趙振宇 張立群 樊旭英 于東超 許藝穎 楊歡歡

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

0 引 言

建筑垃圾是指建設單位、施工單位新建、改建、擴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、棄料及其他廢棄物[1].據(jù)最新消息統(tǒng)計，2013年至2018年，中國建筑垃圾產(chǎn)生量從12.97億噸飆升至17.04億噸.結(jié)合住建部公布的最新規(guī)劃，到2020年中國還將新建住宅300億平方米，屆時，我國建筑垃圾產(chǎn)生量將達到峰值，預計會突破30億噸[2].如此巨量的建筑垃圾產(chǎn)生量不僅侵占土地、污染大氣、土壤，而且還難以消解.

面臨如此難題，建筑垃圾資源化是解決建筑垃圾帶來危害的根本途徑.在道路工程領域，天然砂石屬于不可再生資源,如果不加限制的開采,不久將面臨天然骨料短缺[3].而建筑垃圾中有大量的廢棄混凝土，因此建筑垃圾混凝土再生骨料在道路工程領域的應用研究對節(jié)約資源是有積極意義的.

近些年來，隨著北京、上海、廣州、深圳等一些大城市紛紛加強建筑垃圾處理能力、提高資源循環(huán)利用的同時，一些中小城市也緊跟步伐[4].本文以河北省張家口市為例，在實地調(diào)研了張家口益源建筑垃圾綜合處理廠的生產(chǎn)能力、處理工藝的同時，取樣進行室內(nèi)試驗，研究建筑垃圾混凝土再生骨料用于中下面層瀝青混合料的可行性.

1 處理工藝

1.1 生產(chǎn)工藝

建筑垃圾混凝土骨料進入生產(chǎn)線之前對其進行預破碎，通過挖掘機對建筑垃圾中磚瓦類和混凝土類初步分類，再將混凝土類建筑垃圾用破碎錘破碎到小于500 mm.整個生產(chǎn)線分為兩級破碎以及兩級篩分，具體生產(chǎn)工藝如圖1.

整個生產(chǎn)流程對建筑垃圾的重復利用率是比較高的.在一級篩分過程中篩沙網(wǎng)篩出的小于50 mm土料用于外運填埋，每年約3.4萬噸.人工分揀出的木頭等大件會被回收，每年約2.5萬噸.磁選出的鋼筋等也會被回收，每年約0.7萬噸.這樣有效的分類方式不僅提高了建筑垃圾的重復利用率，而且還節(jié)約能源、保護環(huán)境.

這條生產(chǎn)線每年最終的產(chǎn)量是每年再生混凝土約12萬立方米、再生磚約2700萬塊、預拌砂漿10萬噸.

圖1 建筑垃圾再生骨料生產(chǎn)工藝

1.2 生產(chǎn)設備

益源建筑垃圾處理廠生產(chǎn)設備從山東德隆某機械設備公司采購.整條生產(chǎn)線有顎式破碎機、反擊式破碎機兩臺破碎機兩臺破碎設備，具體參數(shù)如表1所示.

表1 顎式破碎機和反擊式破碎機技術(shù)參數(shù)

兩套振動篩具體參數(shù)如表2所示.

表2 振動篩技術(shù)參數(shù)

磁力分選機具體參數(shù)如表3所示.

表3 磁力分選機技術(shù)參數(shù)

2 室內(nèi)試驗

由圖1可以看出建筑垃圾混凝土再生骨料主要用于生產(chǎn)再生混凝土、再生磚、預拌砂漿這三種再生產(chǎn)品，但是再生骨料能否用于中下面層瀝青混合料，需要進一步通過室內(nèi)試驗進行探究.

以張家口地區(qū)為例，通過調(diào)研，部分城郊等普通公路出現(xiàn)坑洼路面較多，需要重新鋪筑路面面層.如果全部用天然集料，勢必會造成極大的資源消耗.瀝青混合料中粗骨料起著骨架作用，如果再生粗骨料可以部分替代天然粗骨料，在一定程度可以減少資源消耗，節(jié)約能源.

為了更加直觀的了解再生粗骨料的技術(shù)指標，我們做再生粗骨料與天然集料粗骨料的三組對比試驗：與瀝青粘附性試驗、磨耗值試驗、洛杉磯磨耗率試驗.再生粗骨料采用益源建筑垃圾處理廠生產(chǎn)出的10-31.5 mm粗骨料，天然集料采用張家口市陽原縣某瀝青混合料拌合站的10-20 mm粗骨料.

2.1 與瀝青粘附性試驗

張家口地區(qū)年降雨量在250-500 mm之間，屬于半干區(qū).《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5](JTG F40-2004)對半干區(qū)中下面層粗骨料與瀝青粘附性等級要求是大于等于4.以AC-20瀝青混合料為例，最大粒徑大于13.2 mm,根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[6](JTG E20-2011)T0616規(guī)定，需采用水煮法進行粗集料與瀝青粘附性試驗.

