大型工程建筑垃圾中转、消纳及综合利用技术研究
作者:江湖笑笑生目 录1绪论11.1选题背景11.2国内外研究现状11.2.1 相关领域国内外技术31.2.2 国内现状研究42基本信息43处理现状74处理对策95处理方式106综合利用116.1建筑垃圾的减量化:116.2建筑垃圾的开发和利用126.3主要设备清单146.4建筑垃圾破碎筛分后成品料的利用价值146.5免烧空心砌块(空心砖)生产线156.6建筑垃圾消纳场垃圾填埋技术方案176.7 土建工程方案186.8与其他垃圾的处理方式之间的区别217发展现状及成果217.1建立完善的制度228结论231绪论1.1选题背景改革开放以来,我国的建筑行业得到了迅猛发展,这在很大程度上改善人民生活条件,促进了国民经济的发展。但是随着城市化进度的不断加快、外延式的房地产开发模式和大规模的旧城改造在全国范围内的开展,也会使建筑垃圾的产生和排放不断增加。我国每年仅建筑垃圾的产生量就达21亿28亿吨左右,占到城市垃圾总量的3040。因此如何正确处理和利用数量惊人的建筑垃圾、如何能使建筑垃圾资源化和减量化有效地开展起来,成为城市持续健康发展所必须关注的重大问题。而建筑垃圾处理不当,又会使得粉尘和雾霾盛行,影响城市居民的生活和居住健康。对建筑垃圾实行资源化处理,不仅可以缓解过多的建筑垃圾引起的土地、环境和交通的压力,而且还可以节约大量的不可再生资源,并能为区域基础设施建设和房地产开发提供再生建筑材料,这有利于循环经济产业链的形成,从而推动区域经济和环境发展,带来良好的社会效益和环境效益。建筑垃圾资源化已成为我国建设两型社会,推动经济社会全面协调可持续发展以及引导和支撑循环经济发展等重大发展战略中函待解决的问题。1.2国内外研究现状国外发达国家很早就开始着手对建筑垃圾再生利用的研究。世界上第一个开始进行建筑垃圾再生利用研究的是前苏联学者Glushge,他在1946年开始对再生混凝土的基本性能进行研究。从这以后便开始了研究建筑垃圾资源化的热潮,很多的专家学者开始围绕混凝土再生骨料的性能进行了一系列的基础研究,主要包括了再生骨料的物理性能、生产工艺、配合比及相关标准等。比较有代表性的是,土耳其奥斯曼加济大学关于再生混凝土配合比的设计和荷兰代尔夫特工业大学对无机结合料基层的特性与级配的研究。从上个世纪九十年代开始,国外就开始对建筑垃圾资源化进行研究。但是当时研究的内容比较浅,仅仅局限于建筑垃圾基本问题的研究,比如研究建筑垃圾的来源、分类组成、产量和建筑垃圾占建筑材料的比例等方面。近年来,国外发达国家更加深入的对建筑垃圾资源化进行研究,研究内容主要是更加确认建筑垃圾是一种“放错位置的资源”,要对其进行资源化利用。这些国家给我们研究建筑垃圾资源化提供了很多先进的技术方法和经验,因此,有关建筑垃圾资源化方面的研究和成果不胜枚举。2004年James对建筑垃圾资源化的利用借助软件进行了模块化分析,主要的研究内容包括:估算建筑垃圾的产量、分析建筑垃圾再利用的经济指标和建筑垃圾处理的经济指标。我国的建筑垃圾管理起步于20世纪80年代末90年代初。目前不仅范围有限(仅限于一些大城市),而且现有的管理制度、政策很弱法律法规等还不够健全。一些地区的政府或建筑商仍然对建筑垃圾管理认识不足、管理不善,从而导致建筑垃圾乱堆乱弃现象严重,垃圾监督控制总体处于一种粗放型的混杂状态。同时社会大众、企业单位等对建筑垃圾的危害认识不深刻,而且在垃圾处理过程中对各自应负的责任不明确,仅由政府独自承担垃圾处理的巨大压力和费用,不利于建筑垃圾资源化长远的规划发展。我国不少学者已经陆续对建筑垃圾资源化方面进行了深入的探讨。赵由才、王罗春则从原理、管理、工艺、法律法等方面,全方位提出了建筑垃圾处理及其资源化的新理论、新技术和新方法。唐沛、杨平基于我国实际国情的考虑,指明了我国发展建筑垃圾资源化必须具有自己的特点,不能仅仅是仿效发达国家的成功经验。