建筑垃圾应用于新型墙材研究综述
建筑垃圾中无污染的无机材料一般占90％以上，具有化学和物理性质稳定的特点，经过处理后是一种很好的再生建筑材料。我国每年由建筑业产生的废弃混凝土达7000万t，再考虑到混凝土生产过程中的废弃混凝土量（约5000万t），则我国总的废弃混凝土量将达12000万t以上[1]。随着我国经济建设步伐的进一步加快，废弃混凝土的总量还将增多，如此巨量的废弃混凝土，如不进行合理处置，将会引发极大的环境和经济问题。同时，我国资源短缺问题日益严重，优质的天然骨料（如河砂、卵石、碎石等）在有些地区已趋枯竭，许多地方大规模开山采石，自然景观和生态环境遭到严重破坏，严重背离了我国经济和环境的可持续发展战略[2]。因此，将废弃的建筑垃圾经加工来制备新型墙体材料代替目前传统的烧结黏土砖，既达到减少生态资源破坏的目的，又达到建筑垃圾资源化循环利用、减少环境污染的目的，具有良好的社会、经济、环保效益[3]。然而，我国的建筑垃圾资源化相关工作相对滞后，建筑垃圾资源化水平较低，建筑垃圾资源化率不足5％，而欧盟国家资源化率超过90％，韩国、日本资源化率已经达到97％，再生资源产业正在成为具有广阔前景的新兴产业[4]。由此可见，我国的建筑垃圾循环利用推广应用潜力巨大。本文结合国内外研究成果，从以下6个方面进行综合阐述。
1政策法规方面
我国1992年制定了《城市市容和环境卫生管理条例》，1995年制定了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》和《城市固体垃圾处理法》。2005年建设部颁布的《城市建筑垃圾管理规定》明确指出：“国家鼓励建筑垃圾综合利用，鼓励建设单位、施工单位优先采用建筑垃圾综合利用产品”。但这些政策法规都相对零散，缺乏整体性，未形成一个完善的体系，应尽快建立配套的政策法规体系[5]。同时，政府职能部门应从政策和财政上鼓励、资助利用建筑垃圾建材的研究开发，同时按照市场化的物价标准向建筑垃圾排放单位收取垃圾处理费，提高全社会建筑垃圾资源化的积极性。
发达国家在建筑垃圾的再生立法方面起步较早[6-7]。美国在建筑垃圾资源化领域起步较早，在政策法规和实际应用方面均形成了一套符合自身情况的体系。1980年制定了《超级基金法》，1965年制定的《固体废弃物处理法》经过多次修订，完善了包括信息公开、报告、资源再生、再生示范、科技发展、循环标准、经济刺激与使用优先、职业保护、公民诉讼等固体废物循环利用的法律制度。德国1978年“蓝色天使”计划后制定了《废物处理法》等。1994年制定了在世界上有广泛影响的《循环经济和废物清除法》，1999年制定了《垃圾法》和《联邦水土保持与旧废弃法令》，2001年制定了《社区垃圾合乎环保放置及垃圾处理场令》，2002年制定了包括推进循环经济在内的《持续推动生态税改革法》等。日本先后出台了《推进建筑副产物正确处理纲要》、《建筑废弃物对策行动计划》等10多部与建筑垃圾资源化利用相关的法律、法规和制度。这些发达国家在建筑垃圾资源化领域配备了较为完善可行的政策法规体系，切实有效地保障了建筑垃圾资源化工作的顺利进行。
2建立建筑垃圾的资源化处理方式
由于建筑工地很少对建筑垃圾分类，加之掺杂生活垃圾，将建筑垃圾进行分类处理是建筑垃圾再资源化的一个难度较大的关键技术。王武祥[8]指出当前建筑垃圾的再生加工厂有3类：（1）只能分离钢筋和其它金属材料，通常用于道路重建和再生工程；（2）在第一类再生工厂基础上，破碎之前使用机械或手工方法除去大块杂质（包括金属、木材、硬质纤维板、塑料、涂层和各种不同类型的屋面材料），破碎、筛分之后采用干法或湿法净化破碎产品，该工艺流程适用于含有少量杂质的情况，再生产品质量较高；（3）所有建筑垃圾均在再生工厂内加工处理，然后全部变成原料或成品。王秋玲和马保国[9]建议在建筑物拆旧施工时就采用选择性拆除、选择性回收措施，为各种废物的再加工创造条件。李南和李湘洲[10]介绍了日本比较成熟的建筑垃圾处理技术，其生产流程见图1。
