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        碳達峰碳中和背景下,建筑廢料混凝土如何循環利用!

        發布時間:2023-10-05    字號:【

          

           

           

           

          在構建新建筑或拆除舊建筑時都會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送到郊外堆放或是掩埋,但這不僅會占用土地,還會造成環境污染。實際上,完全可以將這些廢料混凝土變廢為寶,通過制備再生混凝土將其加以循環利用,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的環境污染問題。這是碳達峰、碳中和背景下,建筑行業響應國家號召的一項有力舉措。 

          1 碳達峰與碳中和的內涵 

          人類生產生活一定會產生碳排放,因此要控制產生碳排放的源頭,但不是每個源頭都可以控制住,這就需要碳中和,對于實在無法控制的碳排放采用吸收中和的辦法,當排放量等于吸收量時,就達到了碳中和的平衡狀態,即等于相對的零排放。之所以碳達峰與碳中和經常一同出現,是需要碳達峰到達下降的拐點,才有碳中和達到相對零排放的基礎。同時,降碳工作也不是只從控制產生二氧化碳的環節入手,還要同時采取碳吸收的方式,雙管齊下才能達到最佳的降碳效果。 

          碳達峰、碳中和的目標現已非常明確,但有些人可能會產生一種誤區,即認為在2030年達成“雙碳”的第一個目標碳達峰,在2030年之前就可以無限排放。這種觀點顯然是錯誤的,二氧化碳具有一定壽命,降碳工作也不是一蹴而就的,如果現在不加以控制,那么2030年的碳達峰以及之后的碳中和目標都無法如期達成,因此各行業都應當從現在開始采取一定手段開展減碳降碳工作。 

          2 建筑廢料混凝土循環利用之于碳達峰碳中和的意義 

          建筑材料的生產需要消耗大量的能源,在各類原材料的開采以及煤炭、石油、天然氣的耗用等環節,都會產生大量的二氧化碳。如果循環利用建筑廢料混凝土,那么勢必會大幅降低碳排放。此外,傳統的堆放和掩埋這類廢料混凝土的處理手段能夠造成環境污染,這些廢料混凝土會在自然環境中釋放大量的硅酸鈣、硫酸根、氫氧化鈣以及硫酸根等,使得水環境、土壤環境、大氣環境都會受到污染,導致大量植物死亡,影響自然植物對二氧化碳的吸收,造成區域性的生態環境受損,且治理難度非常大。對建筑廢料混凝土循環利用,制成再生骨料、再生水泥等再生混凝土,不僅會減少一部分新建材的生產,避免一些環節所產生的二氧化碳,還利于環境保護,維護生態平衡,更好地發揮自然環境對二氧化碳的凈化作用,對于推動碳達峰碳中和目標的實現具有積極的推動作用。 

          3 建筑廢料混凝土循環利用的主要方向 

          隨著我國城市建設的步伐不斷加快,各地紛紛興建各類大、中、小型建筑,對于混凝土材料的需求也不斷增加,這導致原材料開采、建材配制等的活動全年不止,而這些活動的開展均伴隨著大量的二氧化碳排放。此外,建筑施工項目以及每年各地都常見的老舊建筑拆除或改造工程均會產生大量的廢料混凝土,這些材料除了少部分用于場地回填,大部分都作為垃圾堆放、掩埋甚至投入到水系中,對自然環境造成破壞,很多綠色植物都因為廢料混凝土造成的污染而死亡?;诖?,自上世紀末期,歐洲各國、日本等發達國家均開展了對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題,同時達到保護環境、節能降碳的目的。我國自本世紀初也逐漸意識到綠色節能對于建筑行業可持續發展的重要性,并開始了對廢料混凝土回收再利用的相關研究。雖然我國在這方面和發達國家相比起步較晚,但在國家的高度重視下,近年來發展迅速,和發達國家的差距也在快速縮短。 

