建筑垃圾零废弃高效益资源化及其关键技术.ppt

张 雄 博士 教授 博士生导师 同济大学建筑材料研究所 E-mail： 2015年9月19日 建筑垃圾零废弃高效益资源化 方案及其关键技术 一、建筑垃圾资源化国策与实施现状一、建筑垃圾资源化国策与实施现状 二、建筑垃圾零废弃高效益资源化方案二、建筑垃圾零废弃高效益资源化方案 三、建筑垃圾零废弃高效益资源化案例三、建筑垃圾零废弃高效益资源化案例 报报 告告 大大 纲纲 建筑垃圾零废弃高效益资源化方案 及其关键技术 四、建筑垃圾资源化前景展望四、建筑垃圾资源化前景展望 （一）国家政策导向 （二）建筑垃圾资源化现状 （三）建筑垃圾资源化技术进展 一、建筑垃圾资源化国策与实施现状一、建筑垃圾资源化国策与实施现状 （一）国家政策导向 一、建筑垃圾资源化国策与实施现状一、建筑垃圾资源化国策与实施现状 1、国家层面建筑垃圾资源化出台法规 国家相关法规 循环经济促进法 固体废物污染防治法 国务院关于加快发展循环经济的若干意见 相关部委相关规定 城市建筑垃圾管理规定（建设部） 大宗固体废物综合利用实施方案（发改委） 关于公布资源综合利用企业所得税优惠目录的通知（ 财税2008117号）等等 2、地方政府出台地方规定 全国北京、上海、重庆、深圳等三十多个 大中城市都相继出台的建筑垃圾综合利用的相关扶 持政策。 如昆明市城市建筑垃圾管理实施办法规定 ，规范性建筑垃圾资源化处理企业可获得政府补助 ，并可在产品、税收、土地、信贷、供水、供电等 方面享受优惠。 青岛市关于做好建筑废弃物综合利用工作的 通知则说，各区政府及市直相关部门应当采取租 赁、划拨或买断等方式为建筑废弃物综合利用企业 解决项目建设用地。 3、政策法规规落实实状况 地方政府重视程度参差不齐： 建筑垃圾资源化涉及部门多，需要多部门协同推 进。 呼吁：国家层面或地方 政府为建筑垃圾资源化立法。 （二）建筑垃圾资源化现状 2014年建筑垃 圾排放量达3.0亿 吨，年增长 5%10%。 我国利用率 仅为5%左右。日 本、欧美发达国 家达到约90%。 “十二五”资源 综 合利用指导 意见将建筑垃圾 列为大宗固体废弃 物资源化重点产业 。 1、国内外建筑垃圾资源化现状 国内建筑垃圾资源化现状 从前我国在建筑垃圾的管理一直较为薄弱，建筑垃圾 基本不经任何处理便被运往郊外或乡村，采用露天堆放 的方式进行处置。 直到上世纪80年代末、90年代初，我国才陆续在一 些大城市开展了对建筑垃圾的资源化工作。 国内建筑垃圾国内建筑垃圾资资资资源化源化现现现现状状 低资源化率； 低效益利用； 高二次废弃； 国外建筑垃圾资源化现状 二战以后，西方发达国家进行了大规模的城市建设 ，同时引发了建筑垃圾数量的急剧增长。 经过几十年的发展，西方各国建筑垃圾处理产业已 经进入稳步发展阶段。各国建筑垃圾的利用率普遍较高 。 北美洲大约1.15亿吨/年建筑垃圾，其中75%被回收利用， 有许多建筑商甚至回收建筑垃圾的90% 英国的建筑垃圾中： 16% 用于填埋， 25% 运出工地用于其他地方， 35% 在现场破碎后使用， 18% 破碎后销售到其它地方， 1% 作为有害垃圾处理。 日本从二十世纪八十年代开始利用废弃混凝土生产再生混 凝土，十几年前的产量就超过其全国商品混凝土的1/10。 特 点 资源化 现 状 关 键 难 点 资源化 目 标 成分复杂波动大； 部分废弃物品位低 量大 资源化率低； 部分低品位物再 次废弃二次污染 。 低品位废弃 物的综合利 用。 