建筑垃圾在市政道路中的使用性能研究

馬俊梅

（中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇南京 210001）

0 引言

自20世紀90年代以來，很多發(fā)達國家已經(jīng)將城市建筑垃圾資源化處理作為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標之一，有些國家的建筑垃圾再生利用率已達90%以上，并形成了較為完備的政策法規(guī)體系，為建筑垃圾資源化利用保駕護航，例如日本《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》《資源重新利用促進法》，德國《固體廢物循環(huán)經(jīng)濟法》《在混凝土中采用再生骨料的應(yīng)用指南》，美國《固體廢棄物處理法》與《超級基金法》。

我國建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)起步晚，雖然國家層面制定了《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》《城市建筑垃圾管理規(guī)定》等法律法規(guī)，但這些法律法規(guī)更多關(guān)注建筑垃圾造成的環(huán)境污染及對市容的影響，缺乏對開展建筑垃圾資源化利用的系統(tǒng)性支持和保障。地方政府層面，北京、上海、廣州、深圳等一線城市受制于國土面積較少與發(fā)展程度較高間的突出矛盾，出臺了針對建筑垃圾資源化利用的法規(guī)、規(guī)范、標準。例如，北京市出臺了《建筑垃圾分類消納管理辦法（暫行）》，上海市出臺了《上海市建筑垃圾處理管理規(guī)定》，深圳市出臺了《深圳市建筑垃圾處置和綜合利用管理辦法》，廣州市出臺了《廣州市建筑垃圾管理條例（征求意見稿）》《廣州市建筑廢棄物管理條例》《廣州市余泥渣土管理條例》等，但地域廣闊的二、三線城市仍處于政策、規(guī)范、標準的空白狀態(tài)。

由此可見，我國在建筑垃圾再生骨料、建筑垃圾透水鋪裝以及建筑垃圾路基填料等產(chǎn)業(yè)方向具有巨大市場潛力，對上述應(yīng)用方向深入研究有利于拓展其利用空間和利用范圍。本文著重對公路建設(shè)中磚塊、混凝土兩種集料配合比情況下的壓實度、承載比等強度性能進行分析，同時對德國阿吉斯（ARJES）生產(chǎn)的可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備的工藝流程進行系統(tǒng)介紹。

1 建筑垃圾作為路基填料的應(yīng)用研究

建筑垃圾由渣土、砂漿和混凝土、磚塊磚渣、樁頭、金屬、木材、裝修廢料和其他廢棄物等組成［1］。建筑垃圾具有成分復(fù)雜，粗細骨料級配差，強度不均等特性。結(jié)合市政道路路基的工程要求，建筑垃圾中的磚塊、混凝土是能夠進行資源化利用的兩種主要集料，為確保建筑垃圾作為路基填料的安全性和穩(wěn)定性，分析磚集料、混凝土集料不同配合比下壓實度、承載比等強度性能，得出不同配合比條件下建筑垃圾作為路基填料的生產(chǎn)控制要求，才能提高建筑垃圾的利用效率。

1.1 試驗原材料

試驗原材料主要為建筑垃圾中的磚集料、混凝土集料，試驗過程通過四分法確保試驗樣品的代表性。根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細則》（JTGT F20—2015）［2］規(guī)定：用于二級和二級以上公路基層和底基層的級配碎石應(yīng)用預(yù)先篩分成幾種不同粒徑的碎石及4.75 mm以下的石屑級配組成。試驗前利用9.5 mm標準方孔篩篩除超大粒徑顆粒，試驗用水為普通生活用水。兩種集料篩分試驗結(jié)果如表1所示。

表1 磚集料、混凝土集料篩分試驗結(jié)果

1.2 建筑垃圾表觀密度、液限、塑性指數(shù)性能表征

路基包括路床和路堤，其填筑主要要求保證填料碾壓密實承載比（CBR）達到一定標準，對級配要求不高。對兩類建筑垃圾集料進行原材料試驗，主要包括密度試驗、液限、塑性等，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 磚集料、混凝土集料物理性能試驗結(jié)果

由表2可知：混凝土集料表觀密度大于磚集料；兩類集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標均滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG-D30—2015）［3］要求。

1.3 擊實試驗

對兩類回填集料進行重型擊實試驗，得到其最佳含水量、最大干密度如表3所示。

表3 回填材料擊實試驗結(jié)果

由表3可知：混凝土塊集料的最佳含水率小于磚混結(jié)構(gòu)集料，而混凝土塊集料最大干密度大于磚混結(jié)構(gòu)集料。

1.4 承載比（CBR）試驗

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG-D30—2015）［3］，各等級公路路床和路堤的壓實度及強度要求如表4所示。