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图1日本建筑垃圾细分机械流程
3建立应用于新型墙材建筑垃圾的可用标准
建筑垃圾含有对混凝土有害的成分，甚至有毒成分，需处理后才能制备新型墙材。王武祥[8]指出：再生混凝土骨料中如含有体积比占7％的石灰膏、5％的黏土、4％的木材、3％的石膏、2％的沥青或0.2％的醋酸乙烯基油漆，将引起再生骨料混凝土抗压强度下降15％。某些微量杂质会影响再生骨料混凝土的耐久性，必须加以控制：（1）沥青会显著降低再生骨料混凝土强度；（2）石膏会产生硫酸盐膨胀的有害影响，在再生骨料标准规范中应增加对石膏含量的严格限制。如果使用可能含有石膏的再生骨料，建议规定仅适用抗硫酸盐硅酸盐水泥混凝土；（3）木材、纺织纤维、纸、接缝膏以及其它的聚合物等有机物质不利于混凝土抗干湿循环或冻融循环，应增加对有机物质含量的严格限制；（4）氯化物会导致钢筋严重锈蚀，应该严格限制再生骨料中氯化物含量，建议最好不要用于钢筋混凝土制品；（5）破碎的废混凝土块体通常在边际含有机质或黏土等杂质，应限制其含量;（6）当含有钢筋的再生骨料处于再生骨料混凝土表面时，可能会因生锈引起混凝土表面破损或变形（特别在有氯盐存在时）；锌块或铝块在新拌混凝土中也许会因发生化学反应释放氢气而影响混凝土质量，必须去除；（7）玻璃可能会参加碱骨料反应，因此要严格控制；（8）针对配制混凝土强度等级，对再生骨料中不同密度和强度集料控制，比如废砖或轻混凝土，不能配制较高强度等级的混凝土，特别应严格控制如方镁石耐火砖的含量；（9）塑化剂、引气剂和缓凝剂的用量不超过生产厂家推荐剂量，对混凝土的坍落度、含气量、凝结时间、抗压强度等就没有显著影响，在再生骨料的标准规范中没有必要将这些外加剂归为杂质。这些只是针对再生集料研究得出的结果，可借鉴作为建筑垃圾回收的参考标准。
4高品质再生骨料的制备
马保国等[11]得出以下结论：粒径大于20mm的可作为再生骨料直接用于配制C40以下的混凝土，或采用高强化处理制备C60等级的高强高性能混凝土，粒径在5～20mm的可代替砂子，而粒径小于5mm的建筑垃圾粉料经合理的活化处理可用于替代胶凝材料制备新型承重墙体材料。
王武祥[8]对实验室用颚式破碎机破碎的再生混凝土骨料与天然骨料进行了性能对比：（1）随颗粒粒度降低，再生混凝土骨料表面所粘附的砂浆体积含量明显增加；（2）再生混凝土骨料的密度比天然骨料低5%～10%；（3）再生混凝土骨料吸水率一般为5%～10%，随颗粒粒度降低，吸水率显著提高。用颚式破碎机将2个拆除现场的废砖进行破碎的废烧结砖瓦再生原料，研究表明：（1）当废砖再生原料粒径控制在20mm以下时，10.0～20.0mm内的废砖再生原料片状颗粒含量较大，用其生产的混凝土制品强度偏低；（2）粒径在5.0～20.0mm内的再生原料，虽然堆积密度小于1100kg/m3，但筒压强度大大低于GB/T17431.1—1998《轻集料及其试验方法第l部分：轻集料》的标准要求（4.0MPa），粒型系数也不满足标准要求，只能用于生产非承重混凝土砌块；（3）废砖再生混凝土骨料吸水率较高，在制备混凝土砌块时，必须重视再生骨料的高吸水率问题。由于生产再生混凝土骨料的建筑垃圾来源复杂、特殊，性能不同于天然粗骨料，JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》和GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》不适用于再生混凝土骨料。目前再生产品国家标准及相应的应用技术规程正在编制之中，建议再生混凝土骨料的主要技术要求应包括颗粒级配、微粉含量和泥块含量、吸水率、针片状颗粒含量、有害物质含量、坚固性、压碎指标、表观密度、堆积密度、空隙率、碱骨料反应等。