          建筑廢料混凝土塊經過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、機場跑道的墊層,室內體育場的地坪墊層等。如果進一步粉碎,也可以替代細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利用產品主要是用于強度要求不是很高的建筑結構。但是隨著近年來相關技術的完善,通過優化配合比、調整再生骨料的加入劑量,也是可以將其應用在強度要求比較高的建筑工程項目中。目前我國已經可以通過錘擊、切割、破碎、篩分等工藝獲取品質較高的再生骨料,可用于制備C25C30強度等級的混凝土。主要的思路就是先回收廢料混凝土,經過錘擊、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,這是當前碳達峰碳中和背景下建筑廢料混凝土循環利用的主要方向。 

          4 建筑廢料混凝土循環利用方法 

          先將建筑廢料混凝土統一收集回收,再經過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。利用錘擊設備對廢料混凝土進行錘擊,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的雜物清理出去。 

          2)破碎分離。通過顎式破碎機對初選后的廢料混凝土進行破碎,破碎先后通過沖洗、磁選、烘干以及風力分離等處理工藝。其中,沖洗能夠清理破碎混凝土上粘黏的泥灰雜質,磁選能夠將混凝土破碎物中含有的金屬材質雜物清理處理,最后進行烘干、風力分離,將木屑、塑料這一類的輕質雜物清理干凈。 

          3)破碎篩分。通過雙層網篩分機把經上述工序處理后的破碎混凝土進一步篩分,獲取粒徑在040 mm不等的再生骨料,對于粒徑超過40 mm的骨料則繼續破碎至40 mm以下。 

          4)煅燒水泥。廢料混凝土經過錘擊、破碎等工序處理后會產生很多泥灰,這些泥灰實際上是硬化水泥石,能夠用于制備再生水泥。所以在破碎分離環節會加入沖洗,來收集這些泥灰成分。沖洗分離出的泥漿經烘干后,可以摻入配料,經過煅燒獲取再生水泥。 

          5 建筑廢料混凝土循環利用制品的性能及改進 

          5.1 建筑廢料混凝土循環利用制品的性能 

          利用建筑廢料混凝土獲取再生骨料、再生水泥等產品,再通過再生骨料混凝土與再生水泥混凝土配制再生混凝土,即建筑廢料循環利用的主要制品。這種辦法是否值得大范圍推廣普及,應當評估其性能?;炷列阅艿暮饬恐饕泻鸵仔?、強度、形變、耐久性、經濟性等幾個方面,因此以下就從這幾個方面對建筑廢料混凝土循環利用制品的性能進行分析。 

          1)和易性。和易性就是指各材料拌合物的和易性,因為建筑廢料混凝土循環利用得到的再生骨料的表觀密度要比天然骨料低,孔隙率也相對較大,導致其具有更高的吸水率。在水灰比相同的情況下,通過建筑廢料循環利用獲得的再生混凝土無論是流動性、可塑性、易密性還是穩定性都會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。也正因為如此,建筑廢料混凝土循環再生制品的孔隙更多,導熱系數更小,能夠獲取更高的隔熱保暖效果,故有一定的可取之處。目前綠色節能建筑會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理念。 

          2)強度。對建筑廢料混凝土循環利用制品,因為再生骨料的孔隙大、裂隙大、吸水率更高,且雜質問題難以完全處理,導致建筑廢料混凝土循環利用制品的強度受到影響。對于對混凝土強度為中低等級要求的建筑工程,采用建筑廢料混凝土循環利用制品能夠達到強度要求,但是對于高強度要求的建筑工程,則需要慎重。 

          3)收縮形變。在同等水泥用量的情況下,因為建筑廢料混凝土循環利用制品的孔隙比較大,具備較強的吸水性,在拌和后及投入使用后,收縮形變的幅度相對比較小,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系,因為再生骨料以及再生水泥的性能主要繼承自廢料混凝土的本身性能。在循環利用時經過錘擊、破碎等處理后,性能會較原本有所降低,而且制備過程中或多或少會混入一些雜質,這也會影響一定的耐久性。因此從整體來看,建筑廢料混凝土循環利用制品的耐久性要低于常規的混凝土材料。 

