建筑垃圾在路基回填材料中的使用性能研究

李行， 吳超凡， 萬暑， 張繼森

(湖南云中再生科技股份有限公司， 湖南 長沙 410007)

伴隨著工業(yè)化和城市化進程的加快，中國已成為全球產(chǎn)生建筑垃圾最多的國家。據(jù)統(tǒng)計，近幾年中國每年產(chǎn)生的建筑垃圾為15.5億～24億t，占城市垃圾總量的30%～40%，產(chǎn)量驚人。目前，中國建筑垃圾的處理面臨突出問題，基本停留在落后簡單的填埋式處理，給社會環(huán)境造成嚴重影響。根據(jù)以往經(jīng)驗，每萬噸建筑垃圾填埋約占用土地1畝(1畝=666.6 m2)，1億t建筑垃圾將占地1萬畝，浪費大量土地資源的同時也對周邊的生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。因此，如何實現(xiàn)建筑垃圾減量化、資源化和無害化已成為政府部門和專家學(xué)者們亟待解決的問題。

建筑垃圾屬于城市垃圾中危害程度較小的部分，進行合理利用后不會造成二次污染。所有建筑垃圾中，渣土、磚瓦、混凝土塊等無機材料占90%以上的比例，具有穩(wěn)定的物理及化學(xué)性質(zhì)；另外，建筑垃圾具有來源集中性、產(chǎn)生階段性、分選難度小等特點，因而目前中國大部分研究都是考慮將其作為建筑材料進行再利用，如制備砌塊、應(yīng)用于道路材料等。

由于城市建筑垃圾的特點，經(jīng)破碎和篩分后得到的骨料中，細料占據(jù)了絕大部分的比例(約占70%)，但是在目前的道路水穩(wěn)層的級配配比中，細料的用量卻不到50%，還有超過20%的細料得不到充分利用。為消納這部分過剩的建筑垃圾細集料(0～4.75 mm)，對其應(yīng)用于路基回填材料中的使用性能進行研究具有重要意義。

路基回填材料的主要路用性能是強度，通過承載比(CBR值)來表征?；诖耍撐闹饕槍ㄖ坊靥罴毤系膹姸刃阅苓M行研究。

1 試驗原材料

試驗原材料主要為建筑垃圾細集料，取自湖南長沙某建筑垃圾破碎廠，包括混凝土塊和磚混結(jié)構(gòu)再生集料兩類。為保證試驗樣品的代表性，試驗開始前進行所需集料樣品總量計算，并一次性備足樣品。

試驗前利用9.5 mm標準方孔篩篩除超粒徑顆粒，試驗過程通過四分法確保試驗樣品的代表性。原材料的篩分試驗結(jié)果如表1所示。

表1 再生細集料回填材料篩分試驗結(jié)果

試驗用水為普通生活用水。

2 建筑垃圾細集料試驗結(jié)果與分析

2.1 建筑垃圾細集料試驗結(jié)果

路基包括路床和路堤，其填筑主要要求保證填料碾壓密實且承載比(CBR)達到一定標準，對級配要求不高。

對兩類建筑垃圾細集料進行原材料試驗，主要包括密度試驗、液塑限測定等，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 原材料試驗結(jié)果

注：液塑限試驗所用樣品為再生細集料中粒徑小于0.5 mm的部分。

由表2可知：

(1) 與磚混結(jié)構(gòu)細集料相比，混凝土塊細集料的表觀密度較大。

(2) 兩類建筑垃圾細集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標均滿足JTG D30-2004《公路路基設(shè)計規(guī)范》要求。

2.2 建筑垃圾細集料擊實試驗結(jié)果

對兩類回填細集料進行重型擊實試驗，得到其最佳含水量及最大干密度如表3所示。

由表3可知：混凝土塊細集料的最佳含水率小于

表3 回填材料擊實試驗結(jié)果

磚混結(jié)構(gòu)細集料，而最大干密度大于磚混結(jié)構(gòu)細集料。

2.3 建筑垃圾細集料承載比(CBR)試驗結(jié)果

根據(jù)JTG D30-2004《公路路基設(shè)計規(guī)范》，各等級公路路床和路堤的壓實度及強度要求如表4所示。

表4 路床和路堤填料壓實度及強度要求

承載比試驗包括膨脹量及貫入試驗，試驗結(jié)果如表5、6所示。

表5 膨脹量試驗結(jié)果

表6 CBR值試驗結(jié)果

由表5、6可知：

(1) 兩類細集料的膨脹量均很小，滿足路基施工技術(shù)要求。

(2) 與磚混結(jié)構(gòu)細集料相比，混凝土塊細集料的膨脹量較小，且兩類細集料的膨脹量均隨壓實度的減小而增大。

(3) 壓實度滿足規(guī)范要求時，兩類細集料的CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求，且混凝土塊細集料的CBR值顯著大于磚混結(jié)構(gòu)細集料。

(4) 回填材料的CBR值隨著壓實度的增加而顯著增大，這是由于材料的密實度增加，抵抗壓縮變形的能力也增強，說明施工過程的壓實質(zhì)量對路基回填材料的強度及穩(wěn)定性有很大影響，屬于施工質(zhì)量的主控項目。

3 工程實例

項目工程實例為長沙縣青園路，路基試驗段96區(qū)所用原材料為長沙某建筑垃圾處置基地的混凝土塊細集料。路基設(shè)計寬度27 m，設(shè)計壓實厚度30 mm，設(shè)計回彈模量值45 MPa。該再生集料的篩分試驗結(jié)果如表7所示，相關(guān)技術(shù)指標試驗結(jié)果如表8所示。

表7 混凝土塊再生細集料篩分試驗結(jié)果

由表8可知:原材料各項技術(shù)指標均滿足規(guī)范要求。原材料通過加水廠拌并運輸至現(xiàn)場進行碾壓成型，終壓后進行壓實度檢測，結(jié)果如表9所示。

由表9可知：現(xiàn)場壓實質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計要求。碾壓完成后第2 d進行回彈模量檢測，檢測數(shù)據(jù)如表10所示。

表8 混凝土塊再生細集料相關(guān)技術(shù)指標試驗結(jié)果

表9 長沙縣青園路部分樁號壓實度檢測結(jié)果

表10 承載板測定路基回彈模量檢測結(jié)果

通過計算，得出該混凝土塊細集料填筑的路基回彈模量值為87 MPa，大于回彈模量設(shè)計值(45 MPa)，檢測結(jié)果為合格。

4 結(jié)論

(1) 混凝土塊及磚混結(jié)構(gòu)細集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標均能滿足路基回填材料的規(guī)范要求。

(2) 壓實度滿足規(guī)范要求時，混凝土塊及磚混結(jié)構(gòu)細集料的膨脹量均滿足路基施工技術(shù)要求，CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求。

(3) 路基回填材料的壓實度越大，CBR值越大，材料抵抗壓縮變形的能力越強，穩(wěn)定性越好，施工中確保壓實度達到規(guī)范及設(shè)計要求是質(zhì)量控制關(guān)鍵。

(4) 利用混凝土塊細集料鋪筑的路基試驗段檢測結(jié)果表明，當(dāng)壓實度達到規(guī)范及設(shè)計要求時，路基回彈模量值也能滿足規(guī)范及設(shè)計要求，進一步說明將建筑垃圾細集料應(yīng)用于路基回填材料是可行的。