。冲洗分离出的泥浆经烘干后，可以掺入配料，经过煅烧获取再生水泥。
5 建筑废料混凝土循环利用制品的性能及改进
5.1 建筑废料混凝土循环利用制品的性能
利用建筑废料混凝土获取再生骨料、再生水泥等产品，再通过再生骨料混凝土与再生水泥混凝土配制再生混凝土，即建筑废料循环利用的主要制品。这种办法是否值得大范围推广普及，应当评估其性能。混凝土性能的衡量主要有和易性、强度、形变、耐久性、经济性等几个方面，因此以下就从这几个方面对建筑废料混凝土循环利用制品的性能进行分析。
（1）和易性。和易性就是指各材料拌合物的和易性，因为建筑废料混凝土循环利用得到的再生骨料的表观密度要比天然骨料低，孔隙率也相对较大，导致其具有更高的吸水率。在水灰比相同的情况下，通过建筑废料循环利用获得的再生混凝土无论是流动性、可塑性、易密性还是稳定性都会弱于天然骨料制备的混凝土，从而影响到其和易性及其使用性能。也正因为如此，建筑废料混凝土循环再生制品的孔隙更多，导热系数更小，能够获取更高的隔热保暖效果，故有一定的可取之处。目前绿色节能建筑会采用再生混凝土提高建筑的隔热保温效果，减少制冷、取暖所需的能源消耗，符合绿色建筑的相关理念。
（2）强度。对建筑废料混凝土循环利用制品，因为再生骨料的孔隙大、裂隙大、吸水率更高，且杂质问题难以完全处理，导致建筑废料混凝土循环利用制品的强度受到影响。对于对混凝土强度为中低等级要求的建筑工程，采用建筑废料混凝土循环利用制品能够达到强度要求，但是对于高强度要求的建筑工程，则需要慎重。
（3）收缩形变。在同等水泥用量的情况下，因为建筑废料混凝土循环利用制品的孔隙比较大，具备较强的吸水性，在拌和后及投入使用后，收缩形变的幅度相对比较小，因此在收缩形变方面，还是比较理想的。
（4）耐久性。建筑废料混凝土循环利用制品的耐久性和废料混凝土原本的耐久性存在密切关系，因为再生骨料以及再生水泥的性能主要继承自废料混凝土的本身性能。在循环利用时经过锤击、破碎等处理后，性能会较原本有所降低，而且制备过程中或多或少会混入一些杂质，这也会影响一定的耐久性。因此从整体来看，建筑废料混凝土循环利用制品的耐久性要低于常规的混凝土材料。
（5）经济性。常规的混凝土材料需要开采原材料，并且每年需要消耗大量的石油、煤炭、天然气等用于混凝土的制备，不仅会耗费大量成本，还会增加碳排放。加上我国工程建设项目十分活跃，原材料必然会逐年减少，在市场供需规律下，原材料的价格也会不断提高，成本将不断提升。反观建筑废料混凝土循环利用制品，不需要重新开采、炼化，省去了这些环节的成本以及碳排放，而且由于建筑废料混凝土一直被当作废弃物，获取这类材料的成本非常低廉，大幅降低了成本投入。近年来，混凝土再生循环得到了建筑行业的高度重视，相关技术不断发展，可以通过调整参数、加入增强添加剂来缩短和常规混凝土的差距。总体来看，虽然建筑废料混凝土循环利用制品的一些性能弱于常规混凝土，但其经济性突出，而且还有助于降碳环保，因此具有非常理想的应用前景。
5.2 建筑废料混凝土循环利用的工艺改进
从上述性能分析不难看出，建筑废料混凝土循环利用制品在性能方面还存在一些问题有待解决，这制约了废料混凝土循环利用技术的推广和普及。对此，本着助力碳达峰碳中和目标的有效落实，需要对废料混凝土循环利用进行工艺改进，进一步提升建筑废料混凝土循环利用制品的性能，具体可以从以下几个方面入手。
（1）在循环再生的破碎分离阶段，对经过破碎、冲洗以及磁选处理后的破碎混凝土进行500 ℃的热处理。经过热处理后得到的再生混凝土，其强度会得到进一步提升。这是因为热处理能够改变破碎物的内部结构，使粗细骨料和砂浆得以更加充分的分离，杂质也更少，孔隙也变小，继而达到提升其强度的效果。
（2）在破碎分离以及筛分的处理环节中，对破碎工艺进行优化能够改善再生骨料的性能。因为再生骨料的破碎大小、表面结构对再生混凝土的性能有着直接影响，通过立式离心破碎工艺及设备，能过获取粒度更小、更均匀的再生骨料，从而提升再生混凝土的性能。
（3）在煅烧水泥时，可以在配料中加入矿渣、炉渣等材料作为晶种，这种处理方式能够提升水泥基底材料的性能，进而提升再生水泥性能，而且还能处理矿渣、炉渣等工业固体废料，避免这些废料对环境的污染，也符合环保低碳的理念。
（4）在利用再生骨料、再生水泥配制再生混凝土时，可以先对再生骨料通过水玻璃改性，有助于增强再生混凝土包括早期强度、抗酸腐蚀以及抗冻等方面的性能。
6 建筑废料混凝土具体的循环利用
6.1 在建筑工程中的应用
建筑废料混凝土循环利用主要是经过锤击、破碎、筛分等形成骨料，再加入再生水泥、添加剂等搅拌形成再生混凝土，经过这一系列操作形成的建筑废料混凝土循环利用制品具有密度小、自重低、孔隙大等特点，这些性能适合制成节能环保的多孔砖、空性砌块，隔热保温性能理想，这类建筑材料的环保性能好、也能降低成本，可以打造绿色节能型建筑，进一步发挥减排降碳的效果，助力双碳目标的有效落实。
6.2 在道路工程中的应用
因为建筑废料混凝土经过锤击、破碎等操作后，其强度会降低，因此比较适合低强度要求的工程项目。一般而言，道路工程的混凝土强度要求要显著低于高层建筑工程，所以再生混凝土非常适合被应用在道路工程中，即将建筑废料混凝土制备成再生骨料，应用在道路工程中。对于强度比较低、杂质较多的循环利用产品，可将其用于道路垫层施工中。经过筛分处理的材料性能有一定程度增强，掺入一些增强剂后可应用在道路基层的施工中，还可加入一些石灰、水泥、增强添加剂等进一步提升其性能，得到性能更好的再生骨料，将建筑废料混凝土循环利用技术有效应用在路面混凝土中。
综上，随着碳达峰和碳中和双碳目标的制定，对建筑行业提出了更高的降碳环保要求。而将建筑建设及拆除所产生的废料混凝土回收利用，通过锤击、破碎、筛分等制成再生骨料、再生水泥等制备再生混凝土，实现循环利用，一方面可以减少新混凝土材料的制备工作，避免这些制备环节所产生的碳排放量，另一方面也可以保护生态环境，避免废料混凝土对大自然的破坏，发挥自然环境对二氧化碳的净化作用。由此可见，在碳达峰碳中和背景下，建筑废料混凝土的循环利用是建筑行业响应国家号召的有力举措，值得推广。
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