学 号
论文
旧建筑物改造中的资源再利用
—传统建材
学
班
成
指
生姓名 级 绩 杜东亚 11级应用化学1班 张祥智 导教师
理学院
2012年11月30日
论旧建筑物改造中的资源再利用
摘要：在中国经济进入持续高速发展的情况下,在新旧城市不断变化与更替的现状下,形形色色的“拆迁运动”在全国各地持续上演,旧建筑的更新利用问题也成为社会关注的焦点。对各种不同类型的老建筑、旧工厂、旧库房的改造和废旧资源的再利用,已成为不可忽视的重要课题.如何让废旧材料发挥出最大的潜力,如何利用建筑物改造中的建筑垃圾变得尤为重要，本文从废弃建筑物的材料出发，提出旧建筑更新不是简单的推到重建，而是通过可利用的方式，力求寻找一条最便捷、最有效、最科学的途径来改善建筑资源的浪费。
关键词：旧建筑改造：传统建材；再利用;资源化；
正文：近年来，在城市建设“大”发展的同时，我们也应该看到，资源与环境的沉重负荷。相关统计显示，我国每年生产各种建筑材料要消耗资源50亿t以上，消耗能源达2.3亿t标准煤，同时还排放大量CO2、SO2等有害气体和粉尘。与此同时，我国仍存在着材料资源短缺、循环利用率低、大量建筑垃圾无法处理等问题。
在人为拆除旧建筑或由于自然灾害造成建筑物损坏的过程中，会产生大量的废砖和混凝土废块、木材及金属废料等建筑废弃物，例如，汶川大地震据估算将产生超过5亿t的建筑垃圾，如何处理巨量建筑垃圾？建设部门当前正积极研究资源化利用这些建筑垃圾。如果能将其大部分作为建材使用，成为一种可循环的建筑资源，不仅能够保护环境，降低对环境的影响，而且还可以节省大量的建设资金和资源。目前，从再利用的工艺角度，旧建筑材料的再利用主要包括直接再利用与再生利用两种方式。其中，直接再利用是指在保持材料原型的基础上，通过简单的处理，即可将废旧材料直接用于建筑再利用的方式；建筑材料的再生利用，相对而言，耗能量大，需要经过较为复杂的加工程序进行回收再利用，与化工材料学科相关密切。本文以传统建筑材料砖石、混凝土、木材的直接再利用为例，论述废旧建筑材料的资源化再利用。
一、砖石
砖石是我国大量使用的传统建筑材料之一，正是由于历史的原因，目前废弃砖石在建筑垃圾中占有相当的比重，而且量大面广。随着我国经济建设步伐的进一步加快，废弃砖石在我国的一些地区会大量存在，而其造成环境污染的压力日益突出，如果能有效地将砖石回收利用，一方面可以解决废弃粘土砖的处理问题；另一方面可以节约天然砂石资源，对减少能源和资源浪费将起到积极作用。
事实上，近百年来废弃砖石在北京民宅中已大量应用，旧时北京一般的民宅建筑用砖多为粗制条砖(砖长9寸，宽4.5寸，厚2寸)和碎砖头。民宅墙体除四角用整砖先砌好外，中间部分全用碎砖头与泥砌成，四周的新砖，整砖如同一个坚实的框子，把碎砖头牢牢地卡在里面。所以，北京有句俗话：“北京城内有件宝，碎砖头垒墙，墙不倒”。近年来，我国在旧砖石再利用方面亦不断探索实践，根据废旧砖石材料特点的不同，将其应用于挡墙、花池改造、园林铺路及历史建筑保护修复等实例中。
例如，2007年3月，在地处奥运场馆周边的首钢老山小区环境改造方案中，为实现小区环境改善和节约工程资金的目标，施工中，他们将小区路面换下来的九格砖收集起来再利用作为该小区内拦墙的砌筑材料，从而，降低了工程施工购买红砖的费用。除此之外，施工人员还将这些九格砖再利用于完成老山南路等地的挡墙及花池改造砌筑，共计519.1m3，节约资金8万余元。又如，近几年来杭州大地园林绿化工程有限公司在园林设计中，考虑山林野趣和自然古朴风格，结合废旧石块、石板、碎瓦等材料特点，设计出用破石板做冰裂纹路面、六角块路面、方块插花路面，用碎裂瓦拼图案或用碎瓦结合卵石的运用做几何图形，用旧石板、石块拼做乱纹块图案路面，用旧砖和卵石构成不规则几何图案路面等。这样以来，既利用了旧材料，又形成古朴自然，和风景、古建筑融为一体的良好效果。
