肖建莊，沈劍羽，高 琦,，馬志鳴，李福安

(1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；2.許昌金科資源再生股份有限公司，河南 許昌 461001)

0 引 言

隨著中國(guó)城市化的推進(jìn)和現(xiàn)代化的建設(shè)，越來(lái)越多的大型建筑物拔地而起。城市發(fā)展方向也從原本的地上朝著地下發(fā)展，如建筑地下室、地鐵線(xiàn)路、市鎮(zhèn)管網(wǎng)等地下結(jié)構(gòu)在如今的城市發(fā)展中已然成了不可或缺的一部分。但是，隨著城市的不斷建設(shè)，產(chǎn)生的建筑垃圾也在逐漸增多，并成為困擾中國(guó)發(fā)展的一大難題。目前建筑垃圾大部分為工程棄土，存在數(shù)量龐大、成分復(fù)雜、處理困難等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今城市可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。

工程棄土也稱(chēng)為建筑棄土，即各類(lèi)建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等進(jìn)行建設(shè)、鋪設(shè)或拆除、修繕過(guò)程中所產(chǎn)生的渣土和淤泥等。工程棄土以城市的新建、改建等工程開(kāi)挖的棄土、淤泥為主要來(lái)源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)建筑垃圾數(shù)量已占城市垃圾總量的30%～40%[1]，其中約一半以上為建筑棄土。據(jù)2105年的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)包括建筑物垃圾和工程棄土在內(nèi)的建筑垃圾年產(chǎn)生量約為35×108t，其中每年僅拆除就產(chǎn)生15×108t建筑垃圾[2]。大量的工程棄土直接貢獻(xiàn)了大部分城市垃圾，造成所謂“垃圾圍城”現(xiàn)象，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。工程棄土常常不易處理，若隨意堆置則會(huì)占用大量土地面積，同時(shí)造成環(huán)境污染，產(chǎn)生揚(yáng)塵和水土流失，破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土地沉降，危害巨大。工程棄土的排放量目前還呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而中國(guó)的大部分棄土臨時(shí)堆積場(chǎng)都已經(jīng)不堪重負(fù)，一味地堆填棄置無(wú)法解決當(dāng)下棄土圍城的現(xiàn)狀，對(duì)于工程棄土，必須秉承可持續(xù)發(fā)展的理念，將其充分合理地資源化再利用。

1 工程棄土現(xiàn)狀

1.1 中國(guó)工程棄土的主要來(lái)源及排放量

工程棄土的主要來(lái)源有：新建建筑物的地基開(kāi)挖、場(chǎng)地平整產(chǎn)生的土方量；地鐵管線(xiàn)、地鐵站點(diǎn)及其他地下公共設(shè)施建設(shè)所產(chǎn)生的挖土量；舊建筑拆除產(chǎn)生的建筑垃圾中包含的棄土；道路翻修、河道疏浚等所產(chǎn)生的渣土和淤泥等。其中，新建建筑的棄土排放占據(jù)了工程棄土的大部分來(lái)源。

中國(guó)新增建筑面積逐年增長(zhǎng)，占據(jù)全世界總量的一半，位居世界第一。僅2015年，中國(guó)竣工建筑面積就已經(jīng)達(dá)到了27.9×108m2，如圖1所示。若按每年平均20×108m2新增建筑面積，平均每棟建筑9層算，每層高3 m，每棟配備1層地下室，那么每年將產(chǎn)生6×108m3的土方量，即18×108t土。地鐵管線(xiàn)和地鐵站開(kāi)挖產(chǎn)生的土方量同樣驚人，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在“十三五”期間，中國(guó)每年新增約880 km的地鐵線(xiàn)和500座地鐵站點(diǎn)，如表1所示。若按每條地鐵管道直徑6.3 m，每座地鐵站占地1×104m2，高2或3層約10 m進(jìn)行估算，可得中國(guó)每年在地鐵建設(shè)中開(kāi)挖的棄土量約1×108m3，即3×108t土。

表1 中國(guó)“十三五”期間地鐵新建站臺(tái)測(cè)算

圖1 中國(guó)各類(lèi)民用建筑竣工面積(2001～2015年)

據(jù)測(cè)算，中國(guó)每年約4.6×108m2的舊建筑被拆除，而每拆除1×105m2舊建筑時(shí)，產(chǎn)生的建筑垃圾為6 000～10 000 t[3]，其中的棄土量約占建筑拆除垃圾總量的一半，即中國(guó)每年因拆除產(chǎn)出的工程棄土約4×108t。新建筑的建設(shè)和舊建筑拆除所產(chǎn)生的棄土，加上地下綜合管廊、道路翻修、河道疏浚等產(chǎn)出的棄土和淤泥，工程棄土的每年排放量可達(dá)約30×108t，按此計(jì)算，可以得到各類(lèi)來(lái)源的工程棄土的數(shù)量占比，如圖2所示。

圖2 各類(lèi)來(lái)源的工程棄土占比

1.2 中國(guó)工程棄土的空間分布

中國(guó)工程棄土排放源的地理分布主要集中在城市化發(fā)展迅速的地區(qū)，如華東、華中和西南等地區(qū)。據(jù)2018年的建筑發(fā)展統(tǒng)計(jì)可知，中國(guó)各地建筑業(yè)總產(chǎn)值情況如圖3所示。

建筑業(yè)總產(chǎn)值計(jì)算公式為G=PN(1+R)(1+M)(1+T)，其中，G為建筑業(yè)總產(chǎn)值，P為預(yù)算單價(jià)，N為實(shí)際完成的實(shí)物量，R為間接費(fèi)率，M為計(jì)劃利潤(rùn)率，T為稅率。假定中國(guó)各省建筑業(yè)的間接費(fèi)率、計(jì)劃利潤(rùn)率和稅率一致，依據(jù)各省的平均房?jī)r(jià)，便可以根據(jù)圖3計(jì)算出各省的房屋竣工面積，從而得到各省各地區(qū)的棄土排放量，如圖4所示。

圖3 中國(guó)各省2018年建筑業(yè)總產(chǎn)值

圖4 中國(guó)各地區(qū)棄土排放量比例

1.3 中國(guó)工程棄土的組成分析

工程棄土的成分主要包括原土所具有的粒度成分、礦物成分和液相成分，建筑拆除后產(chǎn)生的碎混凝土、砂漿、磚粉等，以及其他成分如有機(jī)物碎屑和化學(xué)物質(zhì)。工程棄土以地表土壤為主，而地表土成分的差異性因地區(qū)而異，呈現(xiàn)出較大的離散型。中國(guó)幅員遼闊，經(jīng)緯度跨度大，地質(zhì)條件及氣候條件豐富，因此土壤資源也十分豐富，包括南方紅壤、東部棕壤、褐土、黑土、北方栗鈣土、西北漠土等。目前中國(guó)對(duì)工程棄土常采用分類(lèi)處理的方式，因此在處理前，需要重點(diǎn)注意棄土的成分差異所帶來(lái)的影響。