零废弃 高效益 建筑垃圾特点与资源化难点 （三）建筑垃圾资源化技术进展 1 1、科技、科技经费经费经费经费 投入巨大、重复研究多投入巨大、重复研究多 国家“十一五”“十二五”科技支撑计划项目投入上 亿科研经费； 地方政府也重复立项投入科技经费研究； 同济大学近年承担相关项目 国家十一五支撑计划项目课题：“地震灾区建筑垃圾资 源化技术及其示范生产线” 国家十一五科技支撑项目课题：“建筑材料与设备系统 施工安装关键技术” 国家十二五支撑计划项目子课题：“建筑垃圾再生骨料 混凝土耐久性研究” 上海科委重点项目：“城市建筑废弃物资源化集成与产 业化示范研究” 上海浦东新区科委重点项目：“建筑垃圾再生骨料应用 技术研究” 2 2、技、技术规术规术规术规 范体系初建范体系初建 国外： RILEM标准（国际材料与结构实验联合会） 德国标准DIN 4226-100 英国BRE标准：Digest 433 日本系列标准：JIS A5021:2005 JIS A5022:2007 JIS A5023:2006 国内： 混凝土用再生粗骨料（GB/T 25177-2010） 混凝土和砂浆用再生细骨料（GB/T 25176-2010） 再生骨料应用技术规程（JGJ/T 240-2011） （一）建筑垃圾零废弃高效益资源化难点分析 （二）建筑垃圾高效益资源化方案； （三）建筑垃圾零废弃资源化方案； 二、建筑垃圾零废弃高效益资源化方案二、建筑垃圾零废弃高效益资源化方案 1 1 建筑垃圾来源、组成与分类 2 2 零废弃、高效益资源化难点 3 3 零废弃、高效益资源化核心技术问题 （一）建筑垃圾零废弃高效益资源化难点分析 建筑垃圾建筑垃圾改建 扩扩 建 新建 铺铺 设设 修 缮缮 装 饰饰 1、建筑垃圾来源、组成与特点 （1）建筑垃圾主要来源 建筑垃圾主要组成：渣土、砂浆和混凝土、砖瓦 、金属、木材、等组成。 废弃的旧民居建筑：砖块、瓦砾约占80，其余为木料 、碎玻璃、石灰、粘土渣等； 废弃的旧工业、楼宇建筑：混凝土块约占5060， 其余为金属、砖块、砌块、塑料制品等。 废弃的混凝土道路：混凝土块约占8090。 （2）建筑垃圾主要组成 根据生成建筑废弃物的建筑活动的性 质，国际上通常将其分为五类： 即交通工程废弃物、挖掘工程废弃物、拆卸 工程废弃物、清理工程废弃物和扩建翻新工程废 弃物。 按照废弃物可再生性和可利用价值则分 三类： （1）可直接利用的材料； （2）可作为再生材料或可用于回收的材料； （3）没有利用价值的废弃物。 （3） 建筑垃圾分类 2、建筑垃圾零废弃高效益、资源化难点 破破 碎碎 加加 工工 建建 筑筑 垃垃 圾圾 再生混凝土再生混凝土 再生砂再生砂浆浆浆浆 墙墙墙墙体材料体材料 再生混凝土再生混凝土 （1）建筑垃圾资源化主要途径 再生粗骨料 高品质：强度高、含泥低 低品质：强度低、含泥高 细粉料 高品质：水泥石粉多、含泥低 低品质：水泥石粉少、含泥高 再生细骨料 高品质：含泥低、细粉低 低品质：含泥高、细粉高 （2）资源化加工后建筑垃圾品质 （3）低品质建筑垃圾有害杂质组分与资源化难点 高粘土 质组分 低品质粗骨料：配制低强度等级砼A B 含泥量 低品质细骨料：制作低品质墙材B B 含泥量 低品质细粉料：二次废弃填埋C B 含泥量 粘土质粘土质 组分组分 3、建筑垃圾零废弃、高效益资源化核心技术问题 高粘土质细粉料 零废弃资源化 低品质高含泥再生原料 高效益资源化 1 1 建筑垃圾低效益资源化原因分析 2 2 建筑垃圾高效益资源化技术方案 （二）建筑垃圾高效益资源化技术方案 （1）建筑垃圾再生产品粘土杂质负作用 （2）建筑垃圾再生产品应用技术滞后 (3) 建筑垃圾资源化生产工艺设备技术 滞后 1 1 建筑垃圾低效益资源化原因分析 （1）建筑垃圾再生产品粘土杂质负作用 1）吸附外加剂、导致工作性差； 2）影响界面粘结力，导致强度低。 