▲位于北京市順義區(qū)南彩鎮(zhèn)前俸伯村的一棟農(nóng)居建筑進(jìn)行固廢循環(huán)利用示范。
9月底，位于北京市順義區(qū)南彩鎮(zhèn)前俸伯村的一棟占地面積約200平方米的獨(dú)立二層農(nóng)村居住建筑順利封底，這是北方地區(qū)頗為常見的代表性農(nóng)居建筑，卻又極不普通，其墻體是完全由建筑垃圾再生制成的，而且是由通常無法利用的廢棄磚土制成的。
作為北京交通大學(xué)建筑固廢循環(huán)利用示范工程，該項目吸引了山西、河北等地的考察者。
建造階段更需注重節(jié)能降碳
據(jù)項目負(fù)責(zé)人之一、北京交通大學(xué)副教授袁泉介紹，一些發(fā)達(dá)國家的建筑廢棄物再生利用率已達(dá)到90%以上，而我國還不到15%。美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)基本已實(shí)現(xiàn)建筑廢棄物減量化、無害化、資源化和產(chǎn)業(yè)化。隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，建筑廢棄物的資源化利用也越來越受到我國建筑業(yè)界的重視，該示范工程正是在這方面的探索。
建筑行業(yè)是我國的碳排放大戶，建筑節(jié)能也是我國節(jié)能攻堅的三大領(lǐng)域之一。中國建筑節(jié)能協(xié)會去年底發(fā)布的《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2021）》顯示，2019年全國建筑全過程碳排放總量為49.97億噸二氧化碳，占全國碳排放的比重為50.6%。建筑行業(yè)普遍存在著大量建設(shè)、大量消耗、大量排放的狀況。
據(jù)了解，建筑行業(yè)以前更關(guān)注建筑節(jié)能，而建筑節(jié)能主要聚焦于建筑的后期運(yùn)行階段，往往忽略了建材生產(chǎn)和建造施工階段。
上述報告顯示，2019年，建筑生產(chǎn)階段排放27.7億噸二氧化碳，占全國碳排放的28%，高于建筑運(yùn)行階段21.3億噸的二氧化碳排放量。顯然，建材生產(chǎn)階段以及建造施工階段是一個高碳排放的過程，也是建筑降碳最應(yīng)關(guān)注的環(huán)節(jié)。
數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前，我國每年建筑廢棄物產(chǎn)生總量約為20億噸，占城鄉(xiāng)垃圾總量的40%左右。由于建筑廢棄物不能自然降解，其長期堆存不僅占用大量土地，而且對土壤、河流、植被、大氣造成嚴(yán)重的污染和生態(tài)危害。與此同時，我國正處于城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展時期，每年城鄉(xiāng)新增約13億平方米的房屋建筑，對墻體材料的需求量巨大。
“建筑廢棄物只是放錯了地方的資源，只要加以科學(xué)利用，就能變害為利、變廢為寶，把建筑廢棄物變成墻體材料就是一個有效途徑。”袁泉說。
針對行業(yè)痛點(diǎn)突破技術(shù)難題
北京市渣土資源化處置協(xié)會常務(wù)副會長余玄介紹說，建筑廢棄物中主要是一些渣土、混凝土塊、碎石塊、磚瓦碎塊、小木塊及其他雜物，其中，混凝土塊經(jīng)過建筑廢棄物回收再利用設(shè)備處理之后，85%以上可以用來制作砂子、石子等再生混凝土骨料，技術(shù)已趨成熟；廢金屬可回收利用；而占建筑廢棄物50%以上的渣土和磚瓦碎塊（廢棄磚土）長久以來難以作為再生混凝土的骨料進(jìn)行應(yīng)用，主要還是堆放和填埋處理。
據(jù)記者了解，難點(diǎn)在于，傳統(tǒng)的利用工業(yè)廢渣制磚技術(shù)廢渣利用率通常只有20%—30%，磚的抗壓強(qiáng)度也僅在15MPa左右，難以達(dá)到墻體的抗壓強(qiáng)度要求。
袁泉告訴記者，示范工程將廢渣利用率提高到80%以上，并免燒結(jié)，且強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到20MPa以上,其耐久性也完全滿足規(guī)范要求。這意味著其可有效替代燒制實(shí)心黏土磚，減少建窯燒磚對土地資源的毀壞和對能源的浪費(fèi)，大大降低建材生產(chǎn)過程中二氧化碳、二氧化硫和煙塵的排放。