李惠强、杜婷等设计了使用建筑垃圾生产再生骨料的工艺流程,并对建筑垃圾生产再生骨料的技术进行了评价,评价结果显示了建筑垃圾资源化是存在客观利润的。在汶川大地震之后产生大量的建筑垃圾,同济大学的张雄教授充分利用了这些建筑垃圾,建成了建筑垃圾资源化示范生产基地,并已申请国家专利,为我国建筑垃圾资源化生产提供了宝贵的数据。总体来说,我们在建筑垃圾资源化利用方面与发达国家的差距还很大,这个差距不是一两个研究成果就能够弥补回来的。因此我们在积极学习外国经验的时候应该充分结合我国正在加快建设社会主义国家的这一特殊时期的实际情况,探讨建筑垃圾资源化发展途径。1.2.1 相关领域国内外技术1)土坡渐进破坏分析土力学中的渐进破坏的概念最早由Terzagghi于1936年提出,但至今描述这一过程的理论尚不完善。Skemton、Bjerrm、Bishop等早期研究集中在长期荷载下强度丧失的机理及稳定分析时的强度指标取值问题上。沈珠江认为渐进破坏主要与硬粘土的强度损失有关,并将强度的损失机理归纳为减压软化、剪胀软化和损伤软化三种类型。但也有一些学者,如Christon、Vaugh、Cavounidis等,提出蠕变软化的主张,即长期强度问题。虽然边坡的渐进破坏观点早被人们接受,但如何模拟渐进式破坏的过程却由于数学处理上的困难而不易实现。2)边坡大变形有限元分析土坡渐进破坏分析边坡稳定性是基于小变形假设,即假定边坡所发生的位移远小于边坡特征尺寸(如边坡的单元长度),这样就可以不考虑边坡位置和形状(位形)的变化,分析中不必区分变形前与变形后的位形。但在实际边坡工程中,会遇到许多不符合小变形假设的问题,例如,软土边坡或基坑边墙、红粘土边坡、高含水量湿陷性黄土边坡等,这些边坡在失稳破坏时,会发生相当大的位移(或变形),因此,分析中必须引入大变形问题的几何非线性分析方法。3)边坡稳定的可靠度分析可靠度分析是在确定了数学模型的基础上,分析由于参数的变异特性而导致边坡失稳或工程结构失效的概率。可采用一般的统计学运算方法来计算边坡问题的可靠度及相应的失效概率PK。可靠度分析包括两方面的研究内容:研究岩土材料各项参数的变异特征;计算可靠度指标和边坡工程失效概率。可靠度分析从目标函数最可能数值和变异系数两个方面把握结构的安全度,对结构失效概率是通过研究每一个影响因素的变异特征获得的,其分析成果比确定性模型更加合理。但在实际应用中,由于确定岩土材料的一些力学特征指标(如粘聚力 c、内摩擦角)带有很多经验成份,如何科学地确定这些参数的均值和标准差就成为一个最大的难题,使可靠度分析在边坡工程中的应用遇到重大阻碍。4)边坡稳定性分析的非线性理论1970年以来,非线性科学发展起来,建立起耗散结构论、突变理论、协同论、混沌理论、分形理论及神经网络理论等的非线性理论。工程地质学与非线性科学的思想很接近,为非线性科学与工程地质学提供了结合点,非线性科学已在逐步地应用于工程地质学中,边坡系统分岔、突变、自组织等非线性动力特性的理论研究,以及协同灰色理论、模糊数学、混沌等系统科学方法在边坡中的应用,为边坡稳定性研究提供了新理论和新方法。1.2.2 国内现状研究中国是世界上黄土分布最广泛的国家之一,面积约为64km2,由于黄土厚层堆积、容易遭受降雨与流水侵蚀等非水稳特性以及黄土本身的直立特性,形成了特有的地形地貌,造就了黄土塬、梁顶部地形平坦,边缘为陡直斜坡,且斜坡仍处于地质演变阶段,导致黄土边坡临空条件远比其它岩土边坡明显,加之黄土结构疏松,坡脚极易遭受降雨侵蚀,经常发生自然的退缩和侵蚀破坏,从而容易形成不良地质现象,引发滑塌、崩塌、边坡失稳破坏,造成地质灾害。由于黄土是在特定的地理位置、地质构造和气候环境下堆积形成的,使得黄土在沉积厚度、地质特征和物理力学性质上都表现出明显的差异和变化,这些特征造就了黄土在理论研究和工程实践都具有非常重要意义。