前言
我国处于经济建设大发展时期，城区面积不断扩大，房屋项目、重点工程、地铁施工、拆除工程、房屋装修不断增多，导致建筑垃圾快速增加。由于大部分城市对建筑垃圾治理工作不够重视，处理设施建设滞后，导致建筑垃圾私拉乱倒、挤占道路、侵占良田，这不仅会降低土壤质量，还会形成安全隐患，污染空气和水体，影响市容，严重影响城乡人居环境和安全运行。我国目前建筑垃圾资源化利用率严重不足，管理水平不高，建筑垃圾资源化利用率远低于欧美国家，已成为影响城市高质量发展的突出短板[1-5]。
华润水泥（昌江）有限公司所在地海南昌江县，建筑废弃物大多随意堆置在城市周边、道路两侧、天然坑陷等区域，近年更是有“昌化江畔建筑废弃物延绵近千米”的新闻报道，多年积存造成昌江建筑废弃物历史存量巨大。当地部分废弃物由砖厂、建筑材料生产厂自发进行回收，经简单处理后作为原材料使用，无利用价值的废弃物继续堆存，综合利用率低，无法从根本上解决建筑垃圾围城问题。另外，公司石灰石矿山近年来面临资源枯竭、矿石贫化、矿石压矿严重的困境；其次，石灰石矿石CaO含量逐年下降，从2010年的47.2%逐步下降至2018年的44.8%甚至更低，且铝含量高，用于煅烧水泥熟料难度非常大，致使整个石灰石矿山开采推进极其困难。
在这种背景下，公司提出了矿山废石与建筑固废一站式利用处置项目。本文结合建筑垃圾和矿山品质情况，通过生产工艺、产品（再生骨料、建筑废石骨料、绿色混凝土）进行性能分析和应用研究，为建筑垃圾和废石的利用提供资源化利用参考。
矿山废石和建筑垃圾材料分析
1.1矿山废石材料分析
矿山废石的主要来源为昌江水泥公司的矿山，不同部位的化学分析和压碎值如表1所示。
从表1看出，相对于普通石灰石，矿山废石钙含量较低（＜45%），SiO2、A12O3、Fe2O3相对较高，且成分波动较大，但未见发生碱骨料反应，压碎值范围为11%~19%，可用于生产混凝土骨料。
1.2建筑垃圾分析
建筑垃圾主要为旧建筑拆除形成的垃圾。昌江县的拆除建筑物以民用建筑为主，所形成的建筑垃圾以废混凝土、渣土及砖瓦为主，木材、轻物质等为辅，成分见表2所示。
生产设备选型和工艺设计
2.1主机设备选型
结合矿山和建筑垃圾的特点，对主机设备进行了调研和分析，形成3种主机设备选型方案：单段锤式破碎机方案；颚式破碎机+反击破方案；颚式破碎机+圆锥破碎机+圆锥破碎机，如表3所示。
由表3可知，单段锤式破碎机与颚破+反击破在投资、电耗、设备维修等方面都具有一定优势，但是由于矿山废石的硅、钙、镁等含量比较高，采用单段锤式破碎机具有一定的局限性，无法满足本项目矿石的稳定生产；颚破+反击破方案维护成本高；颚破+圆锥破+圆锥破方案投资造价比较高，工艺流程复杂，设备较多，但是原材料适应性强，该方案对于该项目废石和建筑垃圾材质波动大来说具有很强的适应性。因此，决定采用颚破+圆锥破+圆锥破方案。
2.2工艺流程设计
结合矿山和建筑垃圾的特点，设计工艺流程如图1所示。
从图1可知，建筑垃圾经给料机和筛分机除土，粗块料经颚式破碎机粗破，经除铁和杂物分拣，进入圆锥破进行磨碎至31.5mm以下，再经筛分机筛分，<10 mm物料一部分进入0~10 mm骨料库，另外一部分可进入制砂机生产再生机制砂；10~31.5mm物料经轻物质分离器和砖瓦分离器分离出轻物质和砖瓦后，进入10~31.5mm再生骨料库。
建筑废石工艺(见图1红色线所示)与建筑垃圾流程基本相同，不同的为废石经过圆锥破后可直接筛分成骨料产品而不需要经过轻物质分离器和砖瓦分离器。
再生骨料性能研究
从生产线上取多批再生骨料和废石骨料进行性能测试，其中粗骨料的粒径为10~31.5mm;细骨料粒径≤4.75mm。并与现行的国家标准《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177-2010)以及《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GBT 25176-2010)进行对比，如表4和表5所示。
