韓 毅， 王 偉， 劉弘昱

(1.江蘇省水利防汛物資儲備中心， 江蘇 南京 210029； 2.河海大學 港口海岸與近海工程學院， 江蘇 南京 210098)

江蘇省河道縱橫、水網(wǎng)發(fā)達，擁有數(shù)量眾多的江河湖泊，同時其地勢低平，面臨嚴峻的防汛抗洪壓力，需儲備大量防汛物資，塊石作為一種不可或缺的防汛物資，在防汛搶險中發(fā)揮著極為重要的作用。然而江蘇地區(qū)石料資源相對匱乏，加之近年環(huán)保要求的提高，可開采的石料資源銳減；但隨著建筑、水利、交通等行業(yè)的快速發(fā)展，江蘇對石料資源的需求急劇增加，進而出現(xiàn)石料價格較高，儲備防汛塊石的成本大幅上漲。

同時，隨著城鎮(zhèn)化的推進和城市棚戶區(qū)改造工程的實施，老舊建筑的拆除產(chǎn)生大量建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計，僅南京市每年產(chǎn)生建筑垃圾約1 000萬t，以當前主要采用的填埋方式進行處理，每年需占用近千畝土地用于建筑垃圾填埋。建筑垃圾的填埋處理不僅消耗巨額的土地征用費、垃圾清運費，而且會造成環(huán)境污染。如將建筑垃圾回收利用，處理后重新制備為混凝土塊體應用于防洪抗汛，大幅降低建筑垃圾存放、轉(zhuǎn)運費用的同時，降低儲備防汛材料的成本，緩解日益突出的石料資源供需矛盾，為發(fā)展生態(tài)水利、節(jié)能水利提供技術(shù)支持。

當前建筑垃圾的再利用主要有免燒磚和再生混凝土兩類，免燒磚主要應用于城市人行道；再生混凝土技術(shù)也有所發(fā)展，少量應用于道路及邊坡工程。由此可見，建筑垃圾通過適當處理后制備的再生混凝土塊體，可重復應用于工程結(jié)構(gòu)[1-2]。但與免燒磚和普通再生混凝土不同的是防汛塊體浸泡于水中，長期經(jīng)受水流沖刷，對以建筑垃圾為原料的再生混凝土塊體耐水、抗沖磨等性能提出了更高要求。江蘇省水利防汛物資儲備中心聯(lián)合河海大學在對建筑垃圾原料進行分析歸類的基礎(chǔ)上，通過再生骨料預處理、添加礦物摻合料、調(diào)節(jié)配合比、改進制備工藝等多方面著手，開發(fā)以建筑垃圾制備防洪塊體的關(guān)鍵技術(shù)，為防汛抗洪物資儲備提供新的思路和途徑，論文在此基礎(chǔ)上對利用再生骨料制備防洪塊體進行了經(jīng)濟性分析。

1 再生混凝土制備防洪塊石配合比方案及強度檢測結(jié)果

1.1 強度檢測成果

針對再生骨料取代率和再生骨料改性進行了優(yōu)化[3]，并得出其強度結(jié)果。檢測成果見表1。

從表1可知，28 d各再生粗骨料取代率組和再生骨料改性組的混凝土抗壓強度均超過20 MPa，且有部分超過30 MPa，再生粗骨料可以替代天然粗骨料用于制備水工防汛塊體等材料。

表1 各組再生混凝土性能檢測結(jié)果

(續(xù)表1)

1.2 推薦配合比

從以上再生混凝土中優(yōu)選出B、D、F、G共4組進行經(jīng)濟分析。

(1)配合比B

B組配合比為水泥∶再生粗骨料∶天然粗骨料∶砂∶水=375 kg∶516 kg∶516 kg∶688 kg∶180kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為30.4 MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(2)配合比D

D組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032 kg∶688 kg∶180 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為23.7 MPa，達到C20混凝土力學性能要求，可以用于配置C20混凝土。

(3)配合比F

F組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用42.5強度水泥∶水=30 kg∶12 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體試件的28 d抗壓為34.2MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

(4)配合比G

G組配合比為水泥∶再生粗骨料∶砂∶水=375 kg∶1 032kg∶688 kg∶180 kg，此外改性所用偏高嶺土∶氫氧化鈉∶硅酸鈉∶水=25 kg∶5 kg∶8 kg∶40 kg，檢測28 d按以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊，其尺寸為100.0 mm×100.0 mm×100.0 mm。以上配合比拌制成型的立方體混凝土塊試件的28 d抗壓為34.7 MPa，達到C30混凝土力學性能要求，可以用于配置C30混凝土。