另外，目前一些开发商已开始请专业人员在旧房拆迁工地，甄别、采集、储藏近百年历史的旧砖和其它建筑材料，以利将其再应用到必须“修旧如旧”的建筑项目中去。而这些旧砖的再利用带来的不仅是经济效益，将在历史建筑的保护修复中起到重大意义。
其它国家对砖瓦的使用相
对较少，但仍有一些成功的案例
可以借鉴。例如，粘土实心砖是
澳大利亚传统建筑材料，至今应
用范围和应用量仍然很大。当地
生产的粘土砖比我国的标准砖
长、宽稍小一些(220mm×105mm
×60mm)，砖体密实，质地上乘，
不少城镇用粘土砖铺筑人行道，
经久耐磨。基于对土地资源的保
护，澳大利亚鼓励旧砖再利用，
有许多经销商专门回收、出售二
手砖。二手砖的大量应用，说 图为砖石粉碎机
明砖的强度高，质量好，回收率高。
二、混凝土
相对而言，混凝土材料的直接再利用技术发展缓慢。虽然很久以前，西方国家已研究将废弃混凝土压碎成砾石用于铺筑公路，却是以消耗大量燃料为代价。德国作为世界上最早从事于建筑材料循环利用研究的国家之一，
目前，我国每年因拆除建筑产生的固体废弃物在2亿吨以上，其中绝大多数是废弃混凝土然而，对于这些废旧混凝土的有效处理方法却不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋，这种方法会带来高昂的处理费用并引发一系列环境问题。一方面，目前全世界混凝土的年生产量约为28x108m3，中国混凝土的年产量占世界总量的45％，废弃混凝土带来的环境污染问题越来越严重；另一方面，生产混凝土需要大量的矿料，矿山资源作为一种不可再生资源，需要加以保护。将废弃混凝土破碎后代替传统矿料作为新拌混凝土的骨料，将是解决这两方面问题的最优方案。
将废弃混凝土破碎后代替传统矿料作为新拌混凝土的骨料，既能很好地解决废弃混凝土造成的环境污染问题，又节约了矿山资源，并能在一定程度上降低工程成本。由于废弃混凝土各方面的性质不同于天然骨料，因此必须根据废弃混凝土的特点，对再生混凝土的配合比设计进行专门的研究。
废弃混凝土最常用的回收方式是将废弃混凝土块破碎、筛分、分级并按一定的比例混合后，作为新拌混凝土的骨料，称为再生骨料，而使用再生骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称为再生混凝土。如图
1
再生混凝土按骨料的组合形式可以有以下几种：骨料全部为再生骨料；粗骨料为再生骨料，细骨料为天然砂；粗骨料为天然碎石或卵石，细骨料为再生骨料；再生骨料替代部分粗骨料或细骨料。
1、废弃混凝土再生配合比设计：
废弃混凝土的各方面性质不同于天然骨料，试验研究表明，当再生混凝土设计强度为C20时，以普通混凝土配合比设计方法配制的再生混凝土的强度高于基
准混凝土，但工作性能降低。在配合比设计中，水灰比与强度之间的关系有着重要意义：在水泥强度等级相同的情况下，水灰比愈小，水泥石的强度愈高，与骨料粘结力愈大，混凝土强度也愈高。但是，如果水灰比过小，拌和物过于干稠，在一定的施工振捣条件下，混凝土不能被振捣密实，出现较多的蜂窝、孔洞，将导致混凝土强度严重下降。
2、混凝土配合比设计涉及的主要参数有：
（1）水灰比
水灰比为混凝土中用水量与胶凝材料的比值，是影响混凝土强度及耐久性最为重要的因素，水灰比较小时，混凝土的强度、密实性及耐久性较高，但耗用水泥较多，混凝土发热量也较大；水灰比较大时，混凝土强度低，会影响混凝土拌和物的和易性及保水性等；
（2）用水量
用水量是决定混凝土拌和物流动性的基本因素，混凝土单位用水量应根据施工要求的混凝土拌和物流动性、骨料的级配以及最大粒径、水泥用量、使用外加剂情况等条件确定；
（3）砂率
砂率是指混凝土中的砂与砂石总量的质量比，合理的砂率应根据拌和物的坍落度、粘聚性和保水性等特征来确定，在保证拌和物不离析，又能很好地浇灌、捣实的条件下，应尽量选用较小的砂率，以节约水泥。
基于以上要求，为能够比较全面地反映出再生混凝土的强度变化规律以及材料组成对再生混凝土的影响，
3、再生混凝土的利用现状：
