建筑材料种类繁多，尤其造成的建筑垃圾也多种多样，但主要成分为废弃混凝土，将拆除建筑物后的废弃物经机器分拣、破碎、筛分成一定粒度的骨料，用于部分或全部替代传统的粗骨料制成的混凝土即再生骨料混凝土[1]。在建筑垃圾再利用方面，欧美发达国家及日本、韩国等起步较早、发展较快，而我国未相对重视垃圾经济的发展较晚。近年随着工业技术及城镇化的发展，国家节能减排、保护绿水青山等方针政策的出台，促进了资源再生利用的大力推行，相继颁布了再生骨料各项应用技术规程，规范了建筑垃圾再生骨料的发展和应用。
1国内外政策分析
根据发达国家经验，治理建筑垃圾的思路基本一致，即明确建筑垃圾管理目标，并通过加强立法、采用经济政策、完善处理和资源化利用产业链[2]。其中美国是最早开展建筑垃圾固体废弃物循环利用立法的国家之一，1965年出台《固体废弃物处置法》（后重命名为《资源保护和回收法》）经多次修订，成为美国固体废物管理的基础法律，确立源头减量、回收利用、垃圾处置等全流程管理的方针；1980年，美国国会通过《超级基金法》，禁止固体废物的随意丢弃，通过溯本根源、无限连带责任的严格处罚，从源头限制建筑垃圾的产生，为建筑垃圾产业发展提供法律支持[3,4]。德国是最早大规模利用建筑垃圾的国家，基于其形成的欧盟法、联邦法、州法和市级法规的四级细致的建筑垃圾法律体系，从源头预防、循环利用、监督管理、信息公开等全方位管理，目前德国约有200家建筑垃圾处理企业，年营业额达20亿欧元[5]。日本具有最完备的建筑垃圾管理法律体系，该国将建筑垃圾视为“建筑副产品”，坚持“尽可能不从施工现场运出垃圾，建筑垃圾尽可能重新利用”的指导方针[6]。在此背景下，日本构建了准入许可证制度、公共建筑绿色采购和建筑垃圾传票制度等具体措施，使建筑垃圾回收再利用涉及的各相关主体形成闭环流程，促进日本建筑垃圾循环利用的发展[7]。与之类似，1995年丹麦规定一定规模的拆除工程需要先提交处理计划和现场分类和循环利用；2003年韩国出台《建筑废弃物再生促进法》强制要求施工过程必须使用一定范围的建筑垃圾再生产品；2008年英国发表《建筑业可持续发展战略》将建筑垃圾减量提升到了建筑业可持续发展的战略高度[8]。与西方发达国家相比，我国对建筑固废资源化再利用的研究起步较晚，与之相配套的政策和法律相对薄弱。20世纪末，上海、天津、北京等地陆续出台建筑垃圾工程渣土相关管理，主要对建筑垃圾、渣土等收集、运输和消纳提出一定的管理办法；进入21世纪以来，随着城市化的迅猛发展，环境问题的日益显现，2005年国务院出台《城市建筑垃圾管理规定》，提出“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”。随后苏州、西安、石家庄等各地政府陆续出台一系列管理办法整顿建筑垃圾运输市场，规范管理建筑垃圾处置，优化市容市貌；同时财政和税务等部门也开始编制建筑垃圾行业专项计划，对建筑垃圾处理企业进行税收优惠和贷款优惠，鼓励城市建筑固体废物再利用的技术研发和推广。2012年财政部、住房和城乡建设部发布《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》，推进地级以上城市“全面开展建筑垃圾资源化利用”。2014年科技部、工业和信息化部和住房城乡建设部建筑节能与科技司分别将“建筑垃圾处理和再生利用技术设备”“提高建筑垃圾综合利用水平”作为重点任务。2015年国家发改委印发《2015年循环经济推进计划》重点推进建筑垃圾资源化利用工作，探究多种市场运作体制，开展建筑垃圾资源化试点省建设，建筑垃圾资源化利用工作开始全面展开。2017年，全国城市市政“十三五”规划强调“建筑垃圾源头减量与控制”，并明确提出“积极拓展建筑垃圾再生利用产品市场利用渠道，鼓励建筑垃圾回用于道路及海绵设施建设”。2018年，《“无废城市”建设试点工作方案》再次强调“开展建筑垃圾治理，提高源头减量及资源化利用水平”，系统探究先进城市管理，推动形成绿色发展的生活方式。2020年，住房和城乡建设部对建筑垃圾减量提出指导意见，要求“2025年底，各地区建筑垃圾减量化工作机制进一步完善，实现新建建筑施工现场建筑垃圾（不包括工程渣土、工程泥浆）排放量每万m2不高于300t，装配式建筑施工现场建筑垃圾（不包括工程渣土、工程泥浆）排放量每万m2不高于200t”。