建筑垃圾在道路基层材料中的应用

【摘要】：建筑垃圾的再利用，不仅美化了环境，更重要的是在保证质量的前提下节约了资源和投资，与我国可持续发展的基本国策相适应，故对其研究具有非常重要的意义，本文以下内容将对建筑垃圾在道路基层材料中的应用进行研究和探讨，以供参考。

【关键词】：建筑垃圾；二灰材料；可持续发展

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

改革开放以来，随着经济的不断发展，我国的城市化进程不断加快，大量的老旧基础设施被拆除，产生了大量的建筑垃圾，严重影响了城市的环境，所以对建筑垃圾进行再利用研究具有非常重要的意义。建筑垃圾是指人类在对建(构)筑物的建设，维修，拆除和装修的活动中产生的固体废弃物。按照来源分类，建筑垃圾可分为土地开挖垃圾，道路开挖垃圾、旧建筑物拆除垃圾、建筑工地垃圾和建材生产垃圾五类，主要由渣土，砂石块，废砂浆，砖瓦碎块，混凝土块，沥青块，废塑料，废金属料，废竹木等组成。而这些建筑垃圾不是都能应用到公路工程建设中的，必须经过处理，才能应用到公路工程及其他基础设施的建设中。本文以下内容将对建筑垃圾在路基方面的应用进行研究和探讨，以供参考。

2、建筑垃圾的特性及其危害性分析

建筑垃圾主要具有如下几个方面的特性：第一，时间性。任何建筑都有一定的使用年限，随着时间的推移，所有建筑物最终都会变成建筑垃圾。第二，空间性。从空间角度看，某一种建筑垃圾不能作为建筑材料直接利用，但可以作为生产其他建筑材料的原料而被利用。例如，沥青屋面废料可回收作为热拌沥青路面的材料。第三，持久危害性。建筑垃圾主要为渣土、碎石块、废砂浆、砖瓦碎块、混凝土块、沥青块、废塑料、废金属料、废竹木等的混合物，如不做任何处理直接运往堆放场所堆放，堆放场所的建筑垃圾一般需要经过数十年才可趋于稳定。在此期间，废砂浆和混凝土块中含有的大量水合硅酸钙和氢氧化钙使渗滤水呈强碱性；废石膏中含有的大量硫酸根离子在厌氧条件下会转化为硫化氢；废金属料可使渗滤水中含有大量的重金属离子，从而污染周边的地下水、地表水、土壤和空气，受污染的地域还可扩大至存放地之外的其他地方。

3、路基材料用建筑垃圾再生骨料主要生产工艺简介

建筑垃圾分选贯穿整个建筑垃圾回收利用的流程，其目的是为了清除建筑垃圾中对再生骨料有害的组份（如土、轻物质、有机质），提高再生骨料的附加值，并回收可以直接回收利用的组份（金属、砖、纸张等）。

第一阶段通过初级颚式破碎组合设备。使废混凝土构件中的钢筋与废混凝土分离，通过人工(设置1—2个分捡工位)将长钢筋选出，然后通过初级圆震筛分将泥土筛除。

第二阶段通过两级磁选将钢筋头选出，通过人工分拣将尺寸较大的轻物质和有机物选出。

第三阶段通过风选从再生骨料中进一步基本完全去除轻物质和有机物。

图3-1除土及颚式破碎

4、利用建筑垃圾生产的道路基层材料用再生骨料的性能分析

4.1、骨料的级配

图4-1 再生骨料的级配曲线与标准级配曲线比对图

依据《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000标准中对普通二灰中碎石级配要求，画出再生骨料的级配曲线，并通过与标准规定级配曲线的范围比对，可以看出，现有生产示范线所生产的再生骨料颗粒级配范围可以满足现行标准的技术要求。