2 再生混凝土制備防洪塊石的經(jīng)濟性分析

2.1 材料單價成本分析

檢測結(jié)果表明，配合比B、D、F和G的材料強度均能達到C30混凝土材料的強度要求，可用來制作水工防汛塊體航道工程護底壓載塊等。不考慮材料運費的單價成本分析見表2～5。

表2 50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)成本分析

表3 100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)成本分析

表4 水泥裹漿再生混凝土(配合比H)成本分析

表5 偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)成本分析

普通C20混凝土材料及C30混凝土材料單價成本核算見表6和表7。

表6 普通C20混凝土材料成本分析

表7 普通C30混凝土材料成本分析

從表2～5可知，50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)、100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)、42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)和偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)材料單價成本分別為287.5元、266.9元、278.6元和319.0元。從表6～7可知，普通C20和C30混凝土材料單價成本分別為318.4元和336.5元。與普通混凝土相比，再生混凝土材料單價成本稍低。

根據(jù)2019年9月全國水運工程材料價格信息平臺上的統(tǒng)計，拋江石塊的平均價格為340元/m3。根據(jù)江蘇省水利防汛物資儲備中心最新采購的一批防汛塊石158.6元/t，按照平均比重2.5 t/ m3，折算得到396.5元/m3，這里綜合取防汛塊石采購成本340元/m3。該采購成本均未包括運輸費用，再生混凝土塊石材料單價成本低于塊石采購成本。

2.2 材料綜合成本分析

利用廢棄混凝土制備水工材料，將再生粗骨料作為主要骨料來源，不僅可以節(jié)約石料購置，同時還可以減少廢棄混凝土的外運填埋費用，對生態(tài)環(huán)境也有積極作用。分別考慮公路運輸和水路運輸，其利用再生粗骨料生產(chǎn)再生混凝土綜合成本見表8和表9。

表8 各類再生混凝土材料綜合費用對比(公路運輸)

表9 各類再生混凝土材料綜合費用對比(水路運輸)

運費根據(jù)公路貨運現(xiàn)價進行估算，1 km約0.36元/t，水路運輸1 km約為0.18元/t，填埋處理費為50元/t，取砂石材料運距和廢混凝土運距為100 km。

考慮廢棄混凝土的運出費及處理運費后，利用再生粗骨料制備的水工材料的綜合單價顯著降低，以運距為100 km計，與普通C20混凝土相比，公路運輸和水路運50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的綜合單價分別降低38.8%和41.5%。公路運輸和水路運輸100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的綜合單價分別降低44%和46.4%。公路運輸和水路運輸42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)的綜合單價分別降低40.8%和43.4%。公路運輸和水路運輸偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)的綜合單價分別降低30.6%和33.6%；以運距為100 km計，與普通C30混凝土相比，公路運輸和水路運輸50%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比B)的綜合單價分別降低31.9%和35.2%。公路運輸和水路運輸100%再生粗骨料取代率再生混凝土(配合比D)的綜合單價分別降低37.6%和40.6%。公路運輸和水路運輸42.5強度水泥裹漿再生混凝土(配合比H)的綜合單價分別降低34.2%和37.4%。公路運輸和水路運輸偏高嶺土裹漿再生混凝土(配合比G)的綜合單價分別降低23.1%和26.8%。與采購的防汛塊石相比，再生混凝土制備的塊石的單價降低則更為顯著。

3 結(jié) 語

研究表明，與采購的防汛塊石相比，再生混凝土制備的塊石的經(jīng)濟性較為顯著。隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展和國家“十三五”時期產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整和要求，以拆除的廢棄混凝土為原料的再生建材將擁有廣闊的市場前景。同時，現(xiàn)階段新型工業(yè)化道路要求科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗少、環(huán)境污染少，這無疑為新型防洪材料的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。全面節(jié)約和高效利用資源，堅持節(jié)約優(yōu)先，樹立節(jié)約集約循環(huán)利用的資源觀，是國家“十三五”時期經(jīng)濟工作發(fā)展的要求，新型環(huán)保材料發(fā)展已成為防汛防旱結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容。依照國家的有關(guān)規(guī)定，廢棄物再利用生產(chǎn)新型材料可享受減、免稅的優(yōu)惠[4]。同時，在地方各級人民政府的鼓勵、引導、扶持新型材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和推廣應用基礎(chǔ)上，以再生混凝土制備防洪材料符合國家節(jié)能減排政策，且通過和天然骨料混凝土進行比較，經(jīng)濟優(yōu)勢較為明顯。將再生骨料直接或改性后運用到再生混凝土的制備，可適應于不同強度等級要求的防汛搶險工程，在避免廢棄混凝土塊轉(zhuǎn)運掩埋的同時也減少降低工程造價，解決了固體廢棄物的二次污染問題，可有效緩解對環(huán)境的影響，具有顯著社會和經(jīng)濟效益。