要使廢渣制磚的抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求，固化技術(shù)是其中的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外在廢棄磚土固化技術(shù)方面已取得了一些成果，但依然存在一些關(guān)鍵問題未得到很好解決，例如，如何保證固化后廢棄磚土的強(qiáng)度與耐久性能、如何選擇適宜的空心砌塊塊型及如何提高其抗震性能等。
袁泉透露，針對這些行業(yè)痛點(diǎn)，北京交通大學(xué)聯(lián)合北京魁方時業(yè)新型建筑材料技術(shù)有限公司開展新型生態(tài)激發(fā)膠凝材料的研究工作，分析固化廢棄磚土的機(jī)理，研究改善固化材料力學(xué)性能與耐久性能的膠凝材料組分，進(jìn)而針對固化廢棄磚土的新型榫卯再生砌塊砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗研究與理論分析，提出設(shè)計計算方法，為固化廢棄磚土榫卯再生砌塊砌體在工程中的應(yīng)用提供試驗和理論依據(jù)。
建立在采用完全新型的技術(shù)之上
今年3月，住建部官方網(wǎng)站發(fā)布了《“十四五”住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》，對超低能耗、近零能耗建筑提出詳細(xì)要求，明確了落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)等基本原則。其中指出，到2025年，裝配式建筑占當(dāng)年城鎮(zhèn)新建建筑的比例達(dá)到30%。
裝配式建筑可以大大降低建造施工過程中的碳排放。有數(shù)據(jù)顯示，裝配式建筑通過集約和節(jié)能，可降低單位碳排放量20%—40%。上述位于北京順義的示范工程不僅突破了廢棄磚土固化難題，成功將廢棄磚土轉(zhuǎn)化成墻體材料，而且也應(yīng)用了新型裝配式的建筑模式，樓板和屋面板不用模板，使得蓋房子就像搭積木一樣便捷。
北京魁方時業(yè)新型建筑材料技術(shù)有限公司總經(jīng)理霍學(xué)朝告訴記者，裝配式積木榫卯砌塊以建筑垃圾等為主要原料，占比70%以上。砌塊薄壁內(nèi)空，呈長方體，塊型上凸下凹，和樂高積木類似，砌塊頂部設(shè)有凹槽，底部設(shè)有可扣固于凹槽中的凸塊，砌筑工藝簡單。
據(jù)了解，保溫性能差是導(dǎo)致我國建筑特別是農(nóng)村建筑能耗高的主要因素之一。“用裝配式積木榫卯砌塊和無機(jī)輕質(zhì)保溫材料，提高了墻體的自保溫隔熱性能，達(dá)到了降低建筑使用能耗的目的，并且通過改變金屬連接件的長度調(diào)節(jié)墻體保溫層的厚度，能夠適應(yīng)各地域氣候溫差范圍較大的自然條件下對建筑圍墻體系的要求，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。”霍學(xué)朝說，“由于采用裝配式積木榫卯砌塊，各磚之間咬合緊湊，具有強(qiáng)度高、耐沖擊的優(yōu)點(diǎn)，抗震性能也大幅提高。”
袁泉認(rèn)為，伴隨我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，使得農(nóng)房的現(xiàn)代化建設(shè)得到了快速發(fā)展。目前，砌體結(jié)構(gòu)還是農(nóng)房較多采用的結(jié)構(gòu)形式，砌體材料以燒結(jié)磚為主，但是在碳達(dá)峰碳中和背景下，燒結(jié)磚由于存在破壞耕地、能耗高、污染環(huán)境等眾多問題，已難以滿足綠色農(nóng)房建設(shè)的要求，迫切需要一種綠色可再生的砌體材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)燒結(jié)磚材料，這將是我國砌體結(jié)構(gòu)今后的研究重點(diǎn)與發(fā)展趨勢，也為建筑垃圾變廢為寶提供了機(jī)遇。
余玄提醒說，建筑廢棄物的綜合利用必須建立在采用完全新型的技術(shù)之上，克服以往低水平利用，低附加值開發(fā)，小規(guī)模推廣等問題，“不能花巨資僅把建筑廢棄物搬了個家，未能達(dá)到應(yīng)有的利用效果。”