從化學(xué)組成上來(lái)看，地表土壤主要的化學(xué)成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等，其中以二氧化硅和氧化鋁為主。干燥的土壤中礦物質(zhì)成分占到了土壤總質(zhì)量的90%～95%，而有機(jī)質(zhì)成分只占1%～10%，因而土壤的成分差異主要受其成土母質(zhì)差異的影響。以浙江省為例[4]，省內(nèi)的土壤母質(zhì)多達(dá)29種，土類(lèi)達(dá)16種，相同母質(zhì)類(lèi)型土壤含有相似的礦物種類(lèi)，而且相同母質(zhì)不同樣品中同一礦物含量變化也較小，即同母質(zhì)土壤礦物組成與含量具有相似性。由此可知，在進(jìn)行棄土相關(guān)研究時(shí)，需要注意根據(jù)棄土的來(lái)源進(jìn)行分類(lèi)。

1.4 中國(guó)工程棄土利用率和法律現(xiàn)狀

隨著中國(guó)現(xiàn)在城市建設(shè)的高速發(fā)展，工程棄土的排放量逐年增長(zhǎng)，而中國(guó)目前對(duì)工程棄土的利用率低下，仍有大量的浪費(fèi)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)在對(duì)工程棄土的處理能力上有巨大的進(jìn)步空間。據(jù)資料顯示，德國(guó)在2008年的建筑垃圾回收利用率就達(dá)到了95%，再生利用率也達(dá)到70%以上。根據(jù)聯(lián)合國(guó)再生聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)，歐洲主要國(guó)家的建筑垃圾平均利用率達(dá)到80%左右，其他國(guó)家如日本、韓國(guó)等，建筑垃圾回收利用率達(dá)95%以上。中國(guó)的建筑垃圾總體資源化再利用率仍不足5%，不僅浪費(fèi)嚴(yán)重，且未資源化的建筑垃圾還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的二次污染。建筑垃圾的再生利用主要包括：建筑棄料的資源化，如制作再生骨料、再生砂粉等，以及建筑棄土的資源化，如回填、造景、固結(jié)回填、燒制磚等。

近年來(lái)，中國(guó)在法律制度、經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)研發(fā)等方面開(kāi)展了建筑垃圾資源化道路的積極探索，但進(jìn)展相對(duì)緩慢，尚未形成趨勢(shì)。中國(guó)在2003年1月頒發(fā)了《城市建筑垃圾和工程棄土管理規(guī)定》，2009年施行了《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，2011年8月施行了《固體廢物污染防治法》，2013年3月住建部發(fā)布了《十二五綠色建筑和綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，重點(diǎn)要求加快發(fā)展綠色建筑產(chǎn)業(yè)。很多新興企業(yè)在逐步開(kāi)展建筑垃圾的再利用，但暫未形成較穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)用工程有限。

在學(xué)界李建明等[5]深入探討了“無(wú)廢城市”這一全新概念，并從政策引導(dǎo)、問(wèn)責(zé)制度、市場(chǎng)機(jī)制、推進(jìn)示范工程建設(shè)等方面，針對(duì)性地為中國(guó)工程棄土的治理問(wèn)題提出了建議。

如今，中國(guó)“十三五”規(guī)劃明確提出了“讓城市越來(lái)越智慧”的頂層設(shè)計(jì)要求，許多城市完成了包括建筑棄土運(yùn)輸智能化管理系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)子系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了棄土車(chē)輛的智能化監(jiān)管全覆蓋，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)城市土石方調(diào)配信息化平臺(tái)，加強(qiáng)對(duì)工程棄土的管理。抓緊建立土石方調(diào)配信息化平臺(tái)，強(qiáng)化土石方公共數(shù)據(jù)資源共享勢(shì)在必行。可由各地國(guó)土資源廳搭建土石方調(diào)配信息化平臺(tái)及公開(kāi)的土石方調(diào)配信息查詢(xún)系統(tǒng)，將相關(guān)的資源信息公布在互聯(lián)網(wǎng)上，做到信息互通共享，并以可視化的方法呈現(xiàn)在電子地圖之上。在建筑棄土運(yùn)輸智能化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上集成調(diào)度功能，政府部門(mén)則重在監(jiān)管，當(dāng)好市場(chǎng)的服務(wù)者，各方要在協(xié)作過(guò)程中強(qiáng)化平臺(tái)的公共數(shù)據(jù)資源共享功能，爭(zhēng)取做到肯用、會(huì)用、善用、愛(ài)用。如此，才能科學(xué)、高效地處理工程棄土管理困難的問(wèn)題。

2 工程棄土處置及利用現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外工程棄土處理經(jīng)驗(yàn)

在發(fā)達(dá)國(guó)家，處理工程棄土主要采取“工程渣土源頭消減策略”，通過(guò)科學(xué)管理和有效控制措施，在工程棄土形成之前，進(jìn)行減量化，并對(duì)工程棄土采取科學(xué)手段，使其變成再生資源[6]。

德國(guó)是世界上最早開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)處理法的國(guó)家，1972年制定了《廢物處理法》，1986年修改為《廢物限制及廢物處理法》，1994年制定了《循環(huán)經(jīng)濟(jì)和廢物清除法》。采用的理念是減量產(chǎn)生，循環(huán)利用，最終處理，將廢物的產(chǎn)生和消納規(guī)劃為一套完整的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系[1]；對(duì)于產(chǎn)生棄土的工程會(huì)采取每噸500歐元的罰款，以此來(lái)督促施工方。

美國(guó)在20世紀(jì)70年代制定了《固體廢棄物處置法》，各州根據(jù)自身情況制定了相應(yīng)的再生資源循環(huán)利用法規(guī)，美國(guó)政府還在《超級(jí)基金法》中規(guī)定“任何生產(chǎn)有工業(yè)廢棄物的企業(yè)，必須自行妥善處理，不得擅自隨意傾卸”，對(duì)直接填埋處理的企業(yè)，收取高額的處置費(fèi)用，因而美國(guó)建筑棄土資源化率超過(guò)90%以上。

日本政府在20世紀(jì)70年代制定了《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》，90年代又制定了《資源重新利用促進(jìn)法》，這些法規(guī)的指導(dǎo)方針是建筑棄土盡可能不離開(kāi)施工現(xiàn)場(chǎng)，盡可能重新利用，重新利用有困難的則繳納必要的處置費(fèi)，故而日本建筑棄土資源化率達(dá)到98%。

2.2 工程棄土分類(lèi)治理原則

根據(jù)歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)建筑垃圾的處理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)實(shí)際情況，可以將工程棄土分類(lèi)利用。工程棄土根據(jù)棄土來(lái)源和自身性質(zhì)，可分為工程產(chǎn)出土和工程垃圾土[7]。工程產(chǎn)出土包括良質(zhì)棄土、疏浚砂石等可以直接利用的土工材料；工程垃圾土包括劣質(zhì)棄土、工程污泥、疏浚泥等不可以直接使用的垃圾土。