旧建筑物或结构物解体的混凝土经破碎分级成为粗细骨料（再生骨料），用以代替混凝土中部分砂石配制成的混凝土，称作再生骨料混凝土，亦称作再生混凝土。从再生混凝土的抗压强度上看，它完全可以满足工程建设的要求。再生混凝土目前广泛应用于道路建设中的路基、路面、路面砖和马牙砖等工程，在建筑工程中主要用于基础垫层、底板、台子、填充墙和非结构构件等抗压强度要求不是很高的部位。由于对再生混凝土的耐久性目前尚无突破性研究，因此它还没有被用于房屋结构中柱、梁、板等重要部位或构件。
二次世界大战后，苏联、日本、德国等国重建家园时就注意到了废弃混凝土的问题并开始了再生混凝土的研究开发与利用。再生混凝土已成为发达国家共同研究的课题，有些国家还以立法的形式来保证和促进其研究的进行。随着我国**对资源环境问题的重视，我国也已开始鼓励再生混凝土的研究与开发。
发达国家普遍采用立法形式以保障对废弃混凝土的再生利用，国际上已召开三次有关废弃混凝土再生利用的专题会议。欧洲一些国家在再生骨料应用方面开展的研究较早且制定了相应的“应用指南”，并修筑了一些工程。美国伊利诺伊州建筑材料回收委员会的WilliamTurley在报告中指出，每年有1×108t废弃混凝土以再生骨料的形式被循环利用，占全部骨料总量的5%（美国每年骨料总用量超过20×108t）。再生骨料中约68%用于道路基层和基础，6%用于拌制新混凝土，9%用于拌制沥青混凝土，3%用于边坡防护，7%用于一般回填，其他应用为7%。日本在建筑垃圾再生利用研究方面起步早，做得也比较好。早在1977年日本**就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了处理建筑垃
圾的再生利用工厂。目前，日本对建筑垃圾的再生利用率已达到70%左右。 我国已经开始了建筑垃圾资源化利用的研究。虽然我国对再生混凝土的研究起步比较晚，还处在试验室阶段，但也取得了相应的成果。目前，国内数十家大学和研究机构开展了再生混凝土的研究且工作已逐渐深入。为了解决再生骨料混凝土高吸水和高收缩的问题，研究人员系统研究了再生骨料的结构特性、水分迁移特性和再生混凝土界面过渡区微观结构，为采取合理有效措施解决这些问题奠定了基础。其他一些高校、科研院所已经开展利用城市垃圾制取烧结砖和再生混凝土技术的研发。长安大学、武汉科技大学、同济大学则开展了将水泥混凝土废弃物用于道路工程基层、面层、土基及防护工程的研究，并在河南、湖北等地的旧路改造中进行了现场实验研究，此外在同济大学校内用水泥混凝土废弃物加工料建设了一条道路。
4、再生混凝土的基本性能
再生混凝土以粉碎后的废弃混凝土作为骨料。再生骨料与天然骨料相比强度低、吸水率大、表面粗糙率大，所以再生混凝土和天然骨料混凝土的基本性能有所不同。
(1)抗压强度
试验表明：与天然骨料混凝土相比，同一水灰比的再生骨料混凝土的28d抗压强度约低15%，但其相差的幅度会随着龄期的增长而慢慢缩小。再生混凝土的强度和所使用的废弃混凝土的强度有着紧密的联系。在同一水灰比条件下，再生骨料强度越高再生混凝土的强度也就越高。从一般建筑物拆除下的废弃混凝土强度在C20左右，在水灰比为0.6并用再生骨料完全取代天然骨料时，其28d的抗压强度可达到23.5MPa，完全符合普通混凝土的强度要求。
(2)抗拉强度
再生混凝土的抗拉强度和它的抗压强度一样，随着龄期的增长而增长，而且再生混凝土的抗拉强度与天然骨料混凝土抗拉强度的差也随着龄期的增长而增大，到28d龄期后才基本不变。但是如果在再生混凝土中掺加微细硅粉和高效减水剂则能明显提高其抗拉强度，尤其在28d龄期以后最为明显。
(3)工作性
再生骨料比天然骨料吸水率大、空隙多、表面粗糙度高、用浆量多。有关研究成果表明，在相同水灰比条件下，再生混凝土中再生骨料所取代的比例越高其坍落度就越小。同时，骨料表面粗糙，增大了拌和物在拌和与浇筑时的摩擦力。
(4)干缩性
