城市建筑垃圾危害及充填化利用

1、城市建筑垃圾危害及充填化利用DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2016.15.0760 引言改革开放以来， 我国经济建设取得巨大成就， 基础建设和房 地产产业的快速发展，产生了海量的建筑垃圾。据报道， 2015 年我国城市建筑垃圾的总量约为 35 亿吨，占垃圾总量的 2/5 ， 其中拆除旧建筑产生的垃圾约为 15 亿吨 1 。总量如此多的建 筑垃圾如果不做妥善处理， 不仅会造成资源的巨大浪费， 还会占 用大量的土地，对土壤、水、空气产生污染，破坏城市的美观， 存在很大的安全隐患。 我国建筑垃圾的综合利用和发达国家相比 还处于起步阶段，处置方法简单，手段单一，因此，城市建筑垃

2、 圾的资源化利用任重道远。与此同时，社会经济的高速发展，需 要大量的能源， 煤炭作为我国目前阶段的主要能源， 其开采强度 也越来越大，致使地下形成大量的采空区，导致地表下沉、建筑 物损坏，而采用充填开采法进行煤炭资源的开采时则成本很高， 如果能将废弃的建筑垃圾经过加工处理用于煤矿充填开采的骨 料，既能减轻建筑垃圾对环境的破坏程度， 还可以降低人们用于 充填骨料成本的支出， 有效的控制采空区的危害， 达到经济效益 和社会效益的双丰收。1 建筑垃圾的危害 建筑垃圾是指建设单位、施工单位新建、改建、扩建和拆除 各类建筑物、 构筑物、 管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产 生的弃土、 弃料及其他废弃物

3、。 采用常规填埋的方法处理建筑垃 圾，一般要需要很长的时间，经过一系列物理化学作用，建筑垃 圾的性质才能趋于稳定。与此同时，建筑垃圾中含有的强酸、强 碱、硫化物等有毒物质就会进入土壤、水体、空气，对其周边环 境造成巨大破坏 2-5 。1.1 侵占土地，破坏土壤相关研究表明： 建国以来的半个多世纪， 我国生产了数以亿 计的黏土砖制品， 这些都将在不久的将来转变为建筑垃圾。 在当 今的中国， 绝大部分的建筑垃圾没有经过相应的处理， 就被堆放 或填埋在城市周边。 越来越多的建筑垃圾必将占用大量的生产用 地，如果建筑垃圾得不到及时有效地处理， 将会造成我国的人地 关系愈加紧张。此外，建筑垃圾在特定的条

4、件下会有毒物质会渗入土壤杀死 其中的有益微生物，致使土壤结构性质的劣化，土壤肥力下降。 建筑垃圾中的废金属料， 在水与空气的作用下会有释放出大量金 属离子，从而使周边耕地遭到破坏。1.2 污染水体建筑垃圾中的部分物质是有害的， 需要对其进行堆放、 焚烧 和填埋处理。 建筑垃圾在处理的过程中， 通过微生物的分解作用 或水体浸泡产生滤液， 滤液中有大量的硫化物、 重金属离子和少 量有机物， 造成被污染的水质成分复杂， 水体的污染会对水中生 物的生存和周边人群的生活带来影响。1.3 污染空气 目前，我国建筑垃圾在清运和堆放过程中都会产生遗撒， 而 且某些建筑工地出入口路面未进行硬化， 也没配备冲洗轮

5、胎的设 备。车辆带泥运行产生的粉尘（可吸入颗粒物）被人体长期吸入 后，会对多个器官造成损害。 多处扬尘会导致雾霾天气， 对 PM2.5 指数带来极大影响。此外，建筑垃圾携带的病菌还会传播疾病， 对环境形成生物污染等。1.4 影响市容和环境卫生 城市建筑垃圾不仅占用城市有限空间，堆放杂乱无章， 与 城市整体形象极不协调， 工程建设过程中未能及时清运转移的 建筑垃圾大都会成为城市的卫生死角。 而且一旦遇到阴雨潮湿天 气，就会成为细菌的滋生地， 对构建良好的城市整体形象影响极 大。1.5 存在安全隐患就城市建筑垃圾堆放地的选择来说， 往往只重视其交通运输 的便利性， 便于建设生产单位的施工， 而容易

