建筑垃圾再生材料在底基層的應用

李 丹

(陜西省交通規(guī)劃設計研究院 西安 710065)

引言

隨著我國城市化的迅速發(fā)展，建設規(guī)模不斷擴大，建筑廢棄物大量產(chǎn)生，出現(xiàn)堆積現(xiàn)場越發(fā)嚴重現(xiàn)象，且占用土地資源；另一方面，我國基礎(chǔ)設施不斷加大，對砂石等原材料的需求不斷增加，且不斷開采會造成資源逐漸短缺，供不應求，原材料價格上調(diào)等一系列問題。另外，隨著經(jīng)濟技術(shù)的開發(fā)，國家越來越提倡環(huán)保節(jié)能，減少污染，資源可持續(xù)利用。因此，對大量建筑垃圾再生材料的應用研究，變廢為寶，提高資源利用率具有重大的現(xiàn)實意義。

本文以某二級路改擴建為依托，將破碎建筑垃圾再生材料與傳統(tǒng)碎石進行摻配作為骨料進行配合比設計應用在底基層，為破碎建筑垃圾再生材料在實際工程中廣泛應用提供有力參考，對資源的可持續(xù)性利用有重大意義。

1 原材料

試驗用再生材料為某建材公司對建筑垃圾加工所得，由破碎磚渣與破碎廢舊混凝土按照1∶1比例混合，最大粒徑小于37.5mm。碎石為2.36～37.5mm連續(xù)級配。水泥為堯柏水泥廠P.O 42.5緩凝水泥。本試驗中所用原材料性質(zhì)均滿足《公路路面基層施工技術(shù)細則》JTG/T F20-2015要求。

2 試驗設計

設計5組底基層混合料，編號分別為P1、P2、P3、P4、P5，進行配合比設計。用擊實法確定不同配合比對應的最佳含水量和最大干密度。在最佳含水量條件下進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗，探討建筑垃圾再生材料在底基層的應用。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 壓碎值試驗

建筑垃圾再生材料與碎石進行摻配，并進行壓碎值檢測，如表1。

表1 不同摻配比例的壓碎值

原材料壓碎值是做配合比的重要指標，原材的壓碎值與母材強度密切相關(guān)，母材的強度越高，其壓碎值越小[1,2]。由上表可以看出，隨著建筑垃圾再生材料的用量減少，壓碎值減少，當建筑垃圾再生材料占比100%時，由于磚渣的強度低，壓碎值達到34.7%，處于《公路路面基層施工技術(shù)細則》對二級路底基層壓碎值要求的臨界值，不推薦使用。

本文章中建筑垃圾再生材料是由磚渣與廢舊混凝土組成。造成原材壓碎值過大的主要原因是磚渣為多孔隙結(jié)構(gòu)[3]，強度遠低于路用碎石材料。另一方面，廢舊混凝土的表面包裹著水泥漿體[4,5]，在外力作用下易被壓碎。因此建筑垃圾再生材料的強度低，表現(xiàn)為壓碎值大。

3.2 擊實試驗

本試驗采用丙類擊實試驗方法進行，繪制含水率—干密度關(guān)系曲線，進而確定其最佳含水率和最大干密度。兩次平行試驗得到的最大干密度重復性誤差不得超過0.05g/cm3，最佳含水率重復性誤差不得超過0.5%。5組混合料的擊實試驗結(jié)果見下表2。對應的最大干密度與最佳含水率變化趨勢見圖1。

表2 不同配合比對應的的擊實試驗結(jié)果

圖1 不同配合比對應的最大干密度與最佳含水率變化

結(jié)合圖表可以看出，在一定的水泥粉煤灰摻量下，隨著建筑垃圾再生材料的摻量比例減少，混合料的最大干密度從2.093g/cm3逐漸增大至2.416g/cm3，而最佳含水率從9.7%逐漸降低至5.6%。擊實是將混合料瞬時重復施加一個方向的機械功，使混合料內(nèi)顆粒沿一個方向排列起來[6]，并且使混合料內(nèi)部空隙變小，從而使得由原來的架空結(jié)構(gòu)變成緊密堆積結(jié)構(gòu)?；旌狭系拿芏扰c骨料的密度及混合料中內(nèi)部材料的排布緊密狀況有關(guān)，而混合料的含水量主要與內(nèi)部材料的吸水率相關(guān)[7-8]。建筑垃圾再生材料中磚渣的孔隙率大，密度低，吸水率遠大于碎石，而廢舊混凝土塊表面附著的水泥漿體及混凝土本身的結(jié)構(gòu)特點決定其密度小于碎石，吸水量大于碎石。

3.3 無側(cè)限抗壓強度

在最佳含水量條件下采用靜壓法成型試件，每組13個。將試件在(20±2)℃、濕度大于95%的標準養(yǎng)護室下養(yǎng)生6d，浸水24h，進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗。試驗結(jié)果如圖2，不同配合比下的吸水量如圖3。

圖2 不同配合比對應的7d無側(cè)限抗壓強度

圖3 不同配合比對應的吸水量

由上圖可以看出，當建筑垃圾再生材料無碎石摻配，作為唯一底基層骨料應用時，試件的7d無側(cè)限抗壓強度只有2.3MPa，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細則》對二級路底基層7d無側(cè)限抗壓強度要求，該配合比所得的強度處于要求的臨界值，不推薦使用。在一定的水泥粉煤灰摻量下，隨著建筑垃圾再生材料的摻量比例減少，試件強度從2.3MPa增長到6.4MPa，吸水量從22.5%增長到57.0%。且從配合比P1到P2，試件的強度呈跳躍式增大，增長率為86.96%，而從配合比P4到P5，試件的強度增長了23.08%。影響試件強度的因素有多項，水泥粉煤灰劑量，水泥水化粘結(jié)反應，混合料中原材料的表面粗糙度以及混合料中原材料自身的強度等，均是影響試件強度的重要因素。結(jié)合本文配合比設計，從配合比P1到P2，碎石的摻入使混合料骨料的強度有明顯的增長，因此強度有明顯的提高。廢舊混凝土與磚渣的表面粗糙度高于碎石，有利于水泥漿體更多的滲入到骨料表面，使得水泥粉煤灰漿體更好的與骨料起粘結(jié)作用[9,10]。因此從配合比P4到P5，試件的強度并沒有呈梯度型快速增長。與實際工程成本與實用性多方面相結(jié)合，可選擇適合的建筑垃圾再生材料摻量。

4 結(jié)語

(1)磚渣與廢舊混凝土的比例為1∶1的建筑垃圾再生材料直接以骨料應用于底基層時，其壓碎值為34.7%，7d無側(cè)限抗壓強度為2.3MPa，兩項指標均處于《公路路面基層施工技術(shù)細則》對二級路底基層要求的臨界值，不推薦使用。

(2)在一定水泥粉煤灰劑量下，隨著碎石摻量增多，底基層混合料的最大干密度增大至2.416g/cm3，最佳含水率降低至5.6%。

(3)磚渣的密度小，吸水率大，強度低，廢舊混凝土表面覆蓋水泥漿體，因此建筑垃圾再生材料作為骨料時強度低；但是其表面粗糙度大，有益于水泥粉煤灰漿體的粘結(jié)作用。因此，一定摻量的建筑垃圾再生材料應用在底基層實際工程中可以達到施工技術(shù)要求，并可以節(jié)約施工成本，有益于資源可持續(xù)利用。