由于再生混凝土使用的是吸水率大、空隙率高的再生骨料，因此它的干缩性比天然骨料混凝土要大，且其干缩的程度和干缩持续时间随着再生骨料取代比例的增大而增大和加长。在再生骨料取代比例达到50%以上时，其干缩时间持续较长，但在50d龄期后干缩速率十分缓慢，干缩的增量也较小。
(5) 用水量
由于再生骨料内部缺陷多、吸水率大、表面较粗糙，因此配合比中的砂率一般较高且随着再生骨料所取代比例的提高而增长。由于砂率较高，因此达到相同坍落度时比天然骨料混凝土用水要多，难以达到坍落性能良好。
(6) 废弃混凝土回收利用存在的问题及对策
废弃混凝土回收利用可节约混凝土原材料中大量的砂石骨料，减少废弃物堆放场地，减轻对环境的破坏，具有重大的经济价值和社会价值。然而再生混凝土
虽然有这么多优势，但在**中却遇到了如下几方面困难。
5、再生混凝土价格偏高
目前废弃混凝土的回收一般经过拆除、运输、破碎、筛分、冲洗、送至混凝土拌和厂等程序，采用就地破碎筛洗对于城市一般工程不太实际，因此再生骨料一般比普通骨料价格偏高。
有人进行过测算，再生混凝土的综合效益远远超过传统混凝土。如上海市按规定对10万m3废弃混凝土进行处置的费用为1485万元，如果将其加工成再生混凝土骨料，只需800万元左右（80元/m3）。如果将一部分处置费补贴给混凝土生产商，则再生骨料混凝土价格肯定比传统混凝土价格低。即使不计算再生混凝土的环境效益，单就回收建筑垃圾而言，也能节省一半处置费用。只要将节省下的费用部分补贴给再生混凝土生产厂商，就能使其价格降到传统混凝土之下，从而轻易破除价格之瓶颈。
6、再生混凝土没有技术标准
作为刚走向市场的新材料，再生混凝土**的第二个难关就是相关技术的标准目前尚未确定。没有技术标准，就无法确保在大量生产应用中的质量稳定，再生混凝土就很难被大多数建筑承包商所接受。目前国内这些领域的标准还几乎是一片空白。这就要求有关政府职能部门能为再生建材的开展技术攻关，建立相应的技术标准。
7、集中建立再生混凝土生产基地
有条件的城市可建立再生骨料生产厂和利用再生骨料的混凝土搅拌站或预制品加工厂，以充分利用废弃混凝土。结合城市规划，厂址选在废弃混凝土存放处附近，这样不但节约土地，而且材料来源丰富，更便于就地取材。也可将粉碎——搅拌一体机直接安放在房屋拆除现场，当场回收、利用废弃混凝土，将其变成再生混凝土并随即用于新建工程上，这样可进一步降低成本。
8、加强再生混凝土立法
利用经济杠杆的调节作用制定再生骨料**应用的强制性措施。发达国家普遍采用立法形式来保障废弃混凝土的再生利用，国际上已召开三次有关废弃混凝土再生利用的专题会议。欧洲一些国家在再生骨料应用方面开展的研究较早并制定了相应的“应用指南”，也修筑了一些工程。他们的成功经验可以借鉴。**在政策上要对再生骨料的回收利用给以扶持，把再生骨料的回收利用作为一个新的产业。
随着社会经济的高速发展，作为人类使用量最大的人工材料——混凝土制备和使用过程中因对资源过度开发、能源大量消耗以及造成的环境污染和生态破坏，与地球资源、地球环境容量的有限性以及地球生态系统的安全性之间的矛盾日益尖锐，迫切需要研制和使用具有可持续发展的混凝土材料，以缓解和消除普通混凝土对人类自身的生存环境所构成的严重障碍和威胁。
将大量混凝土废弃物进行批量化处理，然后作为建筑材料重新使用，所需技术设备比较简单，处理费用低，扣除现阶段的垃圾处理费、运输费和购买建筑材料费，甚至还有很大的赢利空间，从经济技术上讲是切实可行的。更重要的是，使用废弃混凝土作为骨料生产再生混凝土，这种对资源的再生利用可以保护环境、节约
资源，可以真正实现建筑废弃混凝土的资源化、无害化。
三、木材
