宁波市建筑工程渣土和废弃泥浆应用现状

李庆冰，宋冰泉，王毓晋，胡云峰，张文瑜，张 超

（1、宁波交通工程建设集团有限公司 浙江宁波 315020；2、长安大学材料科学与工程学院 西安 710018）

0 引言

根据《浙江省建筑垃圾资源化利用技术导则》，工程渣土是指各类建（构）筑物、管网、道桥等在建设过程中开挖土石方产生的弃土；废弃泥浆是指各类（构）筑物桩基础、基坑围护结构以及泥水盾构、管网暗挖等施工产生的废置和剩余泥浆。随着我国城市化进程的不断推进和交通基础建设的大力发展，使得建筑工程渣土和废弃泥浆日益增加。传统的处置方法是外运倾倒或堆积填埋，运输成本高、存在安全隐患［1-2］，且给生态环境带来了巨大压力。虽然对渣土进行固化成为研究热点，但是相关研究较少［3］，因此产量与消纳能力的矛盾仍在不断激化。以宁波为例，因城建规模大，地质结构特殊，建筑工程渣土和废弃泥浆产生量巨大，面临着“渣土围城”的困境［4］。据估计，仅2020年宁波中心城区经城市建筑垃圾处置核准的建筑工程渣土和废弃泥浆就达到了6 696 万t，许多建筑工地面临渣土无处可去的困境，以至于工程被迫停工。因此，针对建筑工程废弃泥浆资源化应用的探索，对于环境保护和城市可持续发展的需要来说都有着重要的意义。

1 宁波市建筑工程渣土和废弃泥浆现状

1.1 地质情况和土体特性

宁波市区海拔4.0～5.8 m，郊区海拔为3.6～4.0 m。地貌分为山脉、丘陵、盆地和平原。水资源极为丰富，属于浙江省八大水系之一，河流有余姚江、奉化江、甬江。余姚江、奉化江在市区“三江口”汇成甬江，流向东北，经招宝山入东海。宁波地区的土层为海相、冲湖相的粘土、淤泥质粘土、淤泥、粉质粘土、粉质粘土夹粉砂，呈流塑或软塑状态；其中，淤泥质土可达15 m以上，局部区域甚至深40 m。因此，宁波地区的工程渣土具有三高两低的特性，即“高含水率、高压缩性、高灵敏度及低强度、低模量”，无法夯实，人工降水困难。宁波市建筑工程渣土现场如图1所示。

图1 宁波市建筑工程渣土现场Fig.1 Site of Construction Engineering Residue in Ningbo

1.2 来源及产生量预测

建筑工程渣土和废弃泥浆对宁波城市的发展和环境均造成了巨大的制约和影响，因此对建筑工程垃圾的产量进行统计和预测非常有必要。根据宁波市容环境卫生指导中心统计数据［5］：宁波中心城区2020年建筑渣土产量为6 302 万t，预计在2023 年达到顶峰，为6 890 万t；2025～2030 年期间建筑渣土产量稳定在5 500～5 900 万t。中心城区2020 年废弃泥浆产量为394 万t，预计在2023 年达到顶峰，为433 万t。具体数据如图2、图3所示。

图2 宁波中心城区建筑渣土产量统计预测Fig.2 Statistical Forecast of Construction Residue Yield in Ningbo Central City

图3 宁波中心城区废弃泥浆产量统计预测Fig.3 Statistical Forecast of Waste Mud Yield in Ningbo Central City

2020 年，宁波市建筑渣土主要来源于建筑施工、地铁建设及管廊施工，废弃泥浆的来源主要是桩基施工，如图4 所示。宁波地区建筑工程渣土和废弃泥浆的产量巨大，如何实现建筑工程渣土泥浆的最大资源化利用，减少废物排放量，解决渣土泥浆的消纳问题以避免对生态环境的破坏，影响城市的可持续发展，成为亟待解决的重点与难点。

图4 建筑渣土主要来源Fig.4 Main Sources of Construction Residue

1.3 处置情况

目前，宁波市建筑工程渣土和废弃泥浆的现状处理主要分为海上处置和陆地处置。海上处置包括围垦造地、海洋倾倒，约占总处理能力的30%［6］。陆地处置主要包括堆填、绿化用地等。其中，海洋倾倒的方式不仅破坏该地区的生态平衡，大量的渣土淤泥堆积还会导致航道阻塞［7］。阻塞后的疏通航道同样又需要花费大量的人力物力，而二次清理的余泥又一次面临着去哪里消纳的问题［7］。陆地堆填则会占据大量宝贵的土地空间，对城市的环境和市容会造成一定影响，其中的有毒物可能对周边土质和地下水造成污染［8］。此外，长期陆地堆填还会带来很多地质隐患，比如深圳市红坳渣土受纳场滑坡事故，造成73 人死亡，经济损失约9亿人民币。