所謂良質(zhì)棄土和劣質(zhì)棄土，即根據(jù)土木工程建設(shè)中產(chǎn)出的棄土的物化性質(zhì)再次細(xì)分得到的分類(lèi)。良質(zhì)棄土主要為砂礫土、砂土、粉砂土等壓實(shí)性能良好、易于施工的土方，而劣質(zhì)棄土主要是指標(biāo)貫擊數(shù)在2以下，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為50 GPa以下，含水率達(dá)到80%以上的軟黏土、有機(jī)質(zhì)土等[7]。

目前，工程棄土的利用現(xiàn)狀主要包括以下幾個(gè)方面：

(1)直接再利用。此類(lèi)方法所用的棄土必須是自身性質(zhì)優(yōu)良的土壤，其含水率適合，不被污染，施工性能優(yōu)良。常被用于填埋、標(biāo)高平衡、山體修復(fù)、公路防護(hù)帶、堆山造景、恢復(fù)耕田、土壤改良、修路筑堤、填海造陸等。

(2)通過(guò)干燥、脫水等物理方法處理后，恢復(fù)優(yōu)良物化性質(zhì)，再利用。

(3)通過(guò)化學(xué)處理，使其固結(jié)，作為固結(jié)回填土。

(4)通過(guò)熱處理，即用于生產(chǎn)磚瓦、陶粒等再生建筑材料。

工程棄土的分類(lèi)及處理方向如圖5所示。

圖5 工程棄土的分類(lèi)及處理方向

2.3 良質(zhì)棄土的處理

眾所周知，地表的巖石礦物經(jīng)過(guò)千百年的風(fēng)化、沉淀，以及復(fù)雜的物理化學(xué)變化后，才會(huì)最終形成土壤。土壤對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)是一種寶貴的不可再生資源，因此，在對(duì)工程中產(chǎn)出的棄土進(jìn)行再利用時(shí)，應(yīng)根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)。每年大約產(chǎn)生的30×108t棄土中，大部分本質(zhì)上是來(lái)自大地表層的土，是干凈的、優(yōu)質(zhì)的資源，對(duì)此，應(yīng)盡量采用填埋、平整場(chǎng)地、恢復(fù)山體等方式進(jìn)行再利用，讓優(yōu)質(zhì)的土壤重回大地。

2.3.1 填埋，恢復(fù)山體，填海造陸

中國(guó)目前對(duì)于工程棄土還是主要以填埋為主，所用的工程棄土為其中的良質(zhì)棄土。

填埋是最簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的棄土利用方式。一般在各類(lèi)建設(shè)工程的前中后期，都會(huì)需要填平坑地、平衡場(chǎng)地標(biāo)高等，往往可以就地消納部分剛排放的棄土。

山體恢復(fù)包括天坑回填和山坡復(fù)原，主要適用于處理城市近郊因開(kāi)山采石、采礦挖掘、挖山取土等行為而出現(xiàn)的山體生態(tài)失衡、地表景觀碎片化、生物多樣性降低等生態(tài)問(wèn)題，以及預(yù)防邊坡易崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患問(wèn)題。

填海造陸即使用人工手段把原有的海域、湖區(qū)或河岸轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙氐男袨?。?duì)于山多地少的沿海城市，填海造地是一個(gè)為城市有限空間的發(fā)展起到重要作用的方法。填海造陸工程可以消納大量的棄土，是一種直接簡(jiǎn)單的利用方式。

2.3.2 堆山造景

近年來(lái)各地興起的堆山造景是一種對(duì)工程棄土高效清潔的利用方式。每完成一座人造景觀的建設(shè)，就可以消納大量的工程棄土，如僅造一座底部面積500 m×200 m、高50 m的小山，就可以消納3×106t的棄土[8]。

西安文景山公園[9]是中國(guó)第一個(gè)利用建筑廢棄物建造的“堆山造景”公園，可以滿(mǎn)足市民休閑娛樂(lè)、觀光旅游等需求。堆山面積達(dá)15×104m2，可消納33.2×105m3建筑廢物，山體西側(cè)高40 m，東側(cè)高35 m，景觀效果良好。北京南海子公園[10]將建筑廢物打碎、分揀，并根據(jù)不同規(guī)格用于堆山工程、公園路基建設(shè)、園中道路填充物、綠地以及人行道石子等，再將土壤鋪設(shè)其上，用于栽種景觀植被，利用各種植物對(duì)垃圾進(jìn)行降解，可消納約32×106m3的建筑廢物處理，仍有約24×106m3的建筑廢物填埋山體容量。石家莊柏林公園[11]占地5.3×104m2，峰高11 m，建筑廢物與土按照3∶1的比例混合后，采用分層碾壓的方式，使山體堆土達(dá)到合理密實(shí)度的同時(shí)安全地消納建筑廢物和棄土。天津南翠屏公園[12]堆山工程用地33.5×104m2，山體占地面積12.1×104m2，堆山主峰高度50 m，另有側(cè)峰6座，園中采用巧妙的空間分割，將建筑廢物堆山工程打造為園林藝術(shù)。此外，天津奧林匹克森林公園[13](峰高48 m)、江蘇無(wú)錫金匱公園[14](峰高54 m)等都是以人工堆山為基礎(chǔ)建造的特色景觀區(qū)，并發(fā)揮了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3.3 恢復(fù)地貌與耕地

自然地貌與耕地的復(fù)原是指利用建筑棄土的合理堆填來(lái)復(fù)原自然地貌和耕地建設(shè)，保護(hù)城市自然地貌特色，恢復(fù)農(nóng)林耕地使用，并避免利用掘土后平整場(chǎng)地搞臨時(shí)開(kāi)發(fā)建設(shè)，保護(hù)生態(tài)區(qū)環(huán)境。主要適用于因周邊大型工程在項(xiàng)目前期有大量土石方需求，就近利用山脊和農(nóng)地作為掘土場(chǎng)地，造成丘陵崗地破損和農(nóng)田損毀。復(fù)原丘陵坡地時(shí)要滿(mǎn)足對(duì)周邊現(xiàn)狀地形、村莊、設(shè)施等穩(wěn)定性和安全性的要求。

2.3.4 公路丘陵防護(hù)林帶

公路丘陵防護(hù)林帶是基于綠色循環(huán)低碳的公路建設(shè)理念，在城市環(huán)線(xiàn)及放射線(xiàn)高速公路兩側(cè)規(guī)劃建設(shè)50～200 m寬綠化帶[1]，若防護(hù)林帶以寬50 m、高3 m的三角錐形防護(hù)帶計(jì)算，所用棄土的密度為1.8 t·m-3，那么每1 km道路就可以消納270 t的工程棄土，數(shù)量相當(dāng)驚人。

利用建筑棄土和綠化種植結(jié)合的方式形成立體、美觀且安全的自然綠色生態(tài)走廊，主要適用于城市外圍環(huán)線(xiàn)的快速路、繞城公路、高速公路等兩側(cè)丘陵防護(hù)林帶的建設(shè)，通過(guò)坡地的綠化造景，提高公路防護(hù)帶防噪、防塵的隔離作用，進(jìn)而打造立體美觀的城市生態(tài)屏障。

