建筑廢棄物資源化再利用技術(shù)研究

　　摘要：在建筑物開發(fā)之生命周期各階段，包括建材原料開采、建材制造、施工建造、日常使用、拆除廢棄等，皆對環(huán)境造成相當(dāng)嚴(yán)重的污染。這些廢棄物如果沒有妥善的處理，最后往往與都市廢棄物同時進(jìn)入都市廢棄物處理系統(tǒng)(如掩埋、焚化等)，造成廢棄物處理體系的超荷負(fù)擔(dān)。因此如能將其妥善利用將可提供作為建筑或公共工程所需之材料，此對于減少天然資源消耗及推動綠建筑理念將有積極功用。營建廢棄物以混凝土及磚塊為最大宗，約占80%以上，可再利用之途徑不外乎作填方材料、骨材級配或制成混凝土制品。本報告將著重于以營建廢棄混凝土物質(zhì)應(yīng)用于產(chǎn)制具商業(yè)性的高壓混凝土磚產(chǎn)品之制程開發(fā)，先經(jīng)由粉碎、篩分制成各種的骨材級配料，再經(jīng)由混凝土原料配比、高壓成型、養(yǎng)護(hù)處理后可獲得具商業(yè)化量產(chǎn)潛力之資源化產(chǎn)品。

一、前言

　　臺灣地區(qū)近年來由于經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，已邁入現(xiàn)代化國家的行列。由于人口集中與都市化的結(jié)果，一般營造建筑工程及交通運(yùn)輸?shù)戎卮蠊补こ倘找嬖黾?。這些重大工程的進(jìn)行，對國內(nèi)砂石資源的需求與分配，以及衍生出來的環(huán)保問題，均有重大的影響。據(jù)一般性的了解，國內(nèi)每年砂石的需求量約有10,000萬立方公尺，由于中部主要河川已實(shí)施禁采，再加上南部的高屏溪進(jìn)行全面整治，國內(nèi)砂石的來源受到限制，因此國內(nèi)營建工程對于砂石的需求十分殷切。由于砂石來源不足，因此近年來常常發(fā)生之農(nóng)地濫采砂石的問題，更有甚者將被掏空的農(nóng)地，回填工業(yè)廢棄物，不僅造成農(nóng)地生態(tài)的嚴(yán)重破壞，更對土地資源造成永久污染問題，這就是近年來所陸續(xù)爆發(fā)的不明廢棄物污染場址問題，目前保守估計約達(dá)百余處。

　　另一方面，國內(nèi)重大工程施工所產(chǎn)生之廢棄土石數(shù)量十分龐大，據(jù)估計(1)臺北都會區(qū)每年產(chǎn)出廢棄土方約一千萬立方米，高雄都會區(qū)每年產(chǎn)出約五百萬立方米，臺灣省地區(qū)每年產(chǎn)生廢棄土方約為二千三百萬立方米，合計為三千八百七十八萬立方米，而目前現(xiàn)有合法之107處棄土場皆將逐漸飽和，這些龐大的廢棄土方的去處，成為嚴(yán)重的環(huán)保問題。因此如果能將營建廢棄物作妥善之回收再利用，一方面除可紓緩廢棄物棄置之壓力外，更可解決砂石供應(yīng)不足的問題，是一舉兩得之舉。

　　而民國88年所發(fā)生的921大地震，據(jù)新聞數(shù)據(jù)顯示，在南投、臺中地區(qū)因建筑物崩塌拆除所產(chǎn)生龐大量的建筑廢棄物約高達(dá)2500萬立方公尺，短期間內(nèi)所產(chǎn)生的廢棄物量暫時貯放于九十多個堆置場中，除將有潛在性的危險外，對于地區(qū)之生態(tài)環(huán)境亦皆有不利的影響，因此建立國內(nèi)營建廢棄物再利用之機(jī)制，已是刻不容緩的事。建筑廢棄物資源化再利用是在國際間是一普遍的趨勢，以與臺灣同處地震帶的日本為例，目前已達(dá)80%之再利用目標(biāo)，這是國內(nèi)應(yīng)急起直追的(如表一所示)。