宁波地区处置场地呈现点多、面广、分散等特点。2018 年宁波全市共有31 个工程渣土处理处置点和8 个废弃泥浆处理处置点，总处置能力分别为3 091 t和2 037 t，其中渣土消纳能力已经饱和。此外，宁波地区渣土和废弃泥浆资源化利用率较低。据统计［4］，渣土资源化利用主要包括绿化种植、基础回填、建材制造及山塘复绿等，约占产生量的18%；泥浆资源化利用和码头中转约占总处置量的33%。总的来说，宁波地区建筑工程渣土消纳能力、渣土和废弃泥浆资源化利用率亟待提高。

2 建筑工程渣土和废弃泥浆资源化应用途径

宁波地区土质高含水率、高压缩性、高灵敏度及低强度、低模量的特点，使得其他地区的渣土泥浆处治方法和技术很难适用。因此，基于前期调研和对渣土泥浆的特性分析，以及“无害化、资源化、产业化”原则，在各类管理规定及相关政策的支撑下，对建筑工程渣土和废弃泥浆的资源化应用途径展开了探索，现提出了以下几种资源化途径来解决宁波市建筑工程渣土和废弃泥浆消纳能力不足的问题，进一步推进建筑工程渣土和废弃泥浆处置从简单倾倒填埋、低级利用向高品质、资源化、系统性循环利用方向的转变，促进现代工程建设的低碳、环保、可持续发展。

2.1 路基填筑材料

宁波地区某高速公路施工路段采用本工程桩基施工产生的废弃泥浆及钻渣，研究出适用于软土地区高速公路工程建设的废弃泥浆及高含水率钻渣的规模化高效处治及资源化综合利用成套技术。通过将建筑工程渣土或废弃泥浆进行固化脱水处理后［7］，掺入水泥和石灰等固化材料，具有较好的强度、刚度和水稳定性，形成改良固化土用于高速公路路基填筑，使整个工程的废弃泥浆及钻渣零排放［9］。

根据宁波市“十四五”交通建设规划“两环十二射”高速公路网即杭甬复线宁波段、象山湾疏港高速、余慈中心连接线高速、甬金高速宁波段改建工程、甬台温高速拓宽工程等高速公路建设，至2025年宁波市域高速公路成环成网，建成高速公路约700 km，这对路基填筑材料的需要巨大。建筑工程渣土和废弃泥浆经固化处治用于高等道路路基填筑不仅可以实现建筑工程渣土泥浆的资源化再利用，减少土地占用，又解决了部分地区工程填料短缺的困难，还可以节省投资成本，达到良好的环境和经济效益［10］。

为了验证建筑工程渣土和废弃泥浆资源化应用途径的可行性，以泥浆固化土为主，在宁波某高速公路建设工程试验段。在前期试验阶段，首先对废弃泥浆进行脱水处理获得脱水泥饼（即脱水土），其次根据脱水土性能选用适当的固化材料，如固化剂、水泥等，最后通过室内试验和经济性分析确定固化材料最优配比。在后期应用阶段，建立集脱水、破碎、集中厂拌为一体的自动化生产线，获得最优配比下的脱水固化土并应用到某工程的试验段进行路基填筑，包括路基施工准备、摊铺、碾压、养护和质量检测步骤。具体流程如图5所示。

图5 工艺流程Fig.5 Process Flow

通过对脱水固化土路基进行质量检测发现，其7 d无侧限抗压强度在0.45～0.64 MPa，CBR 为22%～25%，路基的弯沉值小于120（1% mm），沉降速率也均小于设计要求的10 mm∕d，符合相关国家标准。该试验段的成功建设也实现了本工程40 万m3废弃泥浆及钻渣的零排放，验证了该资源化利用途径的可行性及适用性。该试验段现场如图6所示。

图6 脱水固化土路基填筑工程试验段Fig.6 Dehydration Solidified Soil Subgrade Filling Engineering Test Section