2.4 劣質(zhì)棄土的處理

在第2.3節(jié)提到的多種棄土處理方法的處理對(duì)象主要為建設(shè)工程中產(chǎn)生的良質(zhì)棄土，這些土通常含水率適宜，施工性能好，因而無(wú)需處理，便可以用于填埋和堆山等工程。由于土資源具有不可再生性，因此對(duì)于良質(zhì)棄土的利用方式盡量以不改造土的理化性質(zhì)，直接投放使用為主，目前良質(zhì)棄土的利用技術(shù)已然相當(dāng)成熟。但是，工程棄土中還有相當(dāng)數(shù)量的劣質(zhì)棄土，這些劣質(zhì)棄土主要包括各種來(lái)源的渣土和淤泥，對(duì)于劣質(zhì)棄土的資源化利用技術(shù)是當(dāng)下研究的難點(diǎn)，有很大的發(fā)展空間。

建筑、道路等設(shè)施進(jìn)行拆除、維護(hù)時(shí)，將產(chǎn)生大量的棄土，這些棄土混雜著混凝土碎塊、砂漿、碎磚、碎陶瓷、碎木屑等雜物，成分復(fù)雜多變。

這些棄土通過(guò)將有害雜質(zhì)的剔除，就可以用做生產(chǎn)燒結(jié)磚、免燒磚等的原料，也可以用于填埋、堆山造景等。

淤泥包括建設(shè)工程中產(chǎn)生的泥漿、河道疏浚淤泥、建筑樁基建設(shè)產(chǎn)生的泥漿和地鐵開(kāi)挖產(chǎn)生的深層淤泥等，每種泥漿都具有不同的性能特征。這些淤泥含水率大，化學(xué)成分復(fù)雜，無(wú)法用于常規(guī)的填埋、堆棄等，且目前中國(guó)也已經(jīng)禁止將淤泥直接排放。因此，為了處理這些規(guī)模龐大的淤泥，需要考慮合理的利用方法。建筑泥漿有機(jī)質(zhì)含量少，成分和性能相對(duì)穩(wěn)定，力學(xué)性能好，污染較小，經(jīng)脫水和改良后可作為建筑材料、填充土或綠化用土等。在國(guó)外，泥漿的處理方法包括絮凝劑處理法、固化劑處理法以及機(jī)械處理法。中國(guó)在泥漿處理方面也有較多方法，如回填處理、再循環(huán)使用、機(jī)械處理法、固化劑處理法，其中固化劑處理法應(yīng)用最廣泛，效益最好。目前采用較多的有化學(xué)固化處理法、化學(xué)強(qiáng)化固液分離法、MTC轉(zhuǎn)化技術(shù)等。但是使用固化劑處理工程棄土和廢棄泥漿仍存在一定的問(wèn)題，首先棄土泥漿的來(lái)源復(fù)雜，化學(xué)成分離散性大，固化處理適應(yīng)性存在不足，其次是固化泥漿需要消耗大量的固化劑，成本較高。

河道疏浚工程中產(chǎn)生的淤泥中有機(jī)質(zhì)含量高，除了少量航道底泥的重金屬含量指標(biāo)略高外，航道底泥基本滿(mǎn)足農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，可直接利用，其中黏土和粉質(zhì)黏土的工程特性較好，航道底泥可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增肥，淤泥質(zhì)黏土經(jīng)減水化處理后也是良好的再生資源[15]。除了上述的部分淤泥由于其自身性質(zhì)優(yōu)良可以在簡(jiǎn)單處理后直接農(nóng)用以外，其余的淤泥則需要另外使用方法處理，包括化學(xué)處理、熱處理等。

2.4.1 固化技術(shù)

在處理含水率大的棄土、泥漿以及污泥時(shí)，經(jīng)過(guò)綜合考察，發(fā)現(xiàn)固化技術(shù)是目前使用最多，且經(jīng)濟(jì)效益最好的方法。固化技術(shù)包括自然固化和改良處理技術(shù)。

自然固化處理通用做法是在城市郊區(qū)尋找一塊場(chǎng)地作為污泥的集中堆放場(chǎng)地，待污泥在自重的作用下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度后再予以利用。此種處理方式簡(jiǎn)單，成本低，便于操作。其缺點(diǎn)也十分突出：一是污泥含水率大，存在透水性差，難以在短時(shí)間內(nèi)自然脫水固結(jié)，一般的固結(jié)周期在5～10年；二是占地面積大，隨著城市土地資源的縮減，難以尋找到合適的堆放場(chǎng)地，且征地成本價(jià)格不斷提高；三是對(duì)于有污染的污泥易造成重金屬流失引起二次污染；四是堆放方式不當(dāng)容易造成大規(guī)模塌方等事故。

改良處理技術(shù)就是在污泥中添加改良材料，例如水泥，通過(guò)水泥與污泥之間的水化反應(yīng)把污泥改良為高強(qiáng)度、低滲透性的工程材料。目前國(guó)內(nèi)外所采用的污泥改良材料依據(jù)其作用機(jī)理主要分為生物酶類(lèi)和化學(xué)類(lèi)2種。這種生物酶改良處理方式相對(duì)環(huán)保，但是也會(huì)帶來(lái)成本大的問(wèn)題，而化學(xué)改良處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究較多，是綜合效益最好的處理方法。到目前為止，已經(jīng)有多種改良劑被發(fā)現(xiàn)并投入使用，收效甚佳。

2.4.2 棄土燒結(jié)磚

棄土燒磚技術(shù)即利用工程棄土來(lái)燒制磚，屬于一種建筑垃圾再生利用技術(shù)。燒結(jié)磚在中國(guó)已有3 500年的歷史，傳統(tǒng)的秦磚漢瓦所用的原料是黏土，而近年來(lái)的過(guò)度開(kāi)發(fā)和粗放式生產(chǎn)導(dǎo)致大量的農(nóng)田毀壞，同時(shí)還消耗了大量的不可再生能源，并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

使用工程中產(chǎn)生的棄土作為原料生產(chǎn)燒結(jié)磚，不僅回收利用了廢棄資源，還能消納無(wú)處堆放的棄土，進(jìn)而可以保護(hù)環(huán)境。其實(shí)，早在2017年的新編國(guó)家規(guī)范《燒結(jié)普通磚》(GB/T 5101—2017)[16]中，就首次將建筑渣土、淤泥、污泥和固體廢棄物加入了燒結(jié)磚的原料種類(lèi)中，擴(kuò)充了燒結(jié)磚的原料使用范圍，不過(guò)規(guī)范只說(shuō)明了可以將這些棄土用于制備普通燒結(jié)磚，至于如何燒結(jié)及相關(guān)的技術(shù)和工藝均未說(shuō)明，相關(guān)的探索仍在繼續(xù)。燒結(jié)磚現(xiàn)在一般使用空心砌塊、多孔砌塊等，形式多樣，相較于實(shí)心磚，具有輕質(zhì)的特點(diǎn)，且保溫、隔熱、抗震等性能得到了提升，因此如若將棄土用于制作燒結(jié)多孔磚、空心磚，則其中的技術(shù)將更加復(fù)雜，難度也更高。