4.2、骨料的组成分析

根据对几批建筑垃圾生产的再生骨料的砖瓦类材料含量的测试，选出比较具有代表性的砖混类建筑垃圾再生骨料的颗粒材料组成对比如下：

图4-2 再生骨料各组分含量图

图4-3再生骨料材料组成图

由再生骨料材料组成图可以看出，砖瓦及砂浆块类材料约占砖混类再生骨料的50%左右；且随着破碎粒径的递减砖瓦类材料的比例也逐渐增加；而当粒径范围递减到9.5mm以下时其混凝土块类材料所占比例增加；（由于4.75mm粒径以下的骨料不宜人工挑选，所以这里并为给出，但通过目测，其中砖瓦类材料占主要部分）。主要原因是：第一，由于砖瓦类材料容易破碎，所以在同一过程破碎中，砖瓦类材料被破碎成较小的颗粒；第二，当破碎粒级进一步减小，砖瓦类材料则在破碎设备和混凝土块的双重作用下，进一步破碎成更小一级的颗粒大小，而混凝土块仍保持较大的粒径（即当砖瓦类材料的粒径破碎至4.75mm以下，而混凝土块仍可以具有4.75mm以上的粒径；第三，由于破碎所形成的较小的颗粒时砖混类建筑垃圾中的水泥砂浆也将保持一定的粒径大小及强度，这部分材料开始占据了一部分混凝土块而区别于砖瓦类材料组分。

4.3、轻物质类材料含量

建筑垃圾中通常含有各种棉絮、木屑、草、纸屑等质量较轻的物质，这些物质对再生骨料的应用非常不利，所以，根据轻物质类材料的各种种类的不同，我们通过不同方法将其除去，目前采用的方法有鼓风法、水浮法。但这两种方法均具有不同利弊点。鼓风法：优点——工艺简单；缺点——容易二次扬尘或在材料较潮湿的情况下很难彻底清除轻物质；水浮法：优点——适用性强；缺点——部分轻物质仍不易去除且生产工艺投资较大；

4.4、筒压强度及压碎指标

由于混凝土再生骨料及砖混类再生骨料的密度及强度均低于普通骨料，尤其是砖混类再生骨料，其性能更接近于轻骨料，所以，在试验过程中我们采用了两种强度试验方法。分别是压碎指标实验和筒压强度实验，见表4-1、表4-2：

表4-1 压碎指标实验结果

表4-2 筒压强度实验结果

由以上两图，得出再生骨料的砖含量与压碎值关系，如图4-4：

图4-4砖含量与压碎值关系图:

5、再生无机结合料配合比优化及性能研究

5.1、配合比设计

根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000标准要求，我们做了大量不同配合比的试验，通过整理，选择比较有代表性的试验配比及相关性能指标如表5-1所示：

表5-1 二灰不同配合比及其对应部分性能指标

5.2、再生骨料掺量对二灰材料性能影响

根据前面介绍，由于再生骨料的原料来源不同，其性能指标差异很大，再生骨料中砖含量（尤其是粗骨料中砖含量）对其性能的影响较为明显，由表中2、3、4、5、6配合比对比，见表5-2和图5-1：

表5-2 再生二灰材料中骨料掺量

图5-1 再生骨料用量与7d抗压强度关系图

由图5-1中可以看出：

（1）当无机结合料稳定材料中再生骨料的掺量由0到50%逐渐增加时，结合料的强度也逐渐增加；当结合料掺量增加超过50%左右时，其强度呈现递减的趋势；

（2）当再生骨料掺量达到100%时，其7d无侧限抗压强度与普通无机结合料的强度基本相同；

（3）由再生骨料掺量分别为30%和50%的进行对比，其中掺量在50%的再生无机结合料中只增加了再生细骨料的用量，但强度差异较明显，即强度随着再生细骨料取代普通细骨料量的增加而显著提高；

（4）由再生骨料掺量分别为100%、60%、50%的再生无机结合料对比，随着再生粗骨料掺量的减少，结合料强度也随之提高。而当再生粗骨料占骨料总量20%以下时，则对材料强度的影响不明显。

