李行， 吳超凡， 萬(wàn)暑， 張繼森

(湖南云中再生科技股份有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410007)

伴隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，中國(guó)已成為全球產(chǎn)生建筑垃圾最多的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年中國(guó)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(guó)建筑垃圾的處理面臨突出問(wèn)題，基本停留在落后簡(jiǎn)單的填埋式處理，給社會(huì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，每萬(wàn)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(wàn)畝，浪費(fèi)大量土地資源的同時(shí)也對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。因此，如何實(shí)現(xiàn)建筑垃圾減量化、資源化和無(wú)害化已成為政府部門和專家學(xué)者們亟待解決的問(wèn)題。

建筑垃圾屬于城市垃圾中危害程度較小的部分，進(jìn)行合理利用后不會(huì)造成二次污染。所有建筑垃圾中，渣土、磚瓦、混凝土塊等無(wú)機(jī)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(lái)源集中性、產(chǎn)生階段性、分選難度小等特點(diǎn)，因而目前中國(guó)大部分研究都是考慮將其作為建筑材料進(jìn)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(diǎn)，經(jīng)破碎和篩分后得到的骨料中，細(xì)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(jí)配配比中，細(xì)料的用量卻不到50%，還有超過(guò)20%的細(xì)料得不到充分利用。為消納這部分過(guò)剩的建筑垃圾細(xì)集料(0～4.75 mm)，對(duì)其應(yīng)用于路基回填材料中的使用性能進(jìn)行研究具有重要意義。

路基回填材料的主要路用性能是強(qiáng)度，通過(guò)承載比(CBR值)來(lái)表征。基于此，該文主要針對(duì)建筑垃圾路基回填細(xì)集料的強(qiáng)度性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)原材料主要為建筑垃圾細(xì)集料，取自湖南長(zhǎng)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(yàn)樣品的代表性，試驗(yàn)開始前進(jìn)行所需集料樣品總量計(jì)算，并一次性備足樣品。

試驗(yàn)前利用9.5 mm標(biāo)準(zhǔn)方孔篩篩除超粒徑顆粒，試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)四分法確保試驗(yàn)樣品的代表性。原材料的篩分試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 再生細(xì)集料回填材料篩分試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)用水為普通生活用水。

2 建筑垃圾細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 建筑垃圾細(xì)集料試驗(yàn)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(shí)且承載比(CBR)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)級(jí)配要求不高。

對(duì)兩類建筑垃圾細(xì)集料進(jìn)行原材料試驗(yàn)，主要包括密度試驗(yàn)、液塑限測(cè)定等，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 原材料試驗(yàn)結(jié)果

注：液塑限試驗(yàn)所用樣品為再生細(xì)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(xì)集料相比，混凝土塊細(xì)集料的表觀密度較大。

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

2.2 建筑垃圾細(xì)集料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)兩類回填細(xì)集料進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，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(xì)集料的最佳含水率小于

表3 回填材料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

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

2.3 建筑垃圾細(xì)集料承載比(CBR)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)JTG D30-2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，各等級(jí)公路路床和路堤的壓實(shí)度及強(qiáng)度要求如表4所示。

表4 路床和路堤填料壓實(shí)度及強(qiáng)度要求

承載比試驗(yàn)包括膨脹量及貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5、6所示。

表5 膨脹量試驗(yàn)結(jié)果

表6 CBR值試驗(yàn)結(jié)果

由表5、6可知：

(1) 兩類細(xì)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(xì)集料相比，混凝土塊細(xì)集料的膨脹量較小，且兩類細(xì)集料的膨脹量均隨壓實(shí)度的減小而增大。

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

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

3 工程實(shí)例

項(xiàng)目工程實(shí)例為長(zhǎng)沙縣青園路，路基試驗(yàn)段96區(qū)所用原材料為長(zhǎng)沙某建筑垃圾處置基地的混凝土塊細(xì)集料。路基設(shè)計(jì)寬度27 m，設(shè)計(jì)壓實(shí)厚度30 mm，設(shè)計(jì)回彈模量值45 MPa。該再生集料的篩分試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表7 混凝土塊再生細(xì)集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知:原材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。原材料通過(guò)加水廠拌并運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行碾壓成型，終壓后進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，結(jié)果如表9所示。

由表9可知：現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。碾壓完成后第2 d進(jìn)行回彈模量檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表10所示。

表8 混凝土塊再生細(xì)集料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表9 長(zhǎng)沙縣青園路部分樁號(hào)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表10 承載板測(cè)定路基回彈模量檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)計(jì)算，得出該混凝土塊細(xì)集料填筑的路基回彈模量值為87 MPa，大于回彈模量設(shè)計(jì)值(45 MPa)，檢測(cè)結(jié)果為合格。

4 結(jié)論

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

(2) 壓實(shí)度滿足規(guī)范要求時(shí)，混凝土塊及磚混結(jié)構(gòu)細(xì)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(jí)公路路基填料的強(qiáng)度要求。

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

(4) 利用混凝土塊細(xì)集料鋪筑的路基試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求時(shí)，路基回彈模量值也能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步說(shuō)明將建筑垃圾細(xì)集料應(yīng)用于路基回填材料是可行的。