工程棄土一般成分復(fù)雜多變，含水率高，甚至包括有毒有害成分，這種直接挖掘出的棄土一般不能直接投入燒結(jié)磚生產(chǎn)應(yīng)用，需要經(jīng)過(guò)復(fù)配、干燥、破碎、陳化等處理后，才能得到適合用于制造磚塊的原料。燒結(jié)用的廢棄土因其來(lái)源不同，故其化學(xué)組成、粒度組成等性質(zhì)也會(huì)各異。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)證明，若要成功燒結(jié)成優(yōu)質(zhì)磚，那么原料土必須擁有特定的化學(xué)成分、粒度組成、含水率等。在實(shí)際燒結(jié)工作中，需要首先鑒定各類(lèi)來(lái)源土的性質(zhì)，并根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行土的復(fù)合配比，從而得到可以用于制作燒結(jié)磚的原料。因此，了解和研究土的組成與微觀結(jié)構(gòu)等對(duì)燒結(jié)磚基本性能的影響機(jī)理，從科學(xué)上探究原料土和燒制磚之間的聯(lián)系，是棄土燒磚技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。

最終的燒磚成功率除了受到棄土原料的影響，還會(huì)受到燒結(jié)工藝及技術(shù)的影響。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)廢土燒結(jié)磚的成套技術(shù)均有研究，大致過(guò)程為：原料土風(fēng)化、破碎、粉碎、除雜、粒度分級(jí)、配料、干燥脫水、加水均化、陳化、成型、恒溫恒濕環(huán)境下通風(fēng)干燥、燒結(jié)成磚、自然冷卻，具體流程如圖6所示。燒結(jié)過(guò)程中，復(fù)配、成型、干燥和燒結(jié)是技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，干燥時(shí)需要保持一定的溫度、濕度和空氣流速，否則將導(dǎo)致磚的開(kāi)裂和變形。在燒結(jié)時(shí)，同樣需要保持燒結(jié)窯內(nèi)的濕度恒定，且對(duì)燒結(jié)窯的溫度控制較為嚴(yán)格，否則仍然會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)后的磚出現(xiàn)開(kāi)裂、變形等，最終導(dǎo)致成磚的品質(zhì)下降。

圖6 棄土燒結(jié)工藝流程

在中國(guó)的部分省份，如江蘇省、河南省、山東省等，均已經(jīng)有使用棄土燒制磚的應(yīng)用案例。然而現(xiàn)在棄土燒磚面臨一些問(wèn)題：

(1)工程棄土來(lái)自地下不同土層帶，成分復(fù)雜多樣，且含水量大，不同土體的組成成分和性質(zhì)都大不相同，不能直接不加區(qū)分地利用，需要進(jìn)一步研究其復(fù)配的方式和原理。

(2)工程棄土中含有有害雜質(zhì)等，如何合理再生利用的問(wèn)題。由于早期可能存在土地污染和地下水污染的影響，工程棄土中可能會(huì)存在一些工業(yè)廢料，包括有毒有害化學(xué)成分，其中主要是重金屬和以多環(huán)芳烴為代表的有機(jī)污染物。另外，在工程建設(shè)或拆除中混雜進(jìn)入的混凝土、砂漿等碎屑，會(huì)嚴(yán)重影響磚的燒結(jié)效果，容易造成燒結(jié)磚開(kāi)裂變形、石灰爆裂、泛霜等。這樣的棄土，自然是無(wú)法直接用作回填土的，同樣也不能簡(jiǎn)單地直接燒制成磚。如何辨別、篩分以及改善這部分土壤，使之成為可利用的土，是當(dāng)下研究的一大難題。

(3)棄土燒制成磚所面臨的一系列技術(shù)性難題。比如在生產(chǎn)燒結(jié)磚的過(guò)程中，存在棄土攪拌時(shí)失水嚴(yán)重、擠出成型效果不理想、燒結(jié)制度不合理、冷卻時(shí)磚體開(kāi)裂等問(wèn)題。燒結(jié)完成后，又有成品本身的問(wèn)題，如成品泛霜、收縮變形、有氣泡、表面粗糙等問(wèn)題。一般棄土燒制成的磚具有質(zhì)硬、脆性、抗壓強(qiáng)度降低等性質(zhì)變化，因此利用價(jià)值有限，存在局限性，若能改善技術(shù)，使棄土磚的物理力學(xué)性能、耐久性能等變得更好，就能拓寬其利用空間，提高其利用價(jià)值。

(4)用棄土燒制成的磚塊不同于傳統(tǒng)黏土磚，會(huì)出現(xiàn)易破碎的問(wèn)題，即邊角粗糙，裂痕、缺口多，這些缺陷會(huì)影響產(chǎn)品的使用性能，使其在砌筑成型后無(wú)法保持完整性，并在后期使用中出現(xiàn)破碎問(wèn)題，極大地制約了棄土燒制磚的應(yīng)用空間。

2.4.3 棄土免燒磚

免燒磚為利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾礦渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等(以上原料的一種或數(shù)種)作為主要原料，不經(jīng)高溫煅燒而制造的磚塊。此類(lèi)產(chǎn)品符合中國(guó)“保護(hù)農(nóng)田、節(jié)約能源、因地制宜、就地取材”的發(fā)展建材總方針，符合國(guó)務(wù)院曾轉(zhuǎn)發(fā)的《嚴(yán)格限制毀田燒磚積極推動(dòng)墻體改革的意見(jiàn)》，符合國(guó)家稅務(wù)總局《關(guān)于印發(fā)〈資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄〉的通知》(財(cái)稅[2015]78號(hào))即征即退政策。

棄土免燒磚是在原免燒磚的基礎(chǔ)上，將部分原料替換成棄土或者污泥，制成免燒磚，作為新型環(huán)保墻面或者路面材料。此技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)在中國(guó)有所應(yīng)用，并取得了顯著的成效。馮志遠(yuǎn)等[17]通過(guò)對(duì)深圳市棄土免燒磚試點(diǎn)應(yīng)用項(xiàng)目的研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，采用非燒結(jié)、免蒸壓的固化技術(shù)，通過(guò)壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)的生產(chǎn)工藝，可以將棄土和污泥轉(zhuǎn)化為實(shí)心磚、路面磚以及各種砌塊產(chǎn)品(免燒磚工藝流程如圖7所示)，將其應(yīng)用到建設(shè)工程當(dāng)中，可以取得良好的成效。另外，免燒磚還可以應(yīng)用于處理特殊類(lèi)型的棄土，如李建偉等[18]對(duì)使用赤泥制備免燒磚的技術(shù)研究中，提出將赤泥進(jìn)行脫堿除鹽處理，即將脫堿赤泥進(jìn)行熱激發(fā)并與重晶石粉、礦渣等一起進(jìn)行機(jī)械活化，混料過(guò)程中通過(guò)加入激發(fā)劑激發(fā)赤泥本身的潛在活性等方法可以解決赤泥免燒磚泛霜及放射性大等問(wèn)題，為赤泥免燒磚的應(yīng)用拓寬了道路。