2.2 再生免烧结轻质骨料

同济大学蒋正武教授团队［11］利用建筑工程渣土和废弃泥浆，掺入无机胶凝材料，通过圆盘造粒和破碎造粒制备成骨料，辅以蒸汽养护工艺实现免烧轻质骨料性能的快速提升。研究发现免烧骨料的胶凝体系最优为水泥-矿渣体系，在渣土泥浆掺量为70%、水泥掺量为10%、矿渣掺量为20%的情况下，所制备出的圆盘免烧轻质骨料堆积密度为1 125 kg∕m3，筒压强度达到10.1 MPa，1 h 吸水率为14.17%。破碎骨料研究表明外掺硅灰对骨料的性能有大幅度的提升，外掺10%的硅灰所制备的破碎免烧轻质骨料堆积密度为893 kg∕m3，筒压强度为7.8 MPa，1 h 吸水率为20.90%。该骨料可部分或全部替代天然集料用于路面结构水泥稳定碎石、低标低成本混凝土等实际工程中。

2.3 高强骨料

以建筑工程渣土、泥浆为主要原材料，通过物料矿物组成设计及烧熔炉渣化技术，研究烧制高强度、稳定性好的烧结骨料，其单颗粒强度可达22 MPa 以上，筒压强度可达25 MPa，24 h 吸水率可达0.14%，可取代天然骨料用于中高强度等级混凝土中。基于烧结骨料的特性，通过混凝土宏观与微观性能、混凝土耐久性能、预制构件生产工艺、构件使用性能等研究，形成烧结骨料混凝土制备技术与混凝土预制构件制造应用技术，实现烧结骨料在中高强度等级混凝土中资源化综合利用，突破目前利用建筑渣土烧制陶粒只能用于低强度非结构用途混凝土的技术局限，在一定程度上可缓解砂石骨料资源严重短缺的压力。

2.4 免烧结砌块

宁波诺丁汉大学颗粒材料与岩土技术研究中心团队［8］采用脱水钻孔桩泥浆取代天然细骨料制备免烧混凝土砌块，首先研究了脱水泥浆部分取代天然细骨料的可行性，结果表明28 d 标养护试样达到以下技术标准：含有30%脱水泥浆普通硅酸盐水泥基砌块吸水率≤8%，抗压强度≥20 MPa，抗折强度≥2.5 MPa；含有20%脱水泥浆碱激发矿渣基砌块吸水率≤6%，抗压强度≥50 MPa，抗折强度≥8 MPa。随后研究了含有脱水泥浆与再生混凝土骨料砌块的耐久性，28 d 标准养护水泥基砌块，满足以下性能指标：吸水率≤10%，抗压强度≥30 MPa，抗折强度≥3.5 MPa，良好的耐水性及耐干湿循环性能（强度保持率≥100%）。该研究为生产制备绿色低碳混凝土砌块和资源化处理工程渣土提供了有效的技术路径。

2.5 其它利用

基坑、管廊基础填筑、水利工程堤坝填筑、堆山造景等等这些建筑工程渣土资源化的再生利用不仅可以美化城市、提高工程渣土利用效率，更可以缓解城市建筑垃圾的消纳问题，改善城市生活质量。

3 资源化发展对策及建议

目前，我国建筑工程渣土及废弃泥浆资源化利用率较低，资源化进程还任重道远，但随着我国新型建筑材料技术的发展，建筑渣土及废弃泥浆的资源化利用有着巨大的发展潜力和空间。建筑工程渣土及废弃泥浆资源化发展的对策及建议如下：

⑴加大政策引导力度，解决资源化用地规划，采取多方监督推进建筑渣土及废弃泥浆资源化利用。

⑵重视理念与技术创新，加大资源化研究投入，推动技术标准规范制定工作，解决应用之本。

⑶基于多途径、高品质的综合利用原则，精细化分类处理各类泥浆和渣土，提升渣土资源化产品品质，提高再生产品附加值。

建筑工程渣土及废弃泥浆资源化利用技术促进现代工程建设的低碳、环保、可持续发展，具有较高的科学意义和产业化应用价值，对我国建筑垃圾高品质再生利用及生态环境保护起到示范作用，推动我国建设工程从传统的“资源-产品-废物”线性经济流动模式向“资源-产品-再生资源”的物质闭环流动型增长模式转变，具有显著的环境、经济及社会效益。