陈莹等[12]系统研究了再生骨料基本性质及其对混凝土性能的影响：再生骨料较天然花岗岩骨料密度小、空隙率大、吸水速率大及压碎指标大，再生骨料将使新拌混凝土的流动性降低，但粘聚性和保水性较好，使硬化混凝土的抗压强度略有降低。
杨伟军等[13]研究了利用建筑垃圾中的废弃混凝土和废弃砖来制备再生骨料，系统研究了粗、细集料的表观密度、吸水率、压碎值等性能指标与废弃砖含量的变化关系，得出了再生骨料的压碎指标与吸水率，压碎指标与表观密度之间均成正比关系的结论，并得出再生骨料的吸水率与表观密度度成正比的新的研究结论，与目前再生粗骨料的吸水率随着表观密度的降低而显著增大的研究结果不同。
资料显示[14]，最近20年，美国、日本、韩国等国和欧洲发达国家对废弃混凝土的再利用研究主要集中在对再生骨料和再生混凝土基本性能的研究，包括物理性能、化学性能、力学性能、结构性能、工作性能和耐久性能等。研究成果表明再生混凝土基本能满足普通混凝土的性能要求，其应用于工程结构是可行的。
5建筑垃圾中细粉料的最大化利用
对0.2mm以下破碎颗粒细料进一步细分加以回收利用，提高再生新型墙体材料生产的附加值，提高建筑垃圾制备新型墙材的市场竞争力。毋雪梅等[15]指出，在再生骨料的生产过程中如果废弃了粒径小于2mm的富水泥浆颗粒，既使建筑垃圾再利用效率大大降低，又对环境造成二次污染。分析了废弃混凝土磨细矿物掺料、废弃碎砖磨细矿物掺料的化学成分和不同细度时标准稠度等相关物理性能，以及碱激发剂的掺入对其性能的影响，得出在水泥中掺入适量及一定细度废弃混凝土磨细矿物掺料、废弃碎砖磨细矿物掺料有利于其性能提高，或者至少是不降低水泥性能的结论。
马保国等[16]得出了建筑垃圾中粒径小于0.15mm的混凝土、砖混合粉料的化学成分和矿物成分，分别见表1和图2，并将其作为制备建筑垃圾砖的胶凝材料。
表1建筑垃圾粉料的化学成分%
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图2建筑垃圾粉料的矿物成分
再生新型墙体材料混凝土制品制备技术的研究除研究建筑垃圾再生骨料对再生混凝土制品的强度等级、密度和耐久性以及体积稳定性等性能的影响，还要研究胶凝材料种类和用量、外加剂、养护工艺制度对再生混凝土制品性能的影响。
陈胜利和李炳炎[17]对建筑垃圾进行了成分分析，指出混凝土属硅酸盐类，所含成分为硅酸盐、碳酸盐混合物，废弃混凝土磨细粉中CaCO3、水泥凝胶和未水化水泥颗粒分别具有形成水化碳铝酸钙与水化碳硅酸钙作为水泥水化晶胚和继续水化形成凝胶产物的能力，废弃混凝土在本质上存在被继续利用的基础与价值。砌筑砖属黏土类，所含成分为硅、铝酸盐混合物，并得出了废混凝土、废砖与某水泥化学成分的对比（见表2），并指出建筑垃圾的化学成分正是制作非蒸养（免烧）建筑垃圾墙体材料的好原料。
表2水泥、废混凝土和废砖的化学成分%
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王武祥[8]的研究表明，中国建筑材料科学研究总院利用废混凝土再生原料、废砖再生原料、废混凝土与废砖混合再生原料（各占50％）进行试验研究。规格尺寸为390mm×190mm×190mm单排孔标准砌块，材料质量配合比为：3种建筑垃圾再生原料的最大粒度控制在10mm以内，均占75％，强度等级为32.5级的普通硅酸盐水泥占12％，粉煤灰占10％，增强剂适量。使用废混凝土再生原料制备的混凝土砌块，强度等级达到MU10；使用废砖或废混凝土与废砖混合再生原料制备的混凝土砌块，强度等级都达到MU7.5，3种建筑垃圾混凝土砌块的吸水率、抗冻性和软化系数均能满足GB15229—2002《轻集料混凝土小型空心砌块》要求。利用建筑垃圾再生原料制备再生混凝土砌块应注意：（1）由于再生原料本身具有极大的吸水率，在制备再生混凝土混合料时应采取适当措施对再生原料（骨料）进行预润湿处理，防止因再生原料“争抢”水泥的水化用水，影响产品物理力学强度和耐久性；（2）对再生原料必须进行充分的均化处理，以保证再生混凝土砌块的质量稳定性和均匀性；（3）再生混凝土砌块的吸水率相对较高，在出厂和上墙前必须严格控制其相对含水率，以达到防止墙体开裂的目的。