將建筑垃圾再生骨料和天然集料用13.2 mm和19 mm標準篩過篩，分別取13.2-19 mm粗骨料各5粒，用水洗凈，用細線將集料中部系牢，放于105℃±5℃烘箱中1小時.逐個用線提起，浸入事先預熱好(預熱溫度為130℃-150℃)的瀝青中，提起，空氣中冷卻15分鐘后放入沸水觀察集料表面瀝青膜的剝落程度.試驗結(jié)果表4.

表4 再生骨料及天然骨料與瀝青粘附性等級

通過表4可以得出以下結(jié)論：再生骨料與天然骨料均滿足與瀝青粘附性等級要求.雖然等級相同，但是再生骨料的平均剝落程度略高于天然骨料的平均剝落程度，說明再生骨料與瀝青粘附性比天然骨料稍差一些.

水泥砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)是疏松多孔的，這些孔隙內(nèi)部有空氣，在水煮過程中內(nèi)部空氣溫度升高后會溢出，在氣泡溢出上升到水面的過程中會帶走一部分瀝青.而天然骨料表面是密實的所以剝落程度會低于再生骨料.

2.2 壓碎值試驗

壓碎值用于衡量粗集料在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，是衡量粗集料力學性能的重要指標.《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對普通公路瀝青混合料用粗骨料壓碎值規(guī)定如表5.按照《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42-2005)T0316規(guī)定步驟分別對再生骨料和天然骨料進行壓碎值試驗.

將再生骨料和天然骨料分別用9.5 mm和13.2 mm方孔篩過篩，取9.5-13.2 mm試樣各3組，每組3000 g.分三次將試樣裝入壓碎值試膜，將試膜裝上壓力機均勻加載，在10 min左右時間達到總荷載400 KN,穩(wěn)壓5 s，然后卸荷.用2.36 mm標準篩篩分全部壓碎試樣，天然集料和再生骨料壓碎值如表5.

表5 再生骨料及天然骨料壓碎值

通過表5可以得到以下結(jié)論：雖然再生骨料壓碎值滿足≤30%的規(guī)定，但是跟天然骨料相比較，其抗壓碎能力跟天然骨料還是有比較大的差距.

從宏觀角度分析，再生骨料表面附著大量的水泥砂漿.從微觀角度分析，再生骨料在破碎過程中在骨料內(nèi)部產(chǎn)生很多微裂紋.這些綜合因素導致水泥砂漿在壓碎值實驗中輕松就被壓碎，而天然骨料與其相比壓碎值自然要小很多[9-10].

2.3 洛杉磯磨耗率試驗

《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對普通公路瀝青混合料用粗骨料磨耗率的規(guī)定如表6.按照《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42-2005)T0317規(guī)定步驟分別對再生骨料和天然骨料用洛杉磯法進行磨耗率試驗.試驗儀器是北京某公司生產(chǎn)的DM-2型數(shù)顯洛杉磯磨耗試驗機.

根據(jù)AC-20粗骨料規(guī)格，選擇粒度組成為C類試樣進行磨耗率試驗.每組試驗分別取4.75-9.5 mm粗骨料2500 g，9.5-16 mm粗骨料2500 g放入試驗機，同時放入8個鋼球，蓋上機蓋，擰緊螺栓，轉(zhuǎn)動500次.試驗后，用1.7 mm篩去磨碎的細屑，得到的磨耗率如表6所示.

表6 再生骨料及天然骨料磨耗率

通過表6可以得到以下結(jié)論：再生骨料磨耗率比天然骨料磨耗率大，但是再生骨料的20%左右的磨耗率足夠規(guī)定的≤35%的要求，甚至還達到了高速公路的≤30%的要求.

從宏觀角度，同樣是由于再生骨料表面有大量強度較低的硬化水泥砂漿，在磨耗率實驗中在與鋼球和磨耗儀內(nèi)壁接觸的過程中輕松就被磨碎，導致其磨耗率高于天然骨料.從微觀角度來看，在整個再生骨料生產(chǎn)流程中通過顎式破碎機和反擊式破碎機的強力破碎，低強度的再生骨料由于運動損傷導致其內(nèi)部明顯多了很多微裂紋，這些微裂紋也會導致最終再生骨料的磨耗率會低于天然骨料的磨耗率.

3 結(jié) 語

通過調(diào)查張家口益源建筑垃圾處理廠，了解了其生產(chǎn)能力、處理工藝.取其生產(chǎn)出的再生粗骨料與天然骨料分別做對比試驗得到以下結(jié)論：

(1)以張家口地區(qū)為例，國內(nèi)一些中小城市都在積極加強垃圾處理能力，具備完整的生產(chǎn)線與成熟的生產(chǎn)技術(shù).

(2)再生骨料與瀝青粘附性、壓碎值、磨耗率均滿足普通公路中下面層對這三個指標的技術(shù)要求.

(3)再生骨料由于有水泥混凝土的因素，導致其與瀝青粘附性能、抗壓碎性能、抗磨耗性能均差于天然骨料.

(4)從低廉的制造成本以及從環(huán)保角度來看，混凝土再生骨料應用于普通道路中下面層具有一定的優(yōu)越性，符合綠色建筑、建筑節(jié)能的發(fā)展趨勢.