而新《固废法》实施，其将“建筑垃圾”单独列出管理，提出“建筑垃圾污染防治”的科学概念，加大推进建筑垃圾污染环境防治工作的力度，在加强建筑垃圾污染防治、分类处理、科学回收、综合利用等全过程管理方面作了相关的规定。“十四五”开启，建筑垃圾资源化利用全面践行节能减排的重要举措，是全面推进建筑领域绿色化改造的重要内容。尽管我国已陆续出台大量建筑垃圾相关法律法规，初步体现了循环经济的思想，管控也逐步向细微处渗透。但国内针对建筑垃圾资源化利用的政策法规仍多以政策引导为主，缺乏有效强制性措施；法律规制中还存在立法理念相对滞后、立法体系不健全等问题；在法律实施中还存在监管机制不协调、责任制度不合理、激励制度不健全以及参与机制不完善等问题；在具体管理制度上，还存在监管部门权责不清、管理制度有漏洞等问题。2012年Li等综述国际建筑垃圾的7种典型政策，分别为建筑垃圾回收率限定、排污收费、现场废弃物管理、排污许可证、原材料增税、制定再生产品标准和绿色技术创新激励等机制[9]，这些政策和措施为我国政策的制定提供了一定参考。
2标准和规程对资源化再利用的可行性指导
为解决建筑垃圾对生态环境带来的破坏问题，大量科研人员开始投身于建筑垃圾资源化利用领域的研究。日本早在20世纪80年代就已制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，到2000年其废弃混凝土资源化利用率已达到96%[10]。而我国在此方面的研究则起步较晚，2007年我国第一本《再生混凝土应用技术规程》颁布实施，此后我国建筑垃圾在混凝土制品领域的研究开始蓬勃发展，尤其是从十九大以来，我国的制造业发展理念转向创新驱动，对可持续发展和环保领域的重视程度也越来越高。随着人们的环保意识的逐渐提高，各领域的专家学者们也开始将目光投向这一领域，尤其是在混凝土制品方面，主要包括再生混凝土砌块、再生混凝土路面砖等。在此基础上，王爱勤等[11]通过研究发现不同部位的建筑垃圾性能存在较大差异，提出在实际应用中应注意区别对待，科学利用的论断。
3建筑垃圾在混凝土中的应用
目前，我国对建筑垃圾的再利用主要体现在将建筑垃圾应用到再生骨料混凝土方面，并已经使用在建设工程项目中。在国家政策的引导下，再生混凝土技术及应用已经成熟起来，大量科学研究表明再生骨料经过完整工序后筛分的颗粒级配符合国家标准，可用于再生混凝土的制备和开发，其成本较普通混凝土有明显的优势。但由于再生骨料的孔隙率大、密度小、吸水率大等缺陷，使再生混凝土的耐久性却低于普通混凝土，经对再生混凝土不断的试验研究，得出加入碳化再生混凝土可以改善其耐久性，掺入15%左右粉煤灰的再生混凝土的抗渗和抗硫酸盐侵蚀效果最好[12]，加入少量氧化石墨烯可以改善再生混凝土的抗冻性[13]。研究表明，再生骨料的取代率对混凝土力学性能的影响随取代率的增加呈现先降低后升高的趋势，由于再生骨料的吸水率高，适量的再生骨料的掺入可吸收游离的水分子，降低水胶比，因而明显改善混凝土力学性能，同样再生混凝土徐变也随着再生骨料的掺和而不断增大，但当粉煤灰掺量为30%时，再生混凝土的收缩应变达到最小值，可以满足实际工程对混凝土收缩性的要求[14–16]。鉴于研究现状及再生骨料的特性，在建筑工程中使用再生混凝土还很有局限性，2008年汶川地震的灾后重建工程中部分使用了再生混凝土，解决了震害带来的建筑垃圾的堆积，此外，目前我国多数再生混凝土在公路工程，沿海等发达城市应用较多。公路工程中，将建筑垃圾作为路基填筑和作为路面基层或者底基层。路面基层对混凝土混合料的强度要求较低，因此再生骨料能够基本满足路面材料强度及公路基层规范的要求，有良好的路用性能，而再生骨料与天然碎石相比，具有吸水率高、压碎值高、密度低等缺陷，路面工程中有大量的微裂缝的存在，对路面材料的物理力学性能产生了不利影响。华南理工大学陈强对将旧混凝土面板的再利用进行研究，首次结合原路面的水泥混凝土等原材料与现制备的水泥稳定碎石的原材料的物理力学性能进行对比分析，研究了骨料的设计参数和路用性能之间的内在关系，提出了抗裂性能设计指标和水泥骨料耐久性设计参数，尤其针对再生骨料半刚性基层沥青路面，采用三阶段设计对其在使用过程中出现的现象进行分析，提出优化的设计方案。