建筑垃圾在道路基層中的應(yīng)用

崔 寧

(北京市市政工程研究院,北京 100082 )

1 引言

近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大,建筑垃圾作為影響環(huán)境問(wèn)題的重要因素之一已經(jīng)逐漸引起重視。為解決大規(guī)模消納建筑垃圾、實(shí)現(xiàn)建筑垃圾資源化循環(huán)利用、解決建筑垃圾環(huán)境污染并有效緩解砂石資源短缺問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。隨研究的不斷深入,目前建筑垃圾再生產(chǎn)品種類多樣化,包括再生骨料、再生磚、再生低標(biāo)號(hào)回填料、再生混凝土、再生無(wú)機(jī)混合料等產(chǎn)品。其中,再生無(wú)機(jī)混合料因其應(yīng)用量大、強(qiáng)度要求低、可相對(duì)多比例的消耗微粉等特點(diǎn)得到了較大范圍的推廣應(yīng)用。本文通過(guò)再生無(wú)機(jī)料與普通無(wú)機(jī)混合料的對(duì)比分析,了解再生無(wú)機(jī)混合料的特點(diǎn)以及選材、配制、施工、驗(yàn)收等質(zhì)量控制方法。

2 原材料

現(xiàn)有的再生無(wú)機(jī)混合料的種類主要包括：水泥穩(wěn)定再生骨料混合料、水泥粉煤灰穩(wěn)定再生骨料混合料、石灰粉煤灰穩(wěn)定再生骨料混合料。其原材料主要包括：水泥、石灰、粉煤灰、再生骨料。原材料的選擇、性能以及其對(duì)混合料性能的影響如下所述。

2.1 水泥

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG/T F 20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》,道路基層用水泥選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5或42.5,且初凝時(shí)間大于3h,終凝時(shí)間大于6h且小于10h的普通硅酸鹽水泥。與普通混凝土用硅酸鹽水泥不同,由于道路施工過(guò)程中混合料用量大,且施工時(shí)間比較集中,拌合出料、運(yùn)輸、攤鋪、刮平、碾壓過(guò)程用時(shí)較長(zhǎng),按照施工要求,混合料應(yīng)在3h內(nèi)碾壓完成,即保證在水泥初凝前完成碾壓成型,以降低施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的混合料強(qiáng)度損失。

選用初凝時(shí)間大于3h的42.5強(qiáng)度等級(jí)水泥配制的混合料分別按照拌合后立即成型、拌合后3h成型、拌合后6h成型進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果如圖1所示。由圖可以看出,隨著成型時(shí)間的延長(zhǎng),再生無(wú)機(jī)混合料的7d強(qiáng)度有遞減的趨勢(shì),而對(duì)28d的強(qiáng)度影響不明顯。

圖1 再生無(wú)機(jī)混合料不同成型時(shí)間強(qiáng)度(MPa)

2.2 石灰

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求宜選用Ⅲ級(jí)及以上等級(jí)石灰配制混合料。當(dāng)部分地區(qū)受原材料限制,只能選用等外石灰時(shí),生石灰有效鈣鎂含量不宜低于40%(普通混合料用石灰有效氧化鈣含量應(yīng)在20%以上)。當(dāng)石灰有效鈣鎂含量過(guò)低時(shí),難以保證混合料后期的強(qiáng)度增長(zhǎng),當(dāng)選用等外石灰時(shí)宜進(jìn)行28d齡期強(qiáng)度試驗(yàn)。

選用四種不同品質(zhì)的石灰配制混合料,石灰有效鈣鎂含量試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。利用不同品質(zhì)石灰按照相同配合比配制的混合料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖2 不同品質(zhì)石灰的有效鈣鎂含量

圖3 不同品質(zhì)石灰配制混合料的強(qiáng)度

由圖可以看出,等外生石灰配制的再生混合料隨石灰有效鈣鎂含量降低混合料的強(qiáng)度有明顯降低的趨勢(shì)；消石灰配制的再生混合料強(qiáng)度沒有隨有效鈣鎂含量的增加而提高。由此可見不同品質(zhì)的石灰對(duì)再生無(wú)機(jī)混合料的強(qiáng)度影響較大,尤其當(dāng)有效成分含量較低時(shí)宜進(jìn)行后期強(qiáng)度測(cè)定以保證混合料的應(yīng)用性能滿足要求。

