粗粒式建筑垃圾粒料路用特性試驗(yàn)研究

成永寧

（中國鐵建投資集團(tuán)有限公司，北京 100855）

引言

建筑垃圾是各類建筑物、構(gòu)筑物等在建設(shè)施工、拆遷、修繕及居民裝飾房屋過程產(chǎn)生的渣土、廢砂漿、廢磚瓦、廢混凝土等固體廢棄物。近年來，隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，工程建設(shè)和拆遷改造過程中產(chǎn)生了大量的城市建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計，我國每年建筑垃圾的產(chǎn)生量已超過20 億噸，占城市垃圾總量的1/3 以上，并呈現(xiàn)逐年增長趨勢。未經(jīng)處理的建筑垃圾占用大量土地，還會對周圍水體、土壤和大氣帶來環(huán)境污染，嚴(yán)重影響和制約城市的可持續(xù)性健康發(fā)展。

建筑垃圾中廢棄磚瓦、混凝土塊、渣土等占比很高，經(jīng)過除雜、回收、分選等工藝后可以進(jìn)行再次利用，具有可再生資源化屬性。目前，世界各國對建筑垃圾綜合處理與利用方面進(jìn)行了廣泛研究，日本、德國、韓國、法國等國家已形成較為成熟的資源化利用體系，對建筑垃圾的綜合利用率可達(dá)到90%以上。同樣，我國對建筑垃圾的再生利用也開展了大量的試驗(yàn)研究和實(shí)踐工作，主要利用方向有生產(chǎn)民用建筑材料[1-2]、制備再生骨料[3-4]、道路路基路面工程材料等[5-7]。

建筑垃圾中的廢棄混凝土塊、磚塊等具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可以作為道路工程資源化利用材料。

1 基本性質(zhì)

目前，世界上尚未對建筑垃圾的理解、定義和標(biāo)準(zhǔn)形成統(tǒng)一。我國于2005 年頒布的《城市建筑垃圾管理規(guī)定》中，將建筑垃圾定義為建設(shè)單位、施工單位新建、改建、擴(kuò)建和拆除各類建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等以及居民裝飾裝修房屋過程中所產(chǎn)生的棄土、棄料及其它廢棄物。建筑垃圾一般可按來源、組成成分、資源化屬性、性質(zhì)等進(jìn)行分類，但由于其組成成分較為復(fù)雜，具有較大的變異性，目前尚未形成統(tǒng)一的分類方法。

城市建筑垃圾主要由拆除工程所產(chǎn)生的混凝土塊、磚瓦塊、砂漿、木材、鋼筋、玻璃等為主，這些廢棄材料雖然沒有活性，但是其化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)比較穩(wěn)定；同時具有一定強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，具有資源化利用屬性。直接產(chǎn)生的城市建筑垃圾原材料通常具有較大的尺寸，無法直接進(jìn)行再生利用。將城市建筑垃圾中的金屬、塑料、木頭、玻璃、布片、泡沫等雜物去除后，剩余的磚、石、砂漿和混凝土等物質(zhì)再經(jīng)過加工可以形成再生材料。建筑垃圾粒料的加工過程主要利用破碎、磁選、風(fēng)選、篩分、分離、抑塵等不同功能設(shè)備，最終形成滿足要求的再生粒料。本試驗(yàn)采用可移動式現(xiàn)場加工裝備，通過沖擊破碎將建筑垃圾加工成最大粒徑為50 mm 的粗粒式建筑垃圾粒料，供試驗(yàn)使用。

2 試驗(yàn)與分析

選擇三個不同拆除工程的建筑垃圾進(jìn)行加工，共制備三個粗粒式建筑垃圾粒料樣品，分別編號為sample1、sample2、sample3。按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）的試驗(yàn)方法，對粗粒式建筑垃圾粒料進(jìn)行組成與顆粒分析、擊實(shí)試驗(yàn)、加州承載比（CBR）等測試，對其基本物理、力學(xué)性質(zhì)以及路用特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 組成分析

對三個樣品進(jìn)行分選，粒徑5 mm 以下顆粒的作為細(xì)粒組分。粒徑5 mm 以上顆粒主要為混凝土粒料或磚塊粒料，對其進(jìn)行分離、歸類，可以得到三個樣品的不同成分的組成，見圖1。

圖1 建筑垃圾粒料組成分析

通過對樣品細(xì)粒、磚塊、混凝土組分的分選，三個樣品小于5 mm 以下的細(xì)粒組分為42%，37%，49%，大于5 mm 粗粒含量均占總質(zhì)量的50%以上。

2.2 顆粒分析

按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中顆粒分析試驗(yàn)方法，采用篩分法對建筑垃圾粒料進(jìn)行粒組含量和級配組成的試驗(yàn)分析，分析篩最小孔徑為0.075 mm，最大孔徑為60 mm。三個樣品的篩分結(jié)果和顆粒分析曲線見圖2。