承載比試驗（CBR）包括膨脹量及貫入試驗，試驗結(jié)果如表5—6所示。

由表5—6可知：（1）兩類集料的膨脹量均很小，滿足路基施工技術(shù)要求。（2）與磚集料相比，混凝土集料的膨脹量較小，且兩類集料的膨脹量均隨壓實度的減小而增大。（3）壓實度滿足規(guī)范要求時，兩類集料的CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求，且混凝土集料的CBR值大于磚集料。（4）回填材料的CBR值隨著壓實度的增加而顯著增大，兩種集料密實度增加，抵抗壓縮變形的能力增強。

2 可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備

由于市政道路施工線較長，傳統(tǒng)的固定式建筑垃圾破碎站不適合路基回填施工需要，本文建議選用可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備對建筑垃圾進行處理?？梢苿勇膸Ыㄖ幚碓O(shè)備集成破碎、篩分兩種功能，能夠?qū)ξ锪线M行現(xiàn)場破碎，并可隨施工面推進而移動，降低了物料運輸費用。同時設(shè)備占地面積小，設(shè)備靈活、方便，機動性強，可節(jié)省大量固定式建筑垃圾破碎站固定資產(chǎn)投資，非常適合市政道路路基回填施工，如圖1所示。

可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備包括動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、給料艙、振動給料機、反擊式破碎機、除鐵器、履帶行走系統(tǒng)、船型架等組成?？梢苿勇膸Ыㄖ幚砉に囅到y(tǒng)主要由破碎系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)、輕物質(zhì)分離系統(tǒng)以及除鐵系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。破碎系統(tǒng)主要是對塊狀物料進行破碎、篩分；防塵系統(tǒng)減少了生產(chǎn)過程中揚塵污染；輕物質(zhì)分離系統(tǒng)是在振動篩上加裝負壓密封罩，把振動篩上的塑料袋、泡沫以及部分小木塊收集到一個倉中，同時在履帶行走系統(tǒng)末端加裝重力分級系統(tǒng)，把粗集料收集到另外一個倉中，實現(xiàn)了對粗細集料分倉收集；除鐵系統(tǒng)既保證了破碎、篩分過程的順利進行，也免除了煩瑣人工分揀，大大提升了回收過程的經(jīng)濟價值?？梢苿勇膸Ыㄖ幚碓O(shè)備的破碎、篩分工藝如下：建筑垃圾通過上料設(shè)備輸送到振動拾料機，通過振動給料機去除建筑垃圾中的細粉料，大塊給料進入反擊式破碎機，破碎后物料通過履帶行走系統(tǒng)進行輸送，并在輸送過程中通過除鐵器去除鐵類雜物，最終合格物料通過輸送帶運送到指定位置堆放?？梢苿勇膸Ыㄖ幚碓O(shè)備集建筑垃圾受料、破碎、傳送、處理、再加工等工藝裝備為一體，通過不同的功能模塊組合，形成一套強大的移動生產(chǎn)加工線，完成了市政道路路基回填的作業(yè)要求，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的“建筑原料→建筑物→建筑垃圾”向“建筑原料→建筑物→建筑垃圾→再生原料→新生產(chǎn)品”的新型建材產(chǎn)業(yè)鏈和循環(huán)低碳經(jīng)濟生產(chǎn)運營模式的轉(zhuǎn)變。可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備在市政道路路基回填上的應(yīng)用實踐過程，免去了建廠、渣土運輸?shù)裙芸丨h(huán)節(jié)，實現(xiàn)了現(xiàn)場分揀、現(xiàn)場利用的末端治理效果，如圖2—3所示。

表4 路床和路堤填料壓實度及強度要求

表5 膨脹量試驗結(jié)果

表6 CBR值試驗結(jié)果

圖1 可移動覆帶建筑垃圾處理設(shè)備

3 結(jié)語

（1）混凝土集料及磚集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標均能滿足路基回填材料的規(guī)范要求。

圖2 建筑垃圾

圖3 建筑垃圾處理

（2）壓實度滿足規(guī)范要求時，混凝土集料、磚集料的膨脹量均滿足路基施工技術(shù)要求，CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求。

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

（4）可移動履帶建筑垃圾處理設(shè)備集破碎、篩分兩種功能為一體，能夠?qū)ξ锪线M行現(xiàn)場破碎，并可隨施工線推進而移動，降低了物料運輸費用，非常適合市政道路路基回填施工。

（5）多維度指標試驗設(shè)計為混凝土集料、磚集料在市政道路路基回填等方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。