2.3 粉煤灰

粉煤灰應(yīng)滿足JTG/T F20-2015標(biāo)準(zhǔn)要求。SiO2、Al2O3和Fe2O3總含量大于70%,燒失量小于等于20%。

2.4 再生骨料

按照標(biāo)準(zhǔn)將再生骨料分為Ⅰ類、Ⅱ類。其中Ⅰ類為以混凝土為主的再生骨料,Ⅱ類為以磚瓦、混凝土類為主的再生骨料。不同種類再生骨料與天然骨料性能對(duì)比如表1所示。由表1可以看出,再生骨料與天然碎石相比具有密度低、吸水量大、含泥量及泥塊含量高、壓碎值高以及含雜物等特點(diǎn)。其中壓碎值不能滿足普通無(wú)機(jī)混合料對(duì)骨料壓碎值的要求,但通過(guò)混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì),再生無(wú)機(jī)混合料的性能指標(biāo)均可滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求,為指導(dǎo)施工應(yīng)用,編制了再生無(wú)機(jī)混合料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn).DB11/T999-2013《城鎮(zhèn)道路建筑垃圾再生路面基層施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》,其中再生骨料的指標(biāo)控制如表2所示。

表1 再生骨料基本性能

表2 再生骨料質(zhì)量控制指標(biāo)

3 質(zhì)量控制

3.1 骨料質(zhì)量控制

根據(jù)上一節(jié)骨料對(duì)比可以看出,再生骨料與天然骨料性能存在一定差異,主要包括壓碎值、雜物含量、組分穩(wěn)定性、吸水率、密度等指標(biāo)。利用再生骨料配制混合料時(shí)主要控制指標(biāo)如下。

壓碎值

由于Ⅱ類骨料中磚瓦類材料組分相對(duì)較多,不能滿足普通標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,但根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示,其配制的混合料的強(qiáng)度及性能可以滿足驗(yàn)收要求,所以與普通混合料相比,放寬了再生骨料壓碎值的指標(biāo)要求。

雜物含量

根據(jù)目前的再生骨料生產(chǎn)工藝控制技術(shù),不能完全清除再生骨料中的雜物,而雜物含量將對(duì)混合料的性能造成不利影響,所以在再生骨料控制指標(biāo)中增加了雜物含量指標(biāo)。

組分穩(wěn)定性

再生骨料組分主要以混凝土石、磚瓦材料為主,由于兩種組分的吸水率、密度具有一定差異,隨混合料組分比例的變化再生骨料的吸水率、密度發(fā)生變化。在控制再生骨料指標(biāo)中增加了混凝土石含量的測(cè)定,以便于控制混合料的最佳用水量和最大干密度。另外,按照混凝土石的含量對(duì)骨料種類進(jìn)行了劃分,通過(guò)混合料配合比設(shè)計(jì)以及性能試驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)再生骨料中混凝土石含量低于90%時(shí),混合料后期強(qiáng)度受到一定影響,同時(shí)再生骨料加工企業(yè)生產(chǎn)的混凝土類再生骨料中混凝土石的含量可以達(dá)到90%以上,所以對(duì)再生骨料進(jìn)行了分類,以便于合理選用。

3.2 混合料質(zhì)量控制

混合料的質(zhì)量控制包括：配合比設(shè)計(jì)、最佳含水量最大干密度確定、性能指標(biāo)控制、拌合工藝等。

配合比設(shè)計(jì)

與混凝土的配合比設(shè)計(jì)不同,無(wú)機(jī)混合料的配合比設(shè)計(jì)主要通過(guò)力學(xué)性能指標(biāo)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定混合料中膠結(jié)材料用量及比例,而混合料的用水量通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定。

最佳含水量和最大干密度

最佳含水量和最大干密度指標(biāo)通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定,試驗(yàn)方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG E51-2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》,再生無(wú)機(jī)料選用重型擊實(shí)試驗(yàn)丙法。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),再生無(wú)機(jī)混合料的最大干密度和最佳含水量參考范圍如表3所示。由表3可以看出,再生骨料無(wú)機(jī)混合料的最大干密度和最佳含水量與普通無(wú)機(jī)混合料具有較大差異。由于再生骨料吸水率高導(dǎo)致混合料的最佳用水量提高。由于再生骨料的密度低導(dǎo)致混合料的密度降低。