圖7 棄土免燒磚工藝流程

棄土制磚技術(shù)是一個(gè)充滿(mǎn)朝氣和活力的產(chǎn)業(yè)，除了具有廢物利用、環(huán)境保護(hù)等優(yōu)勢(shì)外，還能不斷地優(yōu)化，朝著更加經(jīng)濟(jì)高效的方向發(fā)展。隨著研究的深入開(kāi)展，甚至還可以代替處理一些難以處理的垃圾，如有毒、有害、有放射性的棄土污泥等。

2.5 中國(guó)工程棄土利用中存在的問(wèn)題

目前，中國(guó)在工程棄土的利用方面主要面臨以下問(wèn)題：

(1)產(chǎn)大于用，挖大于填。隨著中國(guó)城市化推進(jìn)加速，部分大城市對(duì)于地下空間的開(kāi)發(fā)量更是逐年增加。目前，工程棄土的排放量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其消耗量。大城市開(kāi)挖的土被大量就近堆棄，或者運(yùn)送到附近城市的臨時(shí)堆放場(chǎng)進(jìn)行堆棄，或者大量的優(yōu)良土被運(yùn)送到海外丟棄，這是極其浪費(fèi)的。若不能做到減量化生產(chǎn)和再生利用，那么工程棄土的處理負(fù)擔(dān)始終不可能削減。

(2)分類(lèi)不明確。目前大量的廢棄土都是介于優(yōu)質(zhì)棄土和垃圾土之間的土，這些土可以通過(guò)技術(shù)手段加工成再生材料，但若不進(jìn)行有效利用就會(huì)成為垃圾而被隨意處理。因此需要建立更加完善的管理體系，將棄土分類(lèi)貫徹到底。

(3)優(yōu)質(zhì)土壤未得到良好的利用，造成浪費(fèi)和污染。優(yōu)質(zhì)土包括建筑地基或者淺埋地下室、地鐵開(kāi)挖產(chǎn)出的表層土等，具有優(yōu)良的理化性能，是用于填埋土地、堆山造景、恢復(fù)耕地的優(yōu)質(zhì)原料。若隨意與其他垃圾土混合堆棄，則會(huì)造成一定污染，而且容易失水固結(jié)，使優(yōu)質(zhì)土的質(zhì)量變低。

3 工程棄土資源化新技術(shù)

3.1 棄土固化新技術(shù)

在棄土固化技術(shù)領(lǐng)域，其研究和更新的方向就是生產(chǎn)出更加高效、更加經(jīng)濟(jì)以及更加環(huán)保的固化劑。除了傳統(tǒng)固化劑，更多高性能的固化材料及技術(shù)也在逐漸嶄露頭角，例如日本的YS工法，主要以DF劑為改良材料，通過(guò)DF劑的水合作用產(chǎn)生針狀晶體將棄土顆粒包裹捆綁，達(dá)到固化效果，此工法已經(jīng)在上海某鉆孔灌注樁基工程中得到成功應(yīng)用[19]。

除了將棄土污泥固化后填埋，中國(guó)還有多種新型棄土利用方法，如使用固化技術(shù)和發(fā)泡技術(shù)將污泥改良為輕質(zhì)固化土，其具有抗壓強(qiáng)度高、自重輕、水穩(wěn)性能好、抗干濕循環(huán)性能好、抗干縮、溫縮性能好、抗凍融性能好、抗流變性能好、抗疲勞性能好、孔隙率高、孔隙結(jié)構(gòu)好等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于填筑各類(lèi)路基，填補(bǔ)坑洞，用于未來(lái)的海綿城市的路基，應(yīng)用前景廣闊[20]。

固化技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于其能原位修復(fù)，針對(duì)某些土質(zhì)較差的地方，使用固化技術(shù)將廢土變成優(yōu)質(zhì)可用土，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)建設(shè)。對(duì)于被轉(zhuǎn)運(yùn)的廢棄土，輸送到場(chǎng)站式的棄土資源化工廠則是更好的選擇。

3.2 棄土燒結(jié)砌塊新工藝及整體裝配式技術(shù)

傳統(tǒng)的燒結(jié)磚技術(shù)需要消耗大量的黏土和能源，使用棄土來(lái)燒結(jié)磚塊的技術(shù)解決了燒磚的原料問(wèn)題。然而，利用傳統(tǒng)技術(shù)將棄土、淤泥燒制成低品質(zhì)的實(shí)心磚、砌塊仍然需要消耗大量的能源，因附加值低，燒結(jié)成本高，加上無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代建筑的需求，產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)成為該技術(shù)發(fā)展中的一大制約因素。因此，棄土燒結(jié)磚急需在技術(shù)路徑、燒結(jié)工藝以及產(chǎn)品性能上進(jìn)行改革創(chuàng)新。

3.2.1 燒結(jié)磚燃料及焙燒工藝改進(jìn)

傳統(tǒng)的燒磚技術(shù)中，是以煤炭、燃?xì)狻⒚喉肥?、粉煤灰等作為燒結(jié)磚的燃料，而部分燃料還存在產(chǎn)生有害煙氣的問(wèn)題?，F(xiàn)今，中國(guó)對(duì)工業(yè)三廢的管理更加嚴(yán)格，因此，清潔能源的選擇和使用是燒結(jié)磚現(xiàn)代化技術(shù)中的重要一環(huán)。

內(nèi)燃燒法相較于外燃燒法能使燒結(jié)磚在焙燒中對(duì)能源的吸收利用效率更高，內(nèi)燃燒燃料的摻入還能作為燒結(jié)磚的造孔劑，提高燒結(jié)磚的孔隙?！皟?nèi)燃為主，外燃為輔”是科學(xué)高效利用燃料的方式。然而目前內(nèi)燃燒法很難控制燃料的均化和燒結(jié)溫度，故而很難控制燒結(jié)磚產(chǎn)品的最終質(zhì)量，尤其是在燒結(jié)多孔磚、薄壁砌塊中，內(nèi)燃燒法的優(yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)。

在國(guó)外，利用生物質(zhì)廢料作為內(nèi)燃燒法燃料制備燒結(jié)磚的研究較為盛行，如Bories等[21]研究了使用麥秸、葵花籽餅制備燒結(jié)磚；De Silva等[22]使用了稻殼灰制備燒結(jié)磚；Phonphuak等[23]使用甘蔗渣灰作為燒結(jié)磚的燃料及成孔劑；Munoz等[24]則是用了葡萄枝木屑制備燒結(jié)磚；Bullibabu等[25]利用蔗渣和巴爾米拉果纖維的混合物，制備保溫?zé)起ね链u。一系列的研究表明，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)廢物可以用作燒結(jié)磚的內(nèi)燃料，同時(shí)也是優(yōu)質(zhì)的造孔劑，對(duì)于燒結(jié)磚的孔隙率和保溫隔熱性能有明顯的提升。然而這些試驗(yàn)?zāi)壳皟H限于實(shí)心磚，且造成的磚塊力學(xué)性能劣化問(wèn)題仍然存在。因此，使用內(nèi)燃燒法制作多孔保溫砌塊的技術(shù)目前僅存在理論可能，實(shí)際仍然任重道遠(yuǎn)。