马保国[16]的研究结果表明：采用建筑垃圾中粒径小于0.15mm的混凝土、砖混合粉料作为胶凝材料，粒径为0.1～0.5mm的废砖和混凝土再生骨料作为制砖的细骨料（其化学成分见表3），在合理的配料和养护工艺条件下，采用建筑垃圾粉料可完全取代水泥、石灰等胶凝材料，而再生骨料可全部取代砂；其中建筑垃圾粉料、再生骨料总用量可达到70％～80％，固体废弃物总用量达95％，制备的墙体砖强度达MU15级。
表3再生细骨料的化学成分%
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万莹莹[18]在研究建筑垃圾制备蒸压粉煤灰砖后建筑垃圾蒸压粉煤灰砖的各项性能指标均达到MU10。梁洪波[19]研究了建筑垃圾的制砖工艺及其效益分析，指出建筑垃圾砖的产品性能取决于原料的特性和成型的机械，该产品经国家墙体屋面材料质检中心检测，其多孔砖和标准砖符合JC943—2004《混凝土多孔砖》要求，而且没有放射性。张孟雄和薛奇峰[20]通过用建筑垃圾制砖的研究，得出其产品绝大部分性能指标与传统黏土实心砖接近，强度指标优于黏土砖，可以替代黏土砖作为承重墙体材料，但在房屋设计与施工应用中应采取适当措施（主要针对建筑垃圾砖在导热性能、自重、收缩性能存在一些缺点）的结论。常庆芬[21]对建筑垃圾砖和混凝土空心砌块进行了对比研究，指出了混凝土空心砌块在使用过程中存在墙体开裂的问题，墙体开裂会带来一系列的质量隐患，如墙体渗漏、墙皮脱落、影响使用、危及安全及影响美观等。建筑垃圾砖的导热系数偏高、密度大、收缩大，易出现墙面抹灰层的空鼓、开裂现象。并相应提出了在设计环节和施工环节应该采取的措施建议。据悉，深圳华威建材的再生环保产品经深圳市建筑科学研究院检测合格，已取得深圳市新技术推广中心颁发的《推广证书》，并入选市发改委、建设局联合发布的循环经济产品（技术）推广导向目录，成为政府鼓励优先采用的产品。
1990年7月，上海市第二建筑工程公司在市中心的“华亭”和“霍兰”2项工程的7幢高层建筑（总建筑面积13万m2，均为剪力墙或框剪结构）的施工过程中，将结构施工阶段产生的建筑垃圾分拣、剔除并把有用的废渣碎块粉碎后，生产再生骨料，与普通砂按质量比为1:1混合作为细骨料，用于抹灰砂浆和砌筑砂浆，砂浆抗压强度可达5MPa以上。共计回收利用建筑废渣480t，节约砂子材料费1.44万元和垃圾清运费3360元，扣除粉碎设备等购置费，净收益1.24余万元[7]。2006年，河北邯郸32层金世纪商务中心所用的砖全部采用邯郸市全有建筑垃圾制砖有限公司利用建筑垃圾生产的环保砖，该工程不仅是邯郸市的标志性建筑，也是我国建筑垃圾综合利用的里程碑。
7结论与展望
纵观国内外建筑垃圾应用于新型墙材的研究动态，相关的政策法规对于引导和激励建筑垃圾的再生利用极其重要。建筑垃圾的分类处理生产设备投入大，工艺技术复杂，是关键的环节。建立应用于新型墙材产品可用建筑垃圾的回收标准对于制备新型墙材产品提供了原材料质量保证。高品质再生骨料的制备是建筑垃圾再利用的研究重点，再生骨料具有较好的市场前景，是制备新型墙材较重要的技术。对建筑垃圾中细粉颗粒深加工来制备再生水泥、矿物掺合料等胶凝材料是提高建筑垃圾再利用附加值的重要途径。建筑垃圾再生混凝土制品存在导热系数大、密度高、收缩大等问题，一方面需在原材料质量、配合比、功能外加剂、成型工艺以及养护工艺等制备技术进行深入研究，另一方面需结合设计环节及施工环节进行改善，提高再生新型墙材的品质。建筑垃圾应用于新型墙材利废、环保，具有很大的推广价值和经济效益，有利于建筑材料的可持续发展。
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