表3 混合料的最佳含水量及最大干密度參考范圍

最大干密度和最佳含水量是混合料施工和驗(yàn)收的重要參考指標(biāo),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)灌砂法測(cè)密度與最大干密的比值確定壓實(shí)度。通過(guò)最佳含水量控制施工碾壓含水率。但在擊實(shí)試驗(yàn)過(guò)程中,由于再生骨料吸水率且波動(dòng)大,導(dǎo)致混合料擊實(shí)試驗(yàn)中用水量波動(dòng)大。其中石灰粉煤灰穩(wěn)定再生骨料以及水泥摻量較多時(shí)水泥穩(wěn)定再生骨料的擊實(shí)曲線接近拋物線；當(dāng)水泥用量較小時(shí),混合料擊實(shí)試驗(yàn)很難獲取拋物線(如圖4、5、6、7所示),當(dāng)混合料擊實(shí)過(guò)程中已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重出水現(xiàn)象(如圖8所示),混合料的密度仍有不斷增加的趨勢(shì)。

圖4 水泥穩(wěn)定I類再生骨料擊實(shí)曲線

圖5 水泥穩(wěn)定Ⅱ類再生骨料擊實(shí)曲線

圖6 水泥穩(wěn)定Ⅱ類再生骨料實(shí)曲線

圖7 普通水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石擊實(shí)曲線

通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)與實(shí)際施工效果對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析,導(dǎo)致再生混合料擊實(shí)曲線不易出現(xiàn)拋物線的原因主要包括：1)再生骨料的吸水率波動(dòng)大；2)再生骨料中磚粉等粘聚性差的粉料含量相對(duì)較高,擊實(shí)過(guò)程中粉料之間沒有足夠的粘結(jié)力導(dǎo)致?lián)魧?shí)過(guò)程中出現(xiàn)落錘下落點(diǎn)周圍骨料反彈不易擊實(shí)現(xiàn)象；3)再生骨料中磚瓦類材料強(qiáng)度相對(duì)較低,擊實(shí)過(guò)程中出現(xiàn)骨料擊打破壞現(xiàn)象(如圖9所示),導(dǎo)致混合料難以擊實(shí)。當(dāng)水含量較高時(shí),增加了混合料的粘聚性,當(dāng)混合料出現(xiàn)出水現(xiàn)象時(shí)混合料的擊實(shí)密度仍在繼續(xù)增加,但該用水量不能用于工程施工,所以建議當(dāng)無(wú)法出現(xiàn)擊實(shí)曲線合理峰值時(shí),宜選用擊實(shí)出水點(diǎn)的前一點(diǎn)或微出水點(diǎn)作為最佳含水量取值點(diǎn)。

拌合工藝

采用傳統(tǒng)拌合設(shè)備,攪拌缸長(zhǎng)度不宜低于5米,或采用雙缸攪拌。拌合膠結(jié)材料用量應(yīng)按照室內(nèi)試配用量提高0.5%左右,以保證施工強(qiáng)度。根據(jù)運(yùn)輸距離、施工時(shí)間應(yīng)對(duì)拌合用水量進(jìn)行合理控制。由于再生骨料吸水量大,主要吸水時(shí)間集中在1h內(nèi),24h內(nèi)吸水量增加不大但也會(huì)對(duì)混合料的應(yīng)用造成一定影響。通常以室內(nèi)試驗(yàn)確定最佳含水量作為參考,根據(jù)天氣情況提高1%～2%的用水量。而依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)室,內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)悶料時(shí)間不同,水泥穩(wěn)定再生骨料宜在1h內(nèi)擊實(shí)完成,二灰穩(wěn)定再生骨料應(yīng)悶料4h后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),而實(shí)際生產(chǎn)施工中,水泥穩(wěn)定再生骨料的碾壓成型時(shí)間不超過(guò)3h,二灰穩(wěn)定再生骨料不超過(guò)24h,由于室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)間和實(shí)際施工時(shí)間具有一定差異,而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)再生骨料吸水量逐漸增加,會(huì)對(duì)碾壓性能造成一定影響,所以在實(shí)際應(yīng)用中,建議根據(jù)施工時(shí)間確定室內(nèi)試驗(yàn)的混合料悶料、擊實(shí)時(shí)間,進(jìn)而確定最佳含水量。