另一方面，中國(guó)的城市、農(nóng)田、工廠等每年都會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢物，如廢棄的稻草、秸稈、廢木板、枯枝落葉、塑料等。此類(lèi)廢物目前主要被火電廠作為燃料進(jìn)行焚燒發(fā)電處理，但是，在某些農(nóng)田，為了及時(shí)處理有機(jī)廢物，會(huì)將秸稈、稻草等直接焚燒，不僅大量浪費(fèi)了這些潛在能源，還會(huì)嚴(yán)重污染空氣。若將這類(lèi)有機(jī)廢物用于燒結(jié)磚的燃料，則可實(shí)現(xiàn)廢物利用。

如今，中國(guó)出現(xiàn)了將這些有機(jī)廢物先進(jìn)行高溫高壓碳化，制成生物煤，再用于做燒結(jié)磚燃料的新模式。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于：①生物煤的化學(xué)穩(wěn)定性要高于各種有機(jī)廢物，不易腐爛、霉變，利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存；②生物煤的成分較單一，基本以碳為主，便于管理，而原始的有機(jī)廢料則成分復(fù)雜多變，不宜管理；③高溫高壓碳化后產(chǎn)生的生物煤相較于原始廢料是一種更為清潔的能源，其燃燒產(chǎn)物主要為二氧化碳，而原始廢料中存在的硫、氮、細(xì)微顆粒和有毒有害有機(jī)污染物則在工業(yè)碳化過(guò)程中就被釋放和凈化，因此在燒結(jié)磚時(shí)，基本不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物、懸浮顆粒等有害廢氣；④碳化后，原本有機(jī)廢料自身結(jié)構(gòu)被破壞，體積大大減少，因此生物煤相較于原始有機(jī)廢料，單位體積產(chǎn)生的熱值更大，這不僅能夠提升儲(chǔ)存空間的利用率，還能降低運(yùn)輸成本，實(shí)為一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的燃料。如此，用“垃圾柴”來(lái)燒“垃圾土”的新模式產(chǎn)生了，所有原料都是廢棄物，但是最終的產(chǎn)物卻是優(yōu)質(zhì)的建筑材料。有機(jī)廢物充分燃燒后的灰則可以再次利用，成為棄土燒結(jié)磚中的添加劑，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全程“零”排放。

3.2.2 磚面燒釉，結(jié)構(gòu)與裝飾的結(jié)合

隨著中國(guó)生活水平的提高，人們對(duì)居所建筑墻面的要求也隨之提高，最早的土墻和水泥混凝土墻因其保溫、防水性能差而不再適合現(xiàn)代生活。因此，在建筑主體結(jié)構(gòu)完成后，一般都會(huì)進(jìn)行一次裝修，為墻面和地面貼上瓷磚、墻紙等裝飾表面。然而瓷磚、陶瓷等與燒結(jié)磚一樣，同為黏土礦物的燒制品，僅在燒成溫度和所用原料有所區(qū)別，在制作工藝上具有很大的相似性，因此，傳統(tǒng)的陶瓷施釉技術(shù)與燒結(jié)磚技術(shù)的結(jié)合在理論上是完全可行的。事實(shí)上，在棄土燒結(jié)保溫制品上施釉并一次燒成，制備自帶釉色的砌塊，在實(shí)際上也已經(jīng)得到了驗(yàn)證，如圖8所示。

圖8 棄土燒結(jié)磚表面燒釉

將中國(guó)傳統(tǒng)的陶瓷施釉技術(shù)與燒結(jié)磚技術(shù)相結(jié)合，生產(chǎn)自帶釉面的燒結(jié)保溫砌塊，從而實(shí)現(xiàn)讓磚墻自帶裝飾功能，可以使磚砌墻面一次完成施工，省去后期裝修，同樣也避免了一般陶瓷墻面的各類(lèi)維護(hù)問(wèn)題。更重要的是，避免在燒結(jié)磚表面涂抹水泥砂漿、貼瓷磚、墻紙等，能夠最大程度地將燒結(jié)磚的自保溫、防水、防火等優(yōu)異性能發(fā)揮出來(lái)，既提高了建筑的舒適度，又降低了建筑的成本，還能提高墻面裝飾物的耐久度，可謂一舉多得。

3.2.3 燒結(jié)異形砌塊滿(mǎn)足各種建筑要求

利用燒結(jié)磚成型時(shí)的高自由度特點(diǎn)，可以制作各種各樣的異形砌塊，滿(mǎn)足建筑中各種異形砌塊的制作要求，如圖9所示。例如蜂窩狀砌塊可以用作特殊功能的墻體，不僅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，還能提供孔洞用于儲(chǔ)物。在屋頂、屋檐、墻角、窗沿、門(mén)框等部位可以針對(duì)性地?zé)铺厥庑螤畹钠鰤K，可以使用帶弧度的砌塊來(lái)砌筑光滑的圓弧形墻面，可以利用燒結(jié)磚的耐火性來(lái)制作煙囪管道等特殊結(jié)構(gòu)。

圖9 異形砌塊

總之，燒結(jié)制品對(duì)于其外形的設(shè)計(jì)可以有很高的自由度，且適合大規(guī)模批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.2.4 燒結(jié)磚砌塊與整體裝配式技術(shù)結(jié)合

棄土燒結(jié)砌塊適合工廠流水線(xiàn)生產(chǎn)，因此機(jī)械化和自動(dòng)化程度高，然而此條件同樣適合建筑工業(yè)中的裝配式建筑。燒結(jié)磚砌塊與整體裝配式技術(shù)可以方便地結(jié)合，各取所長(zhǎng)，成為全新的應(yīng)用模式——棄土燒結(jié)裝配式技術(shù)。

該技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如使用燒結(jié)砌塊砌筑墻體時(shí)，若需要插入鋼筋或者灌注混凝土，則需要在特定部位使用特殊外形的砌塊及采用專(zhuān)業(yè)的拼搭方式。這將產(chǎn)生在施工現(xiàn)場(chǎng)操作難度高的問(wèn)題，而將該技術(shù)與裝配式技術(shù)相結(jié)合就可以避免這個(gè)問(wèn)題。此外可以充分利用燒結(jié)磚的保溫、抗火等性能，在工廠加工成一面整體墻體，適合流水線(xiàn)工作，提高效率，降低操作難度。在施工現(xiàn)場(chǎng)可以直接整體吊裝，適合于低層建筑結(jié)構(gòu)或者中高層框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)墻及外墻，而且裝配式墻可以搭配傳統(tǒng)的鋼筋混凝土等使用，靈活度高。

棄土燒結(jié)保溫砌塊裝配式構(gòu)件的施工應(yīng)用與普通鋼筋混凝土裝配式建筑的原理和方式相似，能夠方便地投入實(shí)際工程中。

在建筑拆除工作中，裝配式結(jié)構(gòu)可發(fā)揮其快速、方便地進(jìn)行拆除的優(yōu)勢(shì)，且由于燒結(jié)磚的耐久性好，使用壽命非常久，拆除后的燒結(jié)磚片墻可直接整體回收并再利用，這將極大地減少建筑廢物的排放量，提高建筑拆除物的回收利用率。