2基本信息建筑垃圾是在对建筑物实施新建、改建、扩建或者是拆除过程中产生的固体废弃物。根据建筑垃圾的产生源的不同,可以分为施工建筑垃圾和拆毁建筑垃圾。施工建筑垃圾顾名思义就是在新建、改建或扩建工程项目当中产生的固体废弃物,而拆毁建筑垃圾就是在对建筑物拆迁拆除时产生的建筑垃圾。建筑垃圾对我们的生活环境具有广泛地侵蚀作用,对于建筑垃圾如果实行长期不管的态度,那么对于城市环境卫生,居住生活条件,土地质量评估等都有恶劣影响。首先大量的土地堆放建筑垃圾后,会降低土壤的质量,降低土壤的生产能力;建筑垃圾堆放于空气中,影响空气质量,一些粉尘颗粒会悬浮于空气中,有害人体健康;建筑垃圾在堆放过程中,长期的堆积是建筑垃圾的有害物质渗入到地下水域,污染水环境;如果建筑垃圾在城市中堆放的话,对城市环境,美观度都不利;建筑垃圾的堆放可能存在某些安全隐患,随时可能会发生一些事故。1、建筑垃圾随意堆放易产生安全隐患大多数城市建筑垃圾堆放地的选址在很大程度上具有随意性,留下了不少安全隐患。施工场地附近多成为建筑垃圾的临时堆放场所,由于只图施工方便和缺乏应有的防护措施,在外界因素的影响下,建筑垃圾堆出现崩塌,阻碍道路甚至冲向其他建筑物的现象时有发生。在郊区,坑塘沟渠多是建筑垃圾的首选堆放地,这不仅降低了对水体的调蓄能力,也将导致地表排水和泄洪能力的降低。2、 建筑垃圾对水资源污染严重建筑垃圾在堆放和填埋过程中,由于发酵和雨水的淋溶、冲刷,以及地表水和地下水的浸泡而渗滤出的污水-渗滤液或淋滤液,会造成周围地表水和地下水的严重污染。垃圾堆放场对地表水体的污染途径主要有:垃圾在搬运过程中散落在堆放场附近的水塘、水沟中;垃圾堆放场淋滤液在地表漫流,流入地表水体中;垃圾堆放场中淋滤液在土层中会渗到附近地表水体中。垃圾堆放场对地下水的影响则主要是垃圾污染随淋滤液渗入含水层,其次由受垃圾污染的河湖坑塘渗入补给含水层造成深度污染。垃圾渗滤液内不仅含有大量 有机污染物,而且还含有大量金属和非金属污染物,水质成分很复杂。一旦饮用这种受污染的水,将会对人体造成很大的危害。3、建筑垃圾影响空气质量随着城市的不断发展,大量的建筑垃圾随意堆放,不仅占用土地,而且污染环境,并建筑垃圾影响空气质量-武原丞且直接或间接地影响着空气质量。目前我国的建筑垃圾大多采用填埋的方式处理,然而建筑垃圾在堆放过程中,在温度、水分等作用下,某些有机物质发生分解,产生有害气体,如建筑垃圾废石膏中含有大量硫酸根离子,硫酸根离子在厌氧条件下会转化为具有臭鸡蛋味的硫化氢, 废纸板和废木材在厌氧条件下可溶出木质素和单宁酸并分解生成挥发性有机酸,这种有害气体排放到空气中就会污染大气;垃圾中的细菌、粉尘随风飘散,造成对空气的污染;少量可燃建筑垃圾在焚烧过程中又会产生有毒的致癌物质,造成对空气的二次污染。4、建筑垃圾占用土地 降低土壤质量随着城市建筑垃圾量的增加,垃圾堆放点也在增加,而垃圾堆放场的面积也在逐渐扩大。垃圾与人争地的现象已到了相当严重的地步,大多数郊区垃圾堆放场多以露天堆放为主, 经历长期的日晒雨淋后,垃圾中的有害物质(其中包含有城市建筑垃圾中的油漆、涂料和沥青等释放出的多环芳烃构化物质)通过垃圾渗滤液渗入土壤中,从而发生一系列物理、化学和生物反应,如过滤、吸附、沉淀,或为植物根系吸收或被微生物合成吸收,造成郊区土壤的污染,从而降低了土壤质量。此外,露天堆放的城市建筑垃圾在种种外力作用下,较小的碎石块也会进入附近的土壤,改变土壤的物质组成,破坏土壤的结构,降低土壤的生产力。 另外城市建筑垃圾中重金属的含量较高,在多种因素的作用下,其将发生化学反应,使得土壤中重金属含量增加,这将使作物中重金属含量提高。受污染的土壤,一般不具有天然的自净能力,也很难通过稀释扩散办法减轻其污染程度,必须采取耗资巨大的改造土壤的办法