从表4看出，再生粗骨料满足《混凝土用再生粗骨料》(GB/T 25177-2010)Ⅲ类骨料的要求。同时，可以看出再生骨料的吸水率和压碎值较废石骨料的高，这是由于再生骨料表面包裹较多的旧水泥砂浆，含有部分未水化的水泥颗粒，表面粗糙，孔隙率高，导致其吸水率高，另外再生骨料再利用时，内部有微裂纹，压碎值指标相对较高；废石骨料的性能较好，与建筑用粗骨料性能相当。
从表5看出，再生细骨料基本满足国家标准《混凝土和砂浆用再生细骨料》(GBT 25176-2010)Ⅲ类骨料的要求。同时，再生细骨料的压碎值指标也相对较高。
由于再生粗细骨料需水量较高，压碎值指标较高，对两种骨料进行了混凝土对比试验。配合比如表6所示，再生骨料混凝土的性能结果如表7所示。
从表6~7可知，再生骨料取代率增加，保持混凝土配合比用水量不变的情况下，外加剂用量增加；混凝土出机工作性能也随着再生骨料的取代率增加而降低，1 h经时损失增大，这是由于再生骨料的吸水率高以及表面包裹旧砂浆所致，与前面的骨料性能测试结果相吻合；另外看出再生骨料取代率增加，混凝土力学性能也不断降低，15%的再生骨料取代率对混凝土的力学性能影响较小，超过15%取代率后，混凝土的力学性能下降明显，这可能与再生骨料的压碎值指标较低有关。
绿色混凝土性能研究
4.1绿色混凝土工作性和力学性能
由上述结果可以看出，公司生产线能生产出符合要求的再生骨料和废石骨料，为了进一步研究骨料配制混凝土的耐久性，采用了该项目利用废石生产的低碳水泥（也称低钙水泥，KH=0.82的P·O42.5水泥）、常规P·O42.5水泥（KH=0.9），以及增加部分矿粉的低碳水泥共3种水泥分别与废石骨料配制绿色混凝土，研究不同水泥对应的废石骨料混凝土的性能；矿粉为S95矿粉，28 d活性指数为98%，粉煤灰为28 d活性指数为70%，减水剂减水率为28%。低碳水泥和常规水泥的性能见表8所示，试验配合比见表9所示，绿色混凝土的工作性和力学性能如图2~4所示。
图2~4结果表明，同配比下，不同水泥对应的绿色混凝土的性能有所差异，加矿粉的低钙水泥配制的C30混凝土1h、2 h坍落度和损失率均最小，低碳水泥配制的混凝土的28 d强度较高，3种水泥均能满足C30设计要求。说明废石骨料在不同水泥体系下，力学性能和工作性受水泥和胶凝材料的影响，但在配合比设计合理的情况下，绿色混凝土能满足设计要求。
4.2绿色混凝土耐久性能
结合南方天气，依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准规范》(GBT 50082-2009)开展了绿色混凝土碳化和电通量试验，如表10、图5所示。
结果表明，低钙水泥制备的绿色混凝土C30后期碳化深度较小，抗碳化能力高；一定量的矿粉能提高混凝土的抗碳化性能。
结束语
综上所述，结论如下：
（1）协同处置建筑垃圾和废石等多种固废时，主机设备可采用颚破+圆锥破+圆锥破的方案，该方案生产出的再生骨料或废石骨料性能满足相关标准要求。
（2）再生骨料的吸水率和压碎值较矿山废石高，配制的混凝土外加剂或用水量高，力学性能较差，再生骨料应用于混凝土用量需要适量。
（3）采用低碳水泥与废石骨料可配制满足工作性和力学性及耐久性要求的绿色混凝土。
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来源：《新世纪水泥导报》
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