木材作为一种典型传统建筑材料，其生长受自然环境的影响，大量砍伐破坏生态环境，如何实现木材资源化再利用正为人们所关注。根据所采取的方式不同，旧建筑木材的直接再利用包括回收复用，或应用于室内及建筑装修等方式。对于质量较好的废旧木材经分类后可按市场需求加工成各种可用木料，这种废旧木材的回收复用最直接也是应首选的途径；另外，目前更多是采用一些风格独特的设计方法，将废旧木材应用到室内及建筑装修当中，可向人们展示一种极具亲和力的环保新概念。这些废旧木材经过风吹日晒，看起来很有历史的凝重感，它们身上的一些“缺点”，如虫眼、木节、裂纹，具有一种与新材料不同的性格和灵魂。 欧美等国家对废旧木材再利用有广泛研究。早在1922年，现代主义建筑大师格罗庇乌斯在萨默菲尔德别墅设计中，将沉船上卸下来的旧木料用作建筑的柚木大梁，创造出令人称奇的作品。在美国，废旧的木材也常被用来重造新屋。美国建筑师爱德华用了20年的时间尝试把废旧木材应用到室内和建筑装饰当中他采用一些风格独特的方法，将那些被称之为“被拯救的木材”的废旧木材，进行除虫、熏蒸、打磨后，涂上保护漆，或保留原样，用做为装饰梁木、地板或家具。在设计中最广泛的应用是作为梁木，但是若像真正的梁木结构一样来利用，会增加一些技术上的难度，因而，通常只将其用于装饰，不直接用于结构。如果大量地采用梁木还必须有工程师的安全设计。
又如，在日本村井正诚美术馆设计中建筑师库马巧妙地将原建筑的大量木材抢救出来，加入到新建筑之中，实现一种真正意义的建筑保护与修复[。原建筑是一座“村舍形式”的木构架结构建筑，始建于1938年，作为艺术家村井正诚的生活及办公用房。至1999年艺术家逝世，这座房子已经成为一个火灾隐患之地，而不得不将其拆除。如今，库马设计的面积约163.2m2的美术馆建筑，其设计核心是对艺术家的原工作室进行忠实的修复。因而，原建筑中的旧木壁板、门框子，木地板材及主要结构木料成为新博物馆建筑的生动要素，与艺术家的作品一同构成了展区中的拼贴艺术。在新建筑的立面处理上，建筑师将其表面覆盖有从老房子中拆下的零散而不规则的厚木板条。由于数量有限，旧木板条呈间隔地排布，而这种富有韵律的图示表达，恰恰与库马通常在建筑设计中采用的百叶窗板的样式，有着极为相似的意义
目前，将废弃木材直接再利用作建筑材料的案例在我国尚属罕见，据了解，我国每年因危房改造和家具更新淘汰下来可开发利用的废旧木材资源多达数千万m3，长期以来仅将其处理为一种建筑垃圾，浪费了大量的材料资源。为此，我国政府已开始对废旧木材的再利用高度重视，并在政策法规上加以强化要求选择适 宜的方法和配套的技术。
四、结语：
保持建筑材料的可持续发展，提高资源的综合利用率已为当今社会所普遍关注。近年来，我国已开始重视材料资源的合理化利用，提出了“节能减排”等政策，并开展大量可行性研究，如传统墙体材料零垃圾回收再利用、废弃砖石材料在园林道路中的应用等实践。日前，建筑部门组织专家对地震灾区建筑垃圾进行了调研，结论表明，建筑垃圾的资源化再利用是一个有效途径。比如塌方的道路
需要填方，打桩用的桩基以及骨料都可以利用建筑垃圾中的渣土、废砖瓦、废混凝土、废木材等实现再利用。
然而我们应该清楚，材料再利用并不意味可以对任何材料进行任意地、简单地直接再利用，而是提倡旧建筑材料资源的合理化再利用。严格来说，不经过检测的废旧建筑材料，直接再使用是不合适的。据了解，有些回收者从旧楼上拆下钢筋后，稍微进行清理、取直，就直接将其卖到农村地区再利用。这样一来，价格虽低，但钢筋的寿命和强度都降低了，甚至造成新建筑物的结构安全受到威胁。目前，国外许多国家对废旧建材的回收利用都出台了专门的法规。如德国先后颁布了《垃圾处理法》、《避免废弃物产生以及废弃物处理法》、《循环经济与废弃物管理法》等法律，对建筑废材的回收与再利用行为进行严格规范。
西方发达国家对建筑资源问题意识较早，自上世纪末，开展了大量研究，并在实践中广泛应用，比较而言，我国仍有差距和差异。他山之石，可以攻玉。尽管各个国家的社会制度和经济体制有所不同，但他们在废旧建筑材料资源化再利用中的技术措施、市场管理、质量保证、工程规范等方面都值得我们借鉴和学习。
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