土木工程廢棄物固化再生利用試驗(yàn)研究

□文/杜衍慶 王新岐 劉 俊 呂 鵬

室內(nèi)試驗(yàn)研究[1～2]分析表明，工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾等土木工程廢棄物通過(guò)再生處置，具有較好的力學(xué)性能和路用性能，可作為道路路基、基層、底基層材料。本文基于土木工程廢棄物處置利用室內(nèi)試驗(yàn)研究成果，對(duì)工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾資源化再生后用于道路結(jié)構(gòu)層進(jìn)行室外試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)段的鋪筑，有關(guān)力學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)和分析，驗(yàn)證固化土木工程廢棄材料用于道路結(jié)構(gòu)層的可行性，總結(jié)固化淤泥土、固化泥漿土、灌漿拆房土的施工要點(diǎn)，為土木工程廢棄物在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中的再生利用提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)段長(zhǎng)15 m、寬10 m，將其劃分為10 個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊（記為Q1～Q10）。

1.1 路面結(jié)構(gòu)形式

充分利用工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾等土木工程廢棄物，將其改良后作為道路路基處理層、基層、底基層使用，各試驗(yàn)區(qū)塊路面結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

圖1 各試驗(yàn)區(qū)塊路面結(jié)構(gòu)形式

通過(guò)試驗(yàn)，測(cè)試各結(jié)構(gòu)層的性能指標(biāo)，確定施工工藝及技術(shù)參數(shù)并將改良后的基層與透水固化碎石、透水混凝土、透水花磚面層進(jìn)行組合，形成透水道路典型結(jié)構(gòu)，為土木工程廢棄物綜合利用積累可靠的技術(shù)參數(shù)。需說(shuō)明的是，試驗(yàn)區(qū)鋪筑透水材料作為面層是為結(jié)合海綿城市建設(shè)開(kāi)展透水鋪裝的相關(guān)研究，此部分本文不做分析。

1.2 原材料

采用天津地鐵6號(hào)線鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的廢棄泥漿，盾構(gòu)開(kāi)挖出的淤泥，臺(tái)灣世盟國(guó)際股份有限公司提供的GURS-501 土壤固化劑，天津市津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)拆除的房屋建筑垃圾（以磚塊為主），采自天津薊州區(qū)采石場(chǎng)的山皮土。建筑垃圾及山皮土均未進(jìn)行篩分，用貨車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)備用。為使淤泥（泥漿）固化土強(qiáng)度最大，應(yīng)保證在最佳攪拌含水量條件下?lián)郊庸袒瘎赏ㄟ^(guò)摻加黏土或水的方法使原狀土達(dá)到最佳攪拌含水量。見(jiàn)表1。

表1 各試驗(yàn)區(qū)塊原材料參數(shù)

骨架空隙型水泥穩(wěn)定碎石可采用強(qiáng)度等級(jí)32.5或42.5 級(jí)的普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥。水泥用量8%～12%，水灰比0.39～0.43，孔隙率15%～23%，7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)為3.5～6.5 MPa。見(jiàn)表2。

表2 骨架空隙型水泥穩(wěn)定碎石粗集料級(jí)配范圍

1.3 施工要點(diǎn)

1）原材準(zhǔn)備及路槽開(kāi)挖。試驗(yàn)用淤泥、泥漿通過(guò)水泥混凝土罐車(chē)運(yùn)至試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的泥漿池、淤泥池內(nèi)備用。按路面設(shè)計(jì)厚度開(kāi)挖路槽并整平壓實(shí)。

2）碾壓式淤泥固化土施工。采用挖掘機(jī)作為拌和設(shè)備，將淤泥與固化劑進(jìn)行充分拌和，之后將固化淤泥均勻攤鋪在路槽內(nèi)整平，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定的最佳壓實(shí)時(shí)間，用18 t壓路機(jī)對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行碾壓，至少5遍。

3）澆筑式泥漿固化土施工。采用挖掘機(jī)作為拌和設(shè)備，將泥漿與固化劑在泥漿池內(nèi)充分拌和后澆筑在路槽內(nèi)。

4）山皮土施工。將山皮土填入路槽內(nèi)整平，采用18 t壓路機(jī)碾壓8遍，靜壓4遍、掛振4遍。

5）現(xiàn)拌淤泥固化土施工。將淤泥填至路槽內(nèi)整平，按30 kg/m2標(biāo)準(zhǔn)灑布固化劑，采用旋耕犁將淤泥與固化劑拌和均勻，之后用18 t壓路機(jī)碾壓。

6）灌漿拆房土施工。將預(yù)備好的拆房土填入路槽內(nèi)整平，將制備好的固化泥漿灌入拆房土頂面，至空隙填滿為止。

7）養(yǎng)生。對(duì)已完成鋪筑的結(jié)構(gòu)層采用覆蓋薄膜養(yǎng)生的方式進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，7、14 d 后分別進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目

將試驗(yàn)區(qū)塊基層統(tǒng)一施作至設(shè)計(jì)高程，養(yǎng)生7、14 d后進(jìn)行工程指標(biāo)測(cè)定。見(jiàn)表3。

表3 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 承載力

對(duì)養(yǎng)生7、14 d的結(jié)構(gòu)層層頂進(jìn)行承載力測(cè)試。采用慢速維持荷載法，分級(jí)加載，每級(jí)加載量為20 kPa，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 各試驗(yàn)區(qū)塊承載力檢測(cè)結(jié)果