从材料的破碎加工工艺、配合比设计、现场规模化施工等多方面对水泥骨料的稳定性和耐久性进行设计，全面系统地分析了工程实际应用的可行性[17]。重庆大学彭亮采用工厂式破碎工艺，将旧水泥混凝土路面进行破碎生产再生骨料，将其应用到路面基层及底基层中，对其基本特性进行研究，研究表明：采用规范的生产技术以及相应的质量控制措施能够生产出符合技术指标要求的再生骨料，使用振动成型法可以降低材料的内部破损程度，得到级配稳定的骨料。对3组矿料级配进行7d无侧限抗压强度试验得到最优配合比为：10~30碎石∶10~20碎石∶石屑∶水泥剂量=10%∶45%∶45%∶4.5%[18]。西南科技大学李晓静研究了将建筑垃圾作为基层材料，通过夯基试验和7d无侧限抗压强度试验在理论上证明了建筑垃圾骨料应用于建筑路面的可行性，并对其进行了评价，推荐建筑垃圾作为轻交通量公路路面基层材料的基层厚度为220~350mm[19]。郑州大学张海伟将旧混凝土路面板经鄂式破碎机初次破碎、反击式破碎机再次破碎后的再生骨料取代天然骨料，研究不同取代率下的再生骨料水泥稳定碎石基层的路用性能及取代率和水泥掺量对力学性能的影响，证明再生骨料可应用于路面工程[20]。
4建筑垃圾在砌体中应用
利用建筑垃圾制备混凝土制品时，应注意其掺量问题，例如少量碎砖块粉末在低强度等级混凝土中可起到惰性掺合料的填充作用，有利于提高其和易性和密实度，对强度有略微提升作用，利用碎砖制备的混凝土砌块保温性要强于相同厚度下的砖墙[21]。雷敏[22]利用废烧结砖再生骨料按不同比例代替传统骨料制备混凝土空心砖，研究显示其用量在60%时，强度等级达到MU3.5，干表观密度小于900kg/m3，达到了非承重轻质砌块的使用要求。目前，建筑垃圾再生砖已在多个工程中得到应用，包括北京草场胡同5条20号院、昌平陶瓷馆、邯郸金世纪商务中心等。对于建筑垃圾在再生混凝土路面砖中的应用，多是将其制备成骨料再生后加以利用，废弃混凝土制备再生骨料和路面砖的制备流程如图1和图2所示。杨高强[23]认为建筑垃圾再生粗骨料可分为3类，Ⅰ类（由纯混凝土块、碎石块加工成的再生骨料）可用于替代C30~C40混凝土的粗骨料，且替代率应保持在50%内，且可用来生产C40以内混凝土的路面砖；Ⅱ类（由红砖、混凝土块加工成的再生骨料）可用于替代C30以下的混凝土粗骨料，且替代率应保持在50%以内，并且可用来生产C30以内的混凝土路面砖和MU15以内的混凝土实心砖；Ⅲ类（由纯红砖加工成的再生骨料）不适合用于建筑与路面工程[24,25]。此外，在工程应用方面，由建筑垃圾加工生产出的混凝土制品已在桂柳高速公路工程中得到实际应用。由河北省建筑科学研究院有限公司开发的建筑垃圾在混凝土制品中的应用技术成果已在北京到张家口的新建高铁、北京地铁七号线及石家庄地铁二号线中得到应用。近些年提出的“海绵城市”概念[26,27]，也为以建筑垃圾为原料的透水砖、透水混凝土等在混凝土制品方面的应用提供新思路。
5结论与展望
作为一种城市垃圾的主要来源，建筑垃圾资源化利用研究并转化为实际生产力已成为亟待解决的问题，十九大以来，我国的发展理念向创新驱动转变，国家节能减排、保护绿水青山等方针政策的出台，促进了资源再利用的大力推行。目前，在我国部分工程已实现了建筑垃圾在混凝土制品中的应用，但与欧美等发达国家相比，我国建筑垃圾资源化利用还相对落后，为此，应在立法、政策指引和标准制定等方面考虑我国现状，走出一条适用于我国国情的建筑垃圾资源化综合利用道路。随着“海绵城市”的概念的提出，以及“十四五”的全面开启，为建筑行业绿色发展，建筑垃圾深层次、高附加值资源化利用提供了又一新的契机，对逐渐实现建筑垃圾零排放、“绿水青山就是金山银山”的目标具有重大意义。
作者：付士峰 刘东基 崔彦发 康丽华 单位：河北省建筑科学研究院有限公司 河北省固废建材化利用科学与技术重点实验室 河北科技大学
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