含泥量对混凝土坍落度的影响 含泥量对混凝土强度的影响 1. 含泥量增加1%，坍落度下降16mm，28d强度降低1.2MPa； 2. 含泥量超过7.5%时，影响加剧。 （A）含泥量对混凝土性能的影响 影响因素：对外加剂的吸附作用 表现：工作性差、强度低 调整至同等坍落度减水剂掺量 和坍落度损失随含泥量的变化 调整至同等坍落度后强度 随含泥量的变化 1. 含泥量增加1%则需要额外的0.1%掺量的减水剂来克服泥土的吸附作用。 2. 当含泥量为9.0%时候，减水剂的掺量达2.8%，比基准组掺量增加40%； 3. 1h后的坍落度损失也随着含泥量的增加而增加； 4. 强度表现出下降的趋势，与同配比条件下的强度相比，强度下降速度变缓 （B）含泥量对外加剂效果的影响 （2）建筑垃圾再生产品应用技术滞后 1）标准列出了品质基本指标，未能提供 低品质材料应用技术指南； 2）应用技术规程只是传统配合比设计的 修正版，在实际应用过程中有局限性。 混凝土用再生粗骨料（GB/T 25177-2010） 混凝土用再生粗骨料 *32 红框所示为 新增指标 天然砂石为 1.0% 混凝土和砂浆用再生细骨料（GB/T 25176-2010) 混凝土和砂浆用再生细骨料 *33 相对于天然 砂新增指标 天然砂采用 吸水率 再生粗骨料类型I类II类III类 配制混凝土允许最大强度等级无限制C40 C25 （混凝土无抗冻性要求 ） 再生细骨料类型I类II类III类 配制混凝土允许最大强度等级C40C25不宜用 再生骨料应应用技术规术规 程（JGJ/T 240-2011） 注：再生骨料不得用于配制预应力混凝土。 混凝土再生骨料应用技术规程（JGJ/T 240-2011 ） 规定了不同级别的再生粗骨料和再生细骨料所适用的混凝土类别 规定了再生混凝土所用原材料的性能要求，包括对再生骨料的要求 规定了再生混凝土的性能要求和结构设计取值原则 给出了再生混凝土配合比设计方法 *35 应用技术规程 (3) 建筑垃圾资源化生产工艺设备技术滞后 1）缺乏建筑垃圾资源化产业链工艺设备生产线； 2）设备工艺参数受到标准误导脱离应用技术实际 ； 1）缺乏建筑垃圾资源化产业链工艺设备生产线 欧美在建筑垃圾资源化利用方面已经有 70年以上的成熟经验。日本和韩国有超过 40年以上的经验。国内的一些城市也有10 年以上的实践经验。但是迄今为止缺乏建 筑垃圾资源化产业链工艺设备生产线。 建筑垃圾产业链模式 建筑垃圾处理产业链是在建筑活动完成（ 资源价值的大部分转移）之后，通过对副产品（建筑 垃圾）进行合理配置和利用，实现建筑垃圾资源残值 的开发，即建立回收加工再利用一条龙式的 产业关联，实现资源价值转移的最大化。 建筑垃圾资源化产业链 建筑垃圾回收分检产业 建筑垃圾初级加工资源化产业 再生砂浆产业 再生混凝土产业再生墙材产业 再生掺合料产业 功能外加剂产业 2）设备工艺参数受到标准误导脱离应用技术实际 A、建筑垃圾再生骨料品质指标局限性； B、建筑垃圾再生产品应用技术规程的局限性 高效益高效益 资源化方案资源化方案 (1)产业链规划和高效益产品设计 (2)建筑垃圾资源化工艺与设备优化 (3) 资源化产品高效益应用技术与服务平台 2 2 建筑垃圾高效益资源化技术方案 (1) 产业链规划和高效益产品设计 1）建筑垃圾资源化产业链延伸规划 2）多元化高效益产品设计 建筑垃建筑垃 圾初级圾初级 资源化资源化 矿矿物掺掺合 料产业产业 商品砂浆产业浆产业 骨料精加 工产业产业 预预拌混凝土产业产业 混凝土制品产业产业 砂浆浆功能外 加剂产业剂产业 1）建筑垃圾资源化产业链延伸设计 建筑垃圾资源化产业链特征 1）产业链长 建筑垃圾产业生产方式本身拉长了产业链条。