3.3 施工質(zhì)量控制

再生骨料混合料施工宜使用機(jī)械攤鋪,采用刮平機(jī)攤鋪或攤鋪機(jī)(如圖10所示)攤鋪應(yīng)注意松浦厚度,攤鋪機(jī)攤鋪的松浦系數(shù)一般在1.2～1.25,刮平機(jī)攤鋪松浦系數(shù)一般在1.2～1.35,實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中宜通過(guò)鋪筑試驗(yàn)段確定松浦系數(shù)。

圖10 再生無(wú)機(jī)混合料攤鋪設(shè)備

由于再生無(wú)機(jī)混合料中磚粉及混凝土石粉含量較多,混合料粘聚性較差,所以當(dāng)骨料級(jí)配不合理或用水量較低時(shí),混合料施工碾壓加強(qiáng)振過(guò)程中容易出現(xiàn)骨料離析現(xiàn)象,而混合料含水量過(guò)高容易出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象,如圖11所示。在碾壓過(guò)程中宜在碾壓輪上配有刮板或鋼絲繩,如圖12所示。

混合料應(yīng)在攤鋪后及時(shí)碾壓成型,宜采用12t～22t振動(dòng)碾壓壓路機(jī)。碾壓遍數(shù)宜通過(guò)試驗(yàn)段確定,通常碾壓過(guò)程包括：不加振碾壓——輕振碾壓——強(qiáng)振碾壓——輕振碾壓——快速不加振碾壓整形。混合料碾壓加強(qiáng)振時(shí)容易導(dǎo)致混合料面層的磚瓦類骨料破碎,如圖13所示,當(dāng)養(yǎng)生過(guò)程面層水分損失較快時(shí),養(yǎng)生后的再生骨料混合料面層易出現(xiàn)磚瓦類粉塵,如上層鋪筑瀝青時(shí)應(yīng)加以處理。

圖13 再生混合料碾壓后表面狀態(tài)

3.4 施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

再生骨料無(wú)機(jī)混合料道路基層碾壓完成后應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè),采用灌砂法。由于再生骨料的組分波動(dòng)大,混合料密度均勻性差,宜適當(dāng)增加灌砂試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)?；旌狭匣鶎咏?jīng)一定齡期養(yǎng)生后鋪筑上層前應(yīng)進(jìn)行取芯、彎沉試驗(yàn),確定混合料基層各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行上層施工。

4 結(jié)論

通過(guò)大量試驗(yàn)及施工驗(yàn)收過(guò)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出,建筑垃圾再生骨料配制的無(wú)機(jī)混合料在應(yīng)用過(guò)程中主要有以下特點(diǎn)。

(1)再生骨料組分波動(dòng)性大,壓碎指標(biāo)不能完全滿足普通無(wú)機(jī)混合料用碎石標(biāo)準(zhǔn)要求,但混合料的性能能夠滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)再生無(wú)機(jī)合料最佳含水量高于普通無(wú)機(jī)混合料,最大干密度低于普通無(wú)機(jī)混合料,在使用過(guò)程中按噸計(jì)價(jià)時(shí)相同結(jié)構(gòu)體積使用噸數(shù)降低,具有一定的經(jīng)濟(jì)性能。

(3)再生無(wú)機(jī)混合料的最佳含水量通過(guò)現(xiàn)有試驗(yàn)方法取值困難,但相對(duì)范圍波動(dòng)比例不大。合理的控制可以滿足施工要求。

(4)施工過(guò)程應(yīng)合理控制混合料用水量,室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)與實(shí)際施工時(shí)間相對(duì)應(yīng)。以降低施工碾壓過(guò)程中出現(xiàn)的骨料離析或碾壓粘輥現(xiàn)象。

(5)由于再生骨料組分波動(dòng)大,混合料的密度均勻性差,驗(yàn)收過(guò)程可適當(dāng)增加壓實(shí)度測(cè)量點(diǎn)數(shù)。

[1]北京市市政工程研究院.DB11/T999-2013城鎮(zhèn)道路建筑垃圾再生路面基層施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：北京城建科技促進(jìn)會(huì),2013.

[2]交通部公路科學(xué)研究院.JTG E51-2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2009.

[3] 交通部公路科學(xué)研究院.JTG/T F 20-2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社,2015.

[4]趙立華,張磊,洪剛?cè)A,王彬,白延峰,崔寧.道路基層用水泥穩(wěn)定再生骨料混合料擊實(shí)試驗(yàn)研究.市政技術(shù),2015年,第33卷(第4期)：171～174．