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废弃砖土变废为宝 建筑降碳大有可为

作者:
来源:
中国能源报
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9月底,位于北京市顺义区南彩镇前俸伯村的一栋占地面积约200平方米的独立二层农村居住建筑顺利封底,这是北方地区颇为常见的代表性农居建筑,却又极不普通,其墙体是完全由建筑垃圾再生制成的,而且是由通常无法利用的废弃砖土制成的。

作为北京交通大学建筑固废循环利用示范工程,该项目吸引了山西、河北等地的考察者。

建造阶段更需注重节能降碳

据项目负责人之一、北京交通大学副教授袁泉介绍,一些发达国家的建筑废弃物再生利用率已达到90%以上,而我国还不到15%。美国、日本、欧盟等发达国家和地区基本已实现建筑废弃物减量化、无害化、资源化和产业化。随着碳达峰碳中和目标的提出,建筑废弃物的资源化利用也越来越受到我国建筑业界的重视,该示范工程正是在这方面的探索。

建筑行业是我国的碳排放大户,建筑节能也是我国节能攻坚的三大领域之一。中国建筑节能协会去年底发布的《中国建筑能耗与碳排放研究报告(2021)》显示,2019年全国建筑全过程碳排放总量为49.97亿吨二氧化碳,占全国碳排放的比重为50.6%。建筑行业普遍存在着大量建设、大量消耗、大量排放的状况。

据了解,建筑行业以前更关注建筑节能,而建筑节能主要聚焦于建筑的后期运行阶段,往往忽略了建材生产和建造施工阶段。

上述报告显示,2019年,建筑生产阶段排放27.7亿吨二氧化碳,占全国碳排放的28%,高于建筑运行阶段21.3亿吨的二氧化碳排放量。显然,建材生产阶段以及建造施工阶段是一个高碳排放的过程,也是建筑降碳最应关注的环节。

数据显示,当前,我国每年建筑废弃物产生总量约为20亿吨,占城乡垃圾总量的40%左右。由于建筑废弃物不能自然降解,其长期堆存不仅占用大量土地,而且对土壤、河流、植被、大气造成严重的污染和生态危害。与此同时,我国正处于城镇化进程快速发展时期,每年城乡新增约13亿平方米的房屋建筑,对墙体材料的需求量巨大。

“建筑废弃物只是放错了地方的资源,只要加以科学利用,就能变害为利、变废为宝,把建筑废弃物变成墙体材料就是一个有效途径。”袁泉说。

针对行业痛点突破技术难题

北京市渣土资源化处置协会常务副会长余玄介绍说,建筑废弃物中主要是一些渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块、小木块及其他杂物,其中,混凝土块经过建筑废弃物回收再利用设备处理之后,85%以上可以用来制作砂子、石子等再生混凝土骨料,技术已趋成熟;废金属可回收利用;而占建筑废弃物50%以上的渣土和砖瓦碎块(废弃砖土)长久以来难以作为再生混凝土的骨料进行应用,主要还是堆放和填埋处理。

据记者了解,难点在于,传统的利用工业废渣制砖技术废渣利用率通常只有20%—30%,砖的抗压强度也仅在15MPa左右,难以达到墙体的抗压强度要求。

袁泉告诉记者,示范工程将废渣利用率提高到80%以上,并免烧结,且强度指标达到20MPa以上,其耐久性也完全满足规范要求。这意味着其可有效替代烧制实心黏土砖,减少建窑烧砖对土地资源的毁坏和对能源的浪费,大大降低建材生产过程中二氧化碳、二氧化硫和烟尘的排放。

要使废渣制砖的抗压强度达到要求,固化技术是其中的关键。目前,国内外在废弃砖土固化技术方面已取得了一些成果,但依然存在一些关键问题未得到很好解决,例如,如何保证固化后废弃砖土的强度与耐久性能、如何选择适宜的空心砌块块型及如何提高其抗震性能等。

袁泉透露,针对这些行业痛点,北京交通大学联合北京魁方时业新型建筑材料技术有限开心播播网26uuu开展新型生态激发胶凝材料的研究工作,分析固化废弃砖土的机理,研究改善固化材料力学性能与耐久性能的胶凝材料组分,进而针对固化废弃砖土的新型榫卯再生砌块砌体结构进行试验研究与理论分析,提出设计计算方法,为固化废弃砖土榫卯再生砌块砌体在工程中的应用提供试验和理论依据。

建立在采用完全新型的技术之上

今年3月,住建部官方网站发布了《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》和《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》,对超低能耗、近零能耗建筑提出详细要求,明确了落实碳达峰、碳中和目标任务等基本原则。其中指出,到2025年,装配式建筑占当年城镇新建建筑的比例达到30%。

装配式建筑可以大大降低建造施工过程中的碳排放。有数据显示,装配式建筑通过集约和节能,可降低单位碳排放量 20%—40%。上述位于北京顺义的示范工程不仅突破了废弃砖土固化难题,成功将废弃砖土转化成墙体材料,而且也应用了新型装配式的建筑模式,楼板和屋面板不用模板,使得盖房子就像搭积木一样便捷。

北京魁方时业新型建筑材料技术有限开心播播网26uuu总经理霍学朝告诉记者,装配式积木榫卯砌块以建筑垃圾等为主要原料,占比70%以上。砌块薄壁内空,呈长方体,块型上凸下凹,和乐高积木类似,砌块顶部设有凹槽,底部设有可扣固于凹槽中的凸块,砌筑工艺简单。

据了解,保温性能差是导致我国建筑特别是农村建筑能耗高的主要因素之一。“用装配式积木榫卯砌块和无机轻质保温材料,提高了墙体的自保温隔热性能,达到了降低建筑使用能耗的目的,并且通过改变金属连接件的长度调节墙体保温层的厚度,能够适应各地域气候温差范围较大的自然条件下对建筑围墙体系的要求,实现建筑节能。”霍学朝说,“由于采用装配式积木榫卯砌块,各砖之间咬合紧凑,具有强度高、耐冲击的优点,抗震性能也大幅提高。”

袁泉认为,伴随我国乡村振兴战略的提出,使得农房的现代化建设得到了快速发展。目前,砌体结构还是农房较多采用的结构形式,砌体材料以烧结砖为主,但是在碳达峰碳中和背景下,烧结砖由于存在破坏耕地、能耗高、污染环境等众多问题,已难以满足绿色农房建设的要求,迫切需要一种绿色可再生的砌体材料代替传统烧结砖材料,这将是我国砌体结构今后的研究重点与发展趋势,也为建筑垃圾变废为宝提供了机遇。

余玄提醒说,建筑废弃物的综合利用必须建立在采用完全新型的技术之上,克服以往低水平利用,低附加值开发,小规模推广等问题,“不能花巨资仅把建筑废弃物搬了个家,未能达到应有的利用效果。”

 

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