在这一过程中 原来被废弃的建筑垃圾由于进行了回收加工和无害处理，增加 了生产环节，价值链相应得到延伸，同样的资源创造出更大的 价值。 2）价值链节点交叉、方向迂回 传统产业链通常是线性的，即围绕某一产品进行流水线式的 价值传递。 建筑垃圾产业模式下，建筑原材料资源的价值利用更加充 分，同样的资源为被多次利用，物质循环带来生存迂回，资源 的多重开发导致资源的使用价值细分，产业链出现多次交叉。 因此，建筑垃圾产业链的形状可能会呈现出网状、环型等特点 。 建筑垃建筑垃 圾初级圾初级 资源化资源化 2）建筑垃圾资源化多元化产品设计 再生骨料系列 功能砂浆用细骨料 整形精细骨料、。 功能外加剂 砂浆用功能外加剂 其它功能外加剂、。 砂浆、混凝土掺合料 水泥混合材、。 (2) 建筑垃圾资源化工艺与设备优化 1） 资源化产业链成套工艺生产线 2） 建筑垃圾资源化设备工艺改革 1）建筑垃圾资源化产业链成套工艺生产线 再生砼专用 外加剂生产线 再生矿物 掺合料 生产线 建筑垃圾 初级资源化 预拌砼 生产线 预拌砂浆 生产设备 骨料整形 生产设备 砂浆外加剂 生产线 2）建筑垃圾资源化设备工艺改革 u再生骨料级配曲线调控工艺 u再生骨料形貌整形工艺 u再生骨料杂质控制控制工艺 （3） 建筑垃圾资源化产品高效益应用技术与服务平台 1）资源化产品高效益应用技术 2）高效益资源化技术服务平台 A A 再生骨料砂浆、混凝土配合比设计方法 B B C C 再生骨料混凝土磁化水应用技术 1）资源化产品高效益应用技术 再生骨料混凝土专用外加剂技术 b b 配合比设计原理与方法 a a A、再生骨料砂浆、混凝土配合比设计方法 再生骨料品质控制方法 1）再生骨料颗粒群特征参数控制 级配、形貌、粗糙度 2）再生骨料本征物理特性 密度、压碎指标、吸水率 3）再生骨料杂质控制指 再生骨料含泥量、轻质无机杂质、有机 杂质 a、再生骨料品质控制 （1 1） 再生骨料颗粒群特征参数 （2 2） 再生骨料矿物组成 （3 3） 再生骨料中的杂质 再生骨料本征特性对砼性能的影响 1 1） 再生骨料颗粒级配分布 2 2）再生骨料形状特征 3 3 ）再生骨料表面特征 （1）再生骨料颗粒群特征参数对混凝土性能的影响 强度强度 和易性和易性 1 1） 原始岩石种类 2)2) 水泥水化产物 3)3) 未水化的胶凝材料 （2）再生骨料矿物组成对混凝土性能的影响 强度强度 和易性和易性 1)1) 再生骨料含泥量 2)2) 有机杂质 3)3) 无机杂质 （3）再生骨料杂质对混凝土性能的影响 和易性和易性 强度强度 （a）不宜沿用传统混凝土配合比设计方法 a）传统砼的特点 传统配合比经验源于的四组分砼配合比； 传统砼性能设计：强度、塌落度、抗渗性； 传统砼配合比在生产工艺控制方面比较欠缺； b、再生骨料混凝土配合比设计方法 传统混凝土配合比设计方法的局限性 水灰比定则为唯一理论和计算依据 缺乏其他明确理念和规律。 因果：体积单纯加和模型 孤立处理，缺乏结构概念。 经验：统计方法 情况复杂化后无所适从。 （b）应采用现代砼配合比设计理念 a）现代砼配合比设计理念 骨料级配设计 胶凝材料体系设计 复合化学外加剂设计 砼配合比设计 b）现代混凝土配合比设计方法特点 科学性：以现代混凝土科学理论为核心 水灰比强度理论 矿物外加剂复合胶凝效应 化学外加剂作用机理 主动性：外延至原材料体系优化设计 胶凝材料复合体系配伍设计； 化学外加剂优化设计； 直观性：混凝土构造系统直观设计 浆体体系设计； 骨料体系设计 实用性：有效地解决生产实际问题 引入量化的、可操作的控制参量 建立标准 保证再生骨料性能 控制 原材料 控制 坍落度 控制 坍损 控制 强度 控制用水量上限 增加拌合水 骨料预湿 增加外加剂 骨料预湿 改变外加剂 再生骨料混凝土生产技术 b b 再生骨料混凝土引气剂技术 a a B、再生骨料混凝土专用外加剂技术 再生骨料泥土屏蔽外加剂技术 C C 再生骨料憎水剂技术 （a）气泡（孔）对对混凝土强度/工作性影响： 强度 和易性 流动动性 强度 大量球形气泡，滚珠 轴承作用，流动性提升 ； 相同坍落度的条件下 ：减少拌和用水量； 减少坍落度损失 含气量增加1%，抗压强 度降低4%6%，抗折强 度降低2%3%。 气泡填塞水泥颗粒间空隙 ，阻止水泥和集料周围的 水流，减少混凝土泌水、 沉降和离析； 增加细颗粒，改善级配， 砂浆富余； 气泡间隔开集料，内摩擦 减小，流动性增大 当W/C0.45，含气量小于 4%,相同的塌落度下,引气可 以减少用水量,降低W/C,同 时提高混凝土的均匀性； 高强混凝土中掺引气剂将使 强度明显降低 b b 再生骨料混凝土引气剂技术 外加剂调控 （b）气泡优化设计 引气引气剂剂消泡 含气量 3%8% 强度损损失 10% 间间距系数 0.2mm 有效降低 含气量 易溶于水 兼容性好 间间距系数 尽可能小 消泡剂剂 大孔 20nm 100nm 200nm 多害孔无害孔有害孔少害孔 5m 几百m 改善和易性 (c)气泡优化设计-引气剂主要组分 （a）憎水剂对 再生骨料混凝土作用效果 最佳掺量： 0.02 高吸水率再生 骨料作用明显 ， 强度有损失但 幅度较小 改变瞬间吸水 特性，最终会 实现吸水平衡 C C 再生骨料憎水剂技术 外加剂调控 (b）憎水剂-主要组分 正辛基三乙氧硅烷 英文名：N-Octyl Triethoxy Silane； 化学式：CH3 (CH2)7Si(OC2H5)3； 分子式：C14H32O3Si。 常用场合 混凝土和水泥等无机材料表面，起防水的作用并促进水气从混凝土或水泥中释出， 也可作为二氧化钛等无机填料或颜料的表面处理剂，改善与涂料、胶粘剂和密封 剂等基础树 脂的亲合力和润湿性 作用机理 强大的铺展能力和成膜能力，可以有效的阻止水分通过毛细管通道进入再生骨料 的内部，从而降低骨料的吸水能力 应用磁化水效应改善再生骨料混凝土 强度或和易性 用磁化水拌制混凝土不需添加任何化学物质，不产生环境 污染，只需把磁化器并入搅拌机的供水管道，操作简单，设备 费用低廉。 C C 再生骨料混凝土磁化水应用技术 水分子结构及磁化效果 （a）磁化水特性 磁化水特性 水分子是极性分子，分子间存在一种电性吸引力，在普通 水中，这种电性吸引力使单个水分子首位相接形成多分子的综 合体分子团。 当水流过磁场时，由于洛仑兹力使极性分子组成的分子团 破裂变成单个分子。这些单分子重新整齐排列，增强了水分子 间的电性吸引力，提高了水的活性。 a）加速水泥水化进程： b）改善水泥石孔结构 C）改善界面过渡区结构 （b）磁化水对混凝土作用机理 （C）磁化水应用效能 u 混凝土和易性改善，单位用水量减少约10公斤。 