1）試驗(yàn)區(qū)塊Q1、Q2、Q6均采用淤泥固化土作為基層。相同厚度（30 cm）的碾壓式淤泥固化土與現(xiàn)拌淤泥固化土提供的承載力相當(dāng)，均為180～190 kPa，說(shuō)明淤泥固化土的成型方式對(duì)承載能力的影響較小，可根據(jù)施工便捷性進(jìn)行選擇；60 cm厚碾壓式淤泥固化土相比30 cm厚碾壓式淤泥固化土所提供的承載力提高了36.1%，說(shuō)明增加固化土的厚度可大幅提高其承載能力。

2）試驗(yàn)區(qū)塊Q3、Q5、Q8均采用骨架空隙型水泥穩(wěn)定碎石作為基層。相對(duì)于原狀土基，采用山皮土和澆筑式泥漿固化土作為底基層的結(jié)構(gòu)形式，其承載力分別提高25%和57.1%，說(shuō)明澆筑式泥漿固化土可替代山皮土、碎石、石灰土等傳統(tǒng)道路材料作為路基處理層和路面底基層使用。

3）試驗(yàn)區(qū)塊Q2、Q8、Q9 養(yǎng)護(hù)7 d 層頂承載力均＞200 kPa，說(shuō)明淤泥固化土和灌漿拆房土可替代水泥穩(wěn)定碎石、二灰土、二灰穩(wěn)定碎石、石灰土等常規(guī)半剛性材料作為道路基層使用。

2.2 彎沉

各試驗(yàn)區(qū)塊養(yǎng)生7、14 d后實(shí)測(cè)彎沉值見(jiàn)表5。

表5 彎沉測(cè)試結(jié)果 0.01 mm

彎沉反映的是整個(gè)基層厚度范圍的強(qiáng)度變形。由于區(qū)塊Q3、Q5、Q7均采用骨架孔隙型水泥穩(wěn)定碎石固化半剛性基層（其下碎石及山皮土也可認(rèn)為是剛性的），彎沉測(cè)試值均較小，養(yǎng)生7 d 后彎沉為35～80（0.01 mm），養(yǎng)生14 d 后彎沉為20～60（0.01 mm）；區(qū)塊Q1、Q2、Q6、Q10 均采用淤泥固化土基層，養(yǎng)生7、14 d彎沉測(cè)試值均較采用骨架孔隙型水泥穩(wěn)定碎石的彎沉值大，養(yǎng)生7 d后彎沉為80～150（0.01 mm），14 d后彎沉為40～95（0.01 mm）；區(qū)塊Q4、Q8 由于采用泥漿固化土，強(qiáng)度較低，因此彎沉值最大，養(yǎng)生7 d 后彎沉為150～260（0.01 mm），14 d后彎沉為105～220（0.01 mm）。

2.3 層頂回彈模量

各試驗(yàn)區(qū)塊養(yǎng)生7、14 d后進(jìn)行基層層頂回彈模量測(cè)試，取小者為最終回彈模量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 基層層頂回彈模量測(cè)試結(jié)果 MPa

回彈模量反映土木廢棄材料的剛度特性。骨架孔隙型水泥穩(wěn)定碎石的回彈模量較淤泥固化土、泥漿固化土大：試驗(yàn)區(qū)塊Q3、Q5、Q7 養(yǎng)生7 d 后回彈模量為270～350 MPa，養(yǎng)生14 d 后回彈模量為300～380 MPa；試驗(yàn)區(qū)塊Q1、Q2、Q6、Q10 均采用淤泥固化土基層，養(yǎng)生7、14 d 后回彈模量均較骨架孔隙型水泥穩(wěn)定碎石小，養(yǎng)生7 d后回彈模量為85～100 MPa，養(yǎng)生14 d后回彈模量為95～130 MPa；試驗(yàn)區(qū)塊Q8 雖然基礎(chǔ)采用泥漿固化土，但因設(shè)置了30 cm 水泥穩(wěn)定碎石基層所以回彈模量仍較高，養(yǎng)生7 d 后回彈模量為250～280 MPa，養(yǎng)生14 d 后回彈模量為300～330 MPa；試驗(yàn)區(qū)塊Q4基層采用泥漿固化土，回彈模量最低，養(yǎng)生7 d后回彈模量為50～60 MPa，養(yǎng)生14 d 后回彈模量為90～100 MPa。試驗(yàn)區(qū)塊Q9 基層采用80 cm 灌漿拆房土，養(yǎng)生7、14 d 后層頂回彈模量與試驗(yàn)區(qū)塊Q10 接近，說(shuō)明可采用淤泥固化土代替部分灌漿拆房土。

3 結(jié)論

將淤泥固化土、泥漿固化土、灌漿拆房土等土木工程廢棄物用作道路結(jié)構(gòu)層，從各試驗(yàn)區(qū)塊層頂承載力、彎沉及回彈模量測(cè)試結(jié)果來(lái)看：泥漿固化土可作為路基處理層及底基層使用；淤泥固化土及灌漿拆房土可作為道路基層使用。在施工工藝上，淤泥固化土、泥漿固化土、灌漿拆房土采用澆筑成型方式，相比常規(guī)建筑材料施工可減少揚(yáng)塵、提高施工效率，對(duì)環(huán)境保護(hù)有嚴(yán)苛要求的區(qū)域建議推廣應(yīng)用。