　　建筑廢棄物之基本上可包括建筑拆除廢棄物與施工建造廢棄物兩類，就組成而言包括：磚瓦、混凝土塊、廢木料、金屬、玻璃、有害物、其它等。臺灣地區(qū)建筑廢棄物之產(chǎn)生量，根據(jù)內(nèi)政部建筑研究所之研究計劃(2)顯示，全國每年合法建筑拆除廢棄物產(chǎn)生量約為l1,622,433公噸/年(不包括民間一般之零星拆建工程)，其廢棄物之主要組成若以重量計，混凝土塊占48.35%，磚石類占37.42%，木材類占10.33%，鋼筋占3.64%;若以體積計則混凝土塊占34.46%，磚石類占35.34%，木材類占29.45%，鋼筋占0.56%。其中鋼筋部份由于可直接送往鋼鐵廠熔鑄，回收機(jī)制已自然建立，木材視材料性質(zhì)亦可直接回收再利用；塑料、玻璃等雜物量較少且無回收價值僅能送到掩埋場。最大宗的部份是混凝土塊、磚塊，故探討營建廢棄物之資源化當(dāng)以此為主要對象。

二、建筑廢棄物資源化之途徑

　　建筑廢棄物之組成，包括瀝青、混凝土塊、廢磚瓦類、廢銅鐵 (如銅筋、廢鐵、金屬…)及其它裝潢建材 (如木材類、塑料類…) 等。根據(jù)國外研究資料之整理，世界各國全年?duì)I建廢棄物產(chǎn)生量約占所有廢棄物之比例之10%-30%左右。歐美日等先進(jìn)國家對于建筑廢棄物的回收再利用已推廣多年，由于建筑技術(shù)、建筑習(xí)慣與材質(zhì)的偏好，資源回收再利用的情形略有差異。以美國為例，建筑廢棄物再利用的市場管道，就混凝土塊而言，主要回收作為建筑骨材再利用。而日本則主要作為建筑及級配骨材、工程填方及土質(zhì)改良、填海造地等。日本每年產(chǎn)生之建筑廢棄物約占全國廢棄物總量之20.6%，其中建筑廢棄物部分估 55%，依據(jù)日本1995年之統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，其建筑廢棄物混凝土塊再生利用率為65%。若以國情以及生活習(xí)性，我國應(yīng)與日本國較為相近。據(jù)此推論，依我國主要廢棄物之混凝土塊產(chǎn)生量6,390萬公噸/年之?dāng)?shù)據(jù)推估，則我國混凝土塊再生利用回收量可達(dá)4,154萬公噸。

　　混凝土回收部分，日本回收量約3700萬公噸，大約20%使用于道路級配，其余80%為填方之用。雖然日本亦有訂定回收混凝土用于建筑物之規(guī)范，但均因回收混凝土之吸水率變大，一般民眾對其使用于建筑物上信心不足，無法接受，故回收使用情形并不良好。至于建筑拆除廢棄物中回收之砂石，經(jīng)以往實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，其使用再制之混凝土可能較原生混凝土差。例如同一配比下之彈性模數(shù)較小，孔隙率較大，膠結(jié)性較低以及強(qiáng)度及耐久性較差。

　　在以廢混凝土塊、磚塊為主要之再利用對象時，主要的途徑可概括三大類:即作為土方填補(bǔ)、填方料、道路級配料、預(yù)拌混凝土原料、建筑基本原料(各種粒徑之砂、石等)或制成各種再生混凝土制品如高壓混凝土磚、消波塊、人孔蓋、水泥涵管…等。但是不論是那些再利用方式，皆須作若干程度的破碎與分類分選工作: 先以人工方式將混凝土塊及廢磚瓦類與其它雜質(zhì)分離，再經(jīng)過初步碎化、過篩 ( 3/8" 篩孔) 、去除細(xì)雜質(zhì)、顎型碎石機(jī)再碎化 (調(diào)整開口大小) ，即可得到符合ASTMC-33 規(guī)范之再生粗骨材，但細(xì)骨材則大部分無法符合ASTMC-33規(guī)范要求。其流程詳如圖一所示。

　　各種再利用途徑中，填方料消耗量最大，且僅須粗碎即可再利用，但是附加價值較低。道路之級配料使用量亦極大，適當(dāng)破碎后使用于路基可取代原級配料約40%，若使用于路面可取代約20%，但須符合工程規(guī)范。表二與表三分別為粒徑2公分以下提供道路級配之粒徑分布與粒徑1公分以下提供混凝土制品級配料之粒徑分布。若制成各種再制混凝土制品則附加價值可提高，而且在工廠內(nèi)生產(chǎn)制造質(zhì)量易控制，可卻除民眾之疑慮，但是需考慮市場需求量而生產(chǎn)。本研究中取建筑廢棄物之混凝土塊與磚塊分別破碎至1公分以下得其粒徑分布如圖二所示，符合表三所示之分布要求，故可用于以下高壓混凝土磚產(chǎn)品之資源化制造。此外，由于建筑廢棄物資源化最重要的是必須建立供需信息，因此如果提供各種不同用途，在其需求量不確定的前提下，可考慮制成基本之砂石原料以作適當(dāng)之參配。本報告中將以廢棄混凝土、磚塊為資源化對象，說明制備高壓混凝土磚之研究成果。