3.2.5 燒結(jié)磚砌體結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)骨架

鋼混結(jié)構(gòu)在現(xiàn)今建筑業(yè)中大量應(yīng)用，在傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)中也配置鋼筋或澆筑混凝土構(gòu)造柱、圈梁等受力構(gòu)件，目的是充分利用鋼混材料高強(qiáng)度的特性強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。而在棄土燒結(jié)磚砌體結(jié)構(gòu)中，燒結(jié)磚砌筑墻體施加配筋與混凝土模式也可以發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變。

燒結(jié)磚結(jié)構(gòu)形式的多樣性轉(zhuǎn)變是當(dāng)下燒結(jié)磚走出市場(chǎng)困境的另一個(gè)重要方式。燒結(jié)磚結(jié)構(gòu)不再僅限于墻體的砌筑，而是將外墻、角柱、過(guò)梁全部一體化砌筑，通過(guò)改變燒結(jié)磚砌塊的外型、構(gòu)造等，實(shí)現(xiàn)房屋采用燒結(jié)磚全覆蓋的目的。燒制特型的開(kāi)槽磚可用于放置配筋，最后澆筑砂漿、混凝土等填充料，將燒結(jié)磚、鋼筋、填充料結(jié)合在一起，既能利用鋼筋增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又能充分發(fā)揮燒結(jié)磚材料自身的性能。

燒結(jié)磚的導(dǎo)熱系數(shù)低，熱惰性強(qiáng)，吸水排水效果強(qiáng)，因此燒結(jié)磚結(jié)構(gòu)具備保溫、隔熱、呼吸性，在國(guó)內(nèi)外受到較高的評(píng)價(jià)，稱(chēng)之為“活著的材料”。

如今，中國(guó)對(duì)綠色建筑的要求逐步提高，目前住宅和公共建筑普遍執(zhí)行的是節(jié)能65%的標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)如北京、山東、浙江等甚至執(zhí)行75%設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[26]。建筑節(jié)能并不是僅指建造過(guò)程中的節(jié)能，更在于后期使用過(guò)程中的節(jié)能。研究顯示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量占建筑的70%～80%，建筑采暖和空調(diào)能耗占據(jù)建筑總能耗的50%左右[27]，這意味著如果未能在建筑建設(shè)時(shí)做好圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱工作，那么后期使用時(shí)將產(chǎn)生更多的能耗。在建筑墻體施加保溫隔熱層可以提高建筑的保溫隔熱性能，但是由此損失的有效建筑面積同樣值得關(guān)注。

燒結(jié)磚墻體因其自身能滿(mǎn)足圍護(hù)、保溫、隔熱、防火、防水等要求，將多種建筑需求集于一身，且耐久性出色，壽命極長(zhǎng)，能大大降低房屋的后期維護(hù)、采暖、空調(diào)等成本。燒結(jié)磚中配筋的新型結(jié)構(gòu)形式與此前的傳統(tǒng)構(gòu)造梁柱砌體墻結(jié)構(gòu)形式相比，不僅滿(mǎn)足了燒結(jié)磚材料的全覆蓋，完善了結(jié)構(gòu)的防水防火能力，還能削弱傳統(tǒng)構(gòu)造梁柱產(chǎn)生的熱橋效應(yīng)，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，具有很大的潛能。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)工程棄土數(shù)量龐大，成分復(fù)雜，缺少有效管理，資源化利用水平低。為了解決上述問(wèn)題，必須從以下幾個(gè)方面入手。

(1)工程管理方面。中國(guó)棄土排放量巨大，占據(jù)世界首位，但是對(duì)棄土的資源化利用效率卻較低。究其原因，雖然不缺乏對(duì)棄土的終端處理措施，但對(duì)棄土管理存在低效性和滯后性。從棄土的源頭產(chǎn)生、前期處理、中途運(yùn)輸、臨時(shí)堆放，再到最后的終端處理進(jìn)行高效的管理不僅可以從源頭將棄土減量化，更能在終端將棄土高效再生資源化，同時(shí)減少棄土所帶來(lái)的一系列土地占用、水土流失、環(huán)境污染、工程事故隱患等問(wèn)題。這其中，源頭控制是大幅降低工程棄土排放的第一步，提高終端處理能力是解決棄土問(wèn)題的基本。

(2)創(chuàng)新技術(shù)方面。技術(shù)的革新是解決棄土問(wèn)題的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的填埋、堆山等直接資源化手段無(wú)法滿(mǎn)足日益增加的棄土排放量時(shí)，需要革新原有技術(shù)的不足，提高其處理能力及處理效率，降低其產(chǎn)生的能耗、成本和污染。以棄土燒結(jié)磚為例，傳統(tǒng)燒結(jié)磚技術(shù)使用的原料主要為黏土，成分及性能穩(wěn)定；棄土燒結(jié)磚所用的原料主要為棄土，如何將來(lái)源各異、成分復(fù)雜、性能不穩(wěn)定的棄土變成穩(wěn)定的、適宜燒結(jié)的土，就成為棄土燒結(jié)磚所面臨的主要難點(diǎn)，目前所用的復(fù)配技術(shù)仍存在一定的不足，在實(shí)際工程中還面臨著如何快速將未知來(lái)源、成分、性能的棄土復(fù)配成適合燒結(jié)土的另一難題。另一方面，傳統(tǒng)燒結(jié)磚技術(shù)由于能耗巨大、效率低下、污染較大，已不適合現(xiàn)今中國(guó)的發(fā)展模式。天然氣和生物煤等清潔能源的利用，隧道窯技術(shù)的發(fā)展等，將燒結(jié)磚的這一弊端大大削弱，讓生態(tài)環(huán)保也能成為燒結(jié)磚的一大優(yōu)點(diǎn)。此外，成型、干燥和燒結(jié)等則是燒結(jié)磚技術(shù)面臨的工藝難題，燒結(jié)磚工藝的改進(jìn)永遠(yuǎn)是燒結(jié)磚技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。在燒結(jié)磚技術(shù)中，材料和工藝是兩個(gè)密不可分、相輔相成的重要因素，因此，對(duì)于燒結(jié)磚來(lái)說(shuō)，當(dāng)材料發(fā)生了改變時(shí)，工藝必然發(fā)生改變，其中所蘊(yùn)含的機(jī)理變化若能被揭示，將極大地促進(jìn)棄土燒結(jié)磚技術(shù)的進(jìn)步。

(3)法律法規(guī)方面。合理的法律法規(guī)的推行，對(duì)棄土問(wèn)題從產(chǎn)生到處理的全過(guò)程管理都具有立竿見(jiàn)影的指導(dǎo)和約束作用，是對(duì)棄土資源化再利用的重要支持力量。頒布強(qiáng)制性法律條文，有利于解決中國(guó)棄土亂堆、偷排等問(wèn)題，有利于中國(guó)對(duì)于棄土資源化技術(shù)研究的推進(jìn)，進(jìn)而有利于從根本上解決中國(guó)棄土資源化利用率低的問(wèn)題。