6、忽略其相关安全问 题。常常将建设工地周边的郊区或邻近的沟渠作为临时的堆放场 所，而且大都没有采取相应措施。此外，建筑垃圾中含有易燃、 易爆物， 在高温或明火条件下容易引发火灾， 给人们的生命财产 安全带来极大的威胁。2 矿井采空区的危害由于能源消耗的飞速增长和矿井开采力度的增强， 导致产生 了越来越多的采空区， 如果采空区不做妥善处理， 不仅会成为矿 山企业进一步发展的掣肘，还会给带来一系列的灾害事故 6 。2.1 地面坍塌在一定地质条件下， 采空区上覆岩层自重可能导致采空区顶 板变形破坏进而产生塌陷。 地面塌陷开始会出现裂缝， 接着出现 塌陷坑洞，最终会形成陷落盆地。主要灾害表现为：地下水位

7、下 降，地面出现塌陷坑，耕地遭到破坏，道路等基础设施损坏严重 和地面建筑寿命缩短甚至毁坏。2.2 透水透水是采空区面临又一大灾害。 透水的水源主要是采空区积 水，透水原因主要是地质资料不清、采空区情况不明、探放水措 施不落实和防水隔水煤柱遭到破坏， 在透水征兆明显的情况下不 采取立即撤人等措施， 仍盲目违规组织生产， 造成透水事故发生。 透水事故具有突发性强、 规模大、后果严重等特点， 会淹没设备， 造成人员伤亡和财产损失；影响采矿生产，减少产量；制约矿产 资源开发，减少可采储量，缩短矿井有效使用年限。2.3 岩爆 由于开采地下矿体，必然会形成一定空间形态的地下空区， 扰乱了矿床周围岩体中初始

8、应力平衡， 于是在采空区围岩中形成 二次应力场， 随着矿山开采活动的不断进行， 应力场将多次重新 分布， 一旦超过采空区围岩应力集中区域岩体的强度极限， 岩体 就会出现变性破坏。 无论是何种破坏形式， 可能产生连锁反应并 导致岩爆的发生， 进而破坏生产系统， 造成设备损坏、 人员伤亡。 3 充填材料研究现状充填开采技术是目前治理采空区最有效、 最彻底、 最环保的 方法。随着采矿业的发展， 充填技术和充填材料也在不断发展成 熟。充填技术的发展先后经历了以处理固体废弃物为目的的废石 干式充填、分级尾砂和碎石的水力充填、尾砂胶结充填、高浓度 充填等几个阶段。上个世纪 90 年代开始，我国开始发展高浓

9、度 充填技术， 如膏体充填、 碎砂石浆胶结充填和全尾矿胶结充填等 技术。目前，我国应用范围最广和效果最好的充填方式有以下几 种。中国矿大缪协兴等人提出的综采工作面高效架后机械化矸石 充填技术，该项技术最主要的部分是矸石充填液压支架和自压式 矸石充填机的研制。 膏体充填技术就是把在地面上加工制成的膏 状浆体通过充填泵或重力作用经管道运到井下需要充填的区域。 高水充填技术是指将 A、B 两种材料分别加水配置成浆液，经一 系列物理化学作用， 使其快速固化成坚硬固体， 用于煤矿采空区 的充填治理 7 。目前，充填技术的研究主要包含充填方式和充填材料两方 面。在当前的技术装备水平条件下充填方式很难取得重

10、大突破， 因此人们将主要的精力集中在了充填材料的研制上。 充填材料的 研究主要集中在充填骨料和胶凝材料方面。 对于胶凝材料绝大部 分矿山采用普通硅酸盐水泥或是高炉矿渣水泥， 少量矿山掺杂粉煤灰、赤泥、石灰等材料。充填骨料大都就地选取廉价的可用物料，诸如矸石、尾砂等。这些骨料大都根据矿山的实际条件具备 来源广泛、成本低廉无毒无害的性质。在充填开采中，一些矿山 本身的矸石产量较低， 并且矿山周边也没有可以利用的骨料进行 替代。因此，如何选择替代矸石进行充填的替代骨料就是我们必 须解决的问题。4 建筑垃圾用于采空区充填的可行性我国每年因采矿产生的采空区数以万计， 将建筑垃圾充入采 空区不失为骨料缺乏的困境指明了一条方向。 将建筑垃圾用于采 空区的充填材料不仅可以妥善的对城市建筑垃圾进行处置， 还可 以解决煤矿采空区充填骨料不足的问题， 其有益指出主要表现为 以下方面：（1）成功地解决了建筑垃圾带来的一系列环境问题；（2）节省了大量用于处置建筑垃圾的成本；（3）将废弃资源成功地变废为宝；（4）可以有效的控制地表变形，减轻采空区带来的危害。 虽然可将城市建筑垃圾充填应用于煤矿采空区充填， 并取得 了一定的成绩， 但在实际应用中面临着许多技术方面的问题， 在 实际应用过程中需根据具体