三、廢棄混凝土、磚塊再利用為高壓混凝土磚

　　廢棄混凝土經(jīng)碎化后所得之再生骨材，其粒型或各項(xiàng)物理性質(zhì)若能符合一般混凝土骨材之要求，將可開發(fā)制成各種較高附加價值之產(chǎn)品，混凝土磚為近年來大量使用于外墻磚、行道磚者，尤其是都市地區(qū)使用量極龐大，由于高壓混凝土磚塊材料的產(chǎn)制過程并未經(jīng)過高溫窯燒，其成本較一般經(jīng)高溫?zé)傻奶沾僧a(chǎn)品低廉甚多，就制程設(shè)備、能源耗用、原料使用、人力、環(huán)保特性等各方面而言，高壓混凝土磚確較一般的窯燒陶瓷磚具更大的產(chǎn)品優(yōu)勢。

　　本研究中，主要是將營建廢棄混凝土物質(zhì)，包含廢陶瓷面磚、破損紅磚以及廢混凝土等，先經(jīng)由粉碎、篩分制成各種的骨材級配料，再經(jīng)由混凝土原料配比、高壓成型、養(yǎng)護(hù)處理、產(chǎn)品物性測試與改善等步驟(如圖三所示)，可將廢棄混凝土物開發(fā)制作成具有商業(yè)化價值之高壓混凝土磚塊材料?；炷翂K經(jīng)破碎后如前所示，在資源化利用之規(guī)畫中，有兩項(xiàng)主要之考慮點(diǎn)，其一是可消耗最大量之廢棄物，其二是制得之高壓混凝土地磚需具適當(dāng)之強(qiáng)度。經(jīng)各種拌合條件之測試，吾人發(fā)現(xiàn)，取來自廢料之骨材原料，添加26%之天然細(xì)骨材并以水泥16%及3%之硅灰增強(qiáng)劑拌合，加壓(150kg/cm2)成型后，經(jīng)28天之養(yǎng)生期，經(jīng)依CNS：13296高壓混凝土連鎖地磚檢驗(yàn)法測試強(qiáng)度為610 kgf/cm2，吸水性、耐磨性等皆可符合A級之標(biāo)準(zhǔn)，故質(zhì)量與市售商品無分無軒輊。(注: CNS：13296規(guī)定，高壓連鎖地磚之抗壓強(qiáng)度A級需>560kgf/cm2，B級>408kgf/cm2，C級>357 kgf/cm2；另吸水率：A級需<5﹪，B級<6﹪，C級<7﹪)。

　　在制造過程中水泥系提供膠合最重要之成份，水泥量不足將嚴(yán)重影響抗壓強(qiáng)度，相對的降低產(chǎn)品之等級，但是若從經(jīng)濟(jì)上的考慮，可發(fā)現(xiàn)水泥占產(chǎn)品之原料成本約50%(如表四)，因此如圖四所示中，添加適量之硅灰增強(qiáng)劑將可在較低之水泥使用量下獲致較高強(qiáng)度之產(chǎn)品，此制程將可提供為商業(yè)化制造之參考。

四、結(jié)論

　　營建廢棄物產(chǎn)生量極龐大，且無任何之危害性，是極值得資源化利用的物質(zhì)，但是營建筑廢棄物資源化之推動時最重要的是應(yīng)考慮包括:地點(diǎn)、規(guī)格、成本、經(jīng)濟(jì)、市場通路、法令與規(guī)范等要素。而公共工程單位提供對各種建材需求信息，視需要作適當(dāng)?shù)馁Y源化對象以避免因供需失調(diào)而將廢棄物轉(zhuǎn)制成另一類廢棄物，徒然耗費(fèi)人力、金錢產(chǎn)品。適值921地震后，營建廢棄物之資源化再利用，冀望能喚起有識之士的重視，并納入法規(guī)加以推動。

五、參考文獻(xiàn)

　　1. 魏忠堅，從資源減量使用與資源化層面探討主要建筑材料之利用狀況，中國礦冶學(xué)會87年度礦冶年會論文集。
　　2. 內(nèi)政部建筑研究所，「建筑物拆除污染物及廢棄物產(chǎn)生現(xiàn)況與調(diào)查架構(gòu)研究」，民國87年6月。
　　3. 章裕民、陳永成、林利國、陳文杰，我國建筑施工廢棄物排放特性研究。中國環(huán)境工程學(xué)會87年度年會論文集。