公路等级 二级和二级以下公路 高速公路和一级公路

层位

基层（Mpa） 0.6～0.8 0.8～1.1

底基层（Mpa） ≥0.5 ≥0.6

表5-3 《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000标准要求

由以上内容可得出如下结论：

（1）再生骨料的掺量在30%～70%之间，有利于再生无机结合料强度的增长；

（2）再生粗骨料占骨料总量的20%左右可以降低再生粗骨料对无机结合料强度的影响，同时使再生粗骨料得以充分利用；

（3）再生细骨料的掺入有利于再生无机结合料强度的增长，并可取代全部普通细骨料；

（4）合理的使用再生骨料有利于无机结合料稳定材料7d无侧限抗压强度提高；

（5）低等级、低掺量石灰配制的再生无机结合料稳定材料7d无侧限抗压强度也可满足目前标准7d强度要求。

5.3、石灰用量与骨料粗细掺量比例的关系

表5-4中对配合比编号分别为2、8、12、16进行比对，其中骨料均为建筑垃圾再生骨料且粗细骨料比例均为60/40，比对结果如图5-2所示：

表5-4不同配比结合料的7天28天无侧限抗压强度

图5-2 石灰用量与7天28天强度关系图

由图5-2可以看出：

（1）当石灰用量较小时，再生无机结合料强度随着石灰用量的增加而升高，而当石灰用量超过一定剂量则无机结合料的强度反而降低；

（2）低等级、低掺量石灰对再生无机结合料早期强度（7d）的影响较小，而对无机结合料后期强度（28d）影响较大。

6、建筑垃圾在实际工程中的应用

本文以下内容将就昌平区南口建筑垃圾资源化综合处置场厂区道路工程为例，对建筑垃圾在实际工程中的应用进行分析和探讨。

6.1，工程概况

厂区道路工程，试验道路：长200m×宽5m×厚0.77m，其中厚度由以下几部分组成： 20cm土基压实层； 18cm底基层； 18cm中基层； 18cm上基层； 3cm沥青细粒层。试验选用不同配合比及原材料，分四段进行铺设，每段50m。

6.2，材料设计配合比

为了进一步增加建筑垃圾的处理量，试验路面底基层采用了全部再生骨料取代普通骨料的无机结合料与普通无机结合料的试验对比。

表6-1配合比对比表

6.3、不同龄期无侧限抗压强度对比

图6-1 无侧限抗压强度对比

由上图可以看出：再生二灰早期强度高于普通二灰强度，后期强度略高于普通二灰强度。

6.4、取芯试件无侧限抗压强度

图6-2 取芯无侧限抗压强度图

由上图取芯试件抗压强度对比图可以看出：取芯试件再生二灰及再生水稳材料强度均高于普通二灰强度。

6.5、施工碾压工艺

由下图可以看出：通过碾压以及微震压后，基层压实度逐渐提高，但当采用强震碾压后，除普通二灰的压实度有所增加外，再生无机结合料的压实度均降低，而继续采用微振碾压，压实度逐渐增加。由于再生无机结合稳定材料含水率较高，材料密度小质量轻，且砖、瓦类骨料表面通常留有分类材料导致材料初期粘聚性小，而不适于用强振碾压进行施工。

由下图可以看出，经过振动压实后，再生无机结合料表面砖、瓦类材料出现被碾碎现象，并且容易出现黏辊现象，但通过灌砂试验中所去材料状态可以看出，在性能上基层结构内部的砖、瓦类再生粗骨料并没有在振动碾压成型过程中产生破坏。其强度可满足工程应用技术要求。

图6-3 碾压方式对比

6、结尾

本文以上内容对建筑垃圾的特性及其危害性、利用建筑垃圾进行道路基层材料的生产、利用建筑垃圾生产的路基用骨料和再生无机结合料的性能进行了分析和研究，并在此基础上分析了建筑垃圾在具体的道路工程中应用的情况。

【参考文献】

[1] 《建筑垃圾资源化再生利用技术 》李秋义等，中国建材工业出版社

[2] 《建筑垃圾处理与资源化》赵由才等，化学工业出版社

[3] 《固体废弃物资源化技术与应用》王绍文等，冶金工业出版社