u 混凝土塌落度损失降低 u 混凝土强度提高10%30% u 降低水泥用量，节约成本。 A A 建筑垃圾资源化行业技术服务平台 B B 设备生产厂商高端技术服务平台 2）高效益资源化技术服务平台 A、 建筑垃圾资源化行业技术服务平台 a、行业技术服务平台凝聚和传递业内正能量 b、行业技术服务平台提供技术交流途径 C、行业技术服务平台蕴含商机 技术服务平台将为促进建筑垃圾资源化行业发展 B、 设备厂商高端技术服务平台 a、高端技术服务内涵、模式与效益 b、高端技术服务的抓手与双赢攻略 c、高端技术服务的团队的内功修炼 技术服务平台将为设备厂商创造商机 1 1 建筑垃圾零废弃资源化技术途径 2 2 建筑垃圾零废弃资源化技术方案 （三）建筑垃圾零资源化技术方案 （1）建筑垃圾泥组分吸附屏蔽技术 （2）建筑垃圾泥组分保水增稠功能利用 核心问题： 含泥组分高效益综合利用技术 1 1 建筑垃圾零废弃资源化技术途径 （1）屏蔽机理 吸附层 向正极运动 电位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - 扩散层 泥粒 向负极移动 + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - （1 1） 再生骨料泥土屏蔽外加剂技术 在粘土-水系统中， 电位越高，粘土胶粒 之间的排斥力越大，从 而泥浆的粘度减小。电 解质的阴离子若能与粘 土颗粒上的有害离子(如 Ca2+、Mg2+)作用生成难溶 盐或稳定的络合物，则 能促进Na+的交换作用， 生成更多的Na粘土， 也会改善水泥浆流动性 。 （2）泥土屏蔽剂-组组分 1-具有水化能力强的一价阳离子，如Na+； 2- 能直接离解或水解而提供足够的OH-，使分散系统呈碱性； 3- 它的阴离子能与粘土中的某些离子（如Ca2+、Mg2+）形成难溶的盐类 和稳定的络合 物，以改变阳离子的交换顺 序。 无机盐电 解 质 硅酸钠 偏磷酸钠 焦磷酸钠 聚合电解质 木质素磺酸钠 有机盐电 解 质 草酸钠 柠檬酸钠 腐植酸钠 生产工艺调控 （3) 泥土屏蔽剂掺入工艺 1. 预先加入屏蔽剂，让泥土屏蔽剂充分与砂泥混合，进行有 效的络合、分散，降低了泥土对减水剂的吸附，从而混凝 土的坍落度得以进一步改善； 2. 最好采用喷雾的方式，在砂石传传送带上均匀地喷淋在骨 料上，可以发挥其最佳的屏蔽效果 （2 2）粘土保水增稠外加剂技术 电位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - 扩散层 泥粒 向负极移动 + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - （1）保水增稠机理 泥土硅酸盐层状结构吸水保水功能； 通过改性提高增稠功能； 零废弃零废弃 资源化方案资源化方案 (1)商品砂浆保水增稠组分 (2预拌湿砂浆组分 2 2 建筑垃圾零废弃资源化技术方案 (3）墙体材料 （1）利用再生 骨料含泥组分作为商品砂浆 保水增稠组分，化有害组分 为有用组分。 （2）利用高含泥再生 细骨料直接配制预拌砂浆，改善 其保水增稠性能。 （3）利用高含泥材料 生产墙体材料 （一）案例1： 国家“十一五”科技支撑项目 地震灾区建筑垃圾资源化技术及其示范生产线 （二）案例2：上海富春建业集团建筑垃圾高效 益零废弃资源化项目 三、建筑垃圾高效益零废弃资