          5)經濟性。常規的混凝土材料需要開采原材料,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,不僅會耗費大量成本,還會增加碳排放。加上我國工程建設項目十分活躍,原材料必然會逐年減少,在市場供需規律下,原材料的價格也會不斷提高,成本將不斷提升。反觀建筑廢料混凝土循環利用制品,不需要重新開采、煉化,省去了這些環節的成本以及碳排放,而且由于建筑廢料混凝土一直被當作廢棄物,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,混凝土再生循環得到了建筑行業的高度重視,相關技術不斷發展,可以通過調整參數、加入增強添加劑來縮短和常規混凝土的差距??傮w來看,雖然建筑廢料混凝土循環利用制品的一些性能弱于常規混凝土,但其經濟性突出,而且還有助于降碳環保,因此具有非常理想的應用前景。 

          5.2 建筑廢料混凝土循環利用的工藝改進 

          從上述性能分析不難看出,建筑廢料混凝土循環利用制品在性能方面還存在一些問題有待解決,這制約了廢料混凝土循環利用技術的推廣和普及。對此,本著助力碳達峰碳中和目標的有效落實,需要對廢料混凝土循環利用進行工藝改進,進一步提升建筑廢料混凝土循環利用制品的性能,具體可以從以下幾個方面入手。 

          1)在循環再生的破碎分離階段,對經過破碎、沖洗以及磁選處理后的破碎混凝土進行500 ℃的熱處理。經過熱處理后得到的再生混凝土,其強度會得到進一步提升。這是因為熱處理能夠改變破碎物的內部結構,使粗細骨料和砂漿得以更加充分的分離,雜質也更少,孔隙也變小,繼而達到提升其強度的效果。 

          2)在破碎分離以及篩分的處理環節中,對破碎工藝進行優化能夠改善再生骨料的性能。因為再生骨料的破碎大小、表面結構對再生混凝土的性能有著直接影響,通過立式離心破碎工藝及設備,能過獲取粒度更小、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,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,進而提升再生水泥性能,而且還能處理礦渣、爐渣等工業固體廢料,避免這些廢料對環境的污染,也符合環保低碳的理念。 

          4)在利用再生骨料、再生水泥配制再生混凝土時,可以先對再生骨料通過水玻璃改性,有助于增強再生混凝土包括早期強度、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利用 

          6.1 在建筑工程中的應用 

          建筑廢料混凝土循環利用主要是經過錘擊、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,經過這一系列操作形成的建筑廢料混凝土循環利用制品具有密度小、自重低、孔隙大等特點,這些性能適合制成節能環保的多孔磚、空性砌塊,隔熱保溫性能理想,這類建筑材料的環保性能好、也能降低成本,可以打造綠色節能型建筑,進一步發揮減排降碳的效果,助力雙碳目標的有效落實。 

          6.2 在道路工程中的應用 

          因為建筑廢料混凝土經過錘擊、破碎等操作后,其強度會降低,因此比較適合低強度要求的工程項目。一般而言,道路工程的混凝土強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用在道路工程中,即將建筑廢料混凝土制備成再生骨料,應用在道路工程中。對于強度比較低、雜質較多的循環利用產品,可將其用于道路墊層施工中。經過篩分處理的材料性能有一定程度增強,摻入一些增強劑后可應用在道路基層的施工中,還可加入一些石灰、水泥、增強添加劑等進一步提升其性能,得到性能更好的再生骨料,將建筑廢料混凝土循環利用技術有效應用在路面混凝土中。 

          綜上,隨著碳達峰和碳中和雙碳目標的制定,對建筑行業提出了更高的降碳環保要求。而將建筑建設及拆除所產生的廢料混凝土回收利用,通過錘擊、破碎、篩分等制成再生骨料、再生水泥等制備再生混凝土,實現循環利用,一方面可以減少新混凝土材料的制備工作,避免這些制備環節所產生的碳排放量,另一方面也可以保護生態環境,避免廢料混凝土對大自然的破壞,發揮自然環境對二氧化碳的凈化作用。由此可見,在碳達峰碳中和背景下,建筑廢料混凝土的循環利用是建筑行業響應國家號召的有力舉措,值得推廣。 

          來源:混凝土與水泥制品雜志 

           

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