圖2 建筑垃圾粒料顆粒分析曲線

由圖2 可知，三個樣品的最大粒徑均小于 60 mm，按土的工程分類方法可以歸類為礫類土。三個樣品的不均勻系數(shù)Cu 分別為65.2，59.2，71.1，曲率系數(shù)Cc 分別為1.8，2.7，1.0，屬于級配良好的含細(xì)粒土礫。

2.3 擊實(shí)試驗(yàn)

建筑垃圾粒料的擊實(shí)試驗(yàn)采用《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中的重型擊實(shí)方法，試筒內(nèi)徑15.2 cm，高度17 cm，體積2 177 cm3，擊實(shí)錘質(zhì)量4.5 kg，落距為45 cm。對三個粒料樣品進(jìn)行五個不同含水率的擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)曲線見圖3。

圖3 建筑垃圾粒料擊實(shí)試驗(yàn)曲線

經(jīng)過計算可知，三個粒料樣品的最大干密度結(jié)果分別為1.79 g/cm3，1.82 g/cm3，1.75 g/cm3，最佳含水率結(jié)果分別為9.3%，8.5%，11.4%。由此可見，粒料中細(xì)粒組分含量及破碎混凝土、磚塊的含量對擊實(shí)結(jié)果有明顯影響，細(xì)粒組合和破碎磚塊粒料含量越高，呈最大干密度減小、最佳含水率增高的趨勢。

2.4 CBR 試驗(yàn)

室內(nèi)CBR 主要通過浸水96 h 模擬路基填料在不利狀態(tài)下的強(qiáng)度性能。試驗(yàn)按每層擊數(shù)30 次、50 次、98 次制件，然后浸水4 d 后進(jìn)行貫入試驗(yàn)，測定貫入桿壓入2.5 mm 時的力值，計算承載比見圖4。

圖4 建筑垃圾粒料CBR 試驗(yàn)結(jié)果

在30 次、50 次、98 次擊數(shù)條件下，sample1 的CBR 值分別為55.6%、64.8%和82.4%；sample2 的CBR 值分別為74.3%、83.1%和107.6%；sample3 的CBR 值分別為44.6%、57.1%和76.5%?？梢钥闯?，隨粒料中細(xì)粒組分含量降低、混凝土粒料含量增高，其不同密度條件下的CBR 值均得到提高。sample3中破碎磚塊粒料的含量較高，混凝土粒料含量較低，但在30 次擊實(shí)條件下的CBR 值仍達(dá)到44.6%，能夠滿足現(xiàn)行路基設(shè)計、施工規(guī)范中路床填料CBR 值大于8%的技術(shù)要求，可以用于道路路床部位填筑。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

建筑垃圾粒料作為填筑材料用于路床部位。建筑垃圾粒料填筑路床分四層壓實(shí)施工，每層厚度為20 cm，總厚度為80 cm。現(xiàn)場施工主要流程：施工準(zhǔn)備→場地清理→布料→整平→碾壓→壓實(shí)檢測→下一層施工?，F(xiàn)場施工采用粗粒式建筑垃圾粒料，顆粒級配與組成與室內(nèi)試驗(yàn)sample1 一致。

現(xiàn)場采用22 t 振動壓路機(jī)按靜壓1 遍、振壓3 遍、穩(wěn)壓1 遍的工藝組合進(jìn)行壓實(shí)，每層壓實(shí)后進(jìn)行壓實(shí)度檢測。當(dāng)80 cm 路床全部壓實(shí)完成后，分別在路床的左幅和右幅按20 m 間隔測點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場彎沉檢測，測試結(jié)果見圖5。

圖5 路基現(xiàn)場彎沉測試結(jié)果

從圖5 可以看出，路床頂面彎沉整體在100～130（0.01 mm）范圍內(nèi)，其中路床左幅的彎沉最小值為93.2（0.01 mm）、最大值為130.8（0.01 mm），路床右幅的彎沉最小值為93.4（0.01 mm）、最大值為128.4（0.01 mm），彎沉代表值滿足設(shè)計規(guī)范要求，路床整體具有良好的承載能力。

4 結(jié)語

（1）以廢棄混凝土塊、磚塊為主的建筑垃圾，經(jīng)分選、破碎后可以制備粗粒式建筑垃圾粒料，其5 mm 以上粗粒含量可達(dá)到50%以上。（2）試驗(yàn)表明，粗粒式建筑垃圾粒料的級配良好，破碎混凝土、磚塊粒料的組成比例對擊實(shí)試驗(yàn)和CBR 試驗(yàn)結(jié)果影響明顯，但總體水穩(wěn)定性和力學(xué)性能較好，能夠滿足道路路床層位填筑材料的技術(shù)要求。（3）通過粗粒式建筑垃圾粒料填筑路床的現(xiàn)場彎沉測試，彎沉值在100～130（0.01 mm）之間，填筑路床具有較好的剛度和承載能力。