建筑垃圾材料在公路工程中的應(yīng)用研究

李建新

摘要：我國經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)發(fā)展，建筑行業(yè)也得到前所未有的發(fā)展機(jī)遇。鑒于中國城市化進(jìn)程的不斷加快，我國建筑行業(yè)仍需要快速發(fā)展，但是，在快速發(fā)展的同時，如何實現(xiàn)建筑行業(yè)持續(xù)、綠色、節(jié)能發(fā)展，成為人們共同關(guān)注的焦點問題。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國每年產(chǎn)生的垃圾量接近4億噸，其中建筑垃圾占65%以上，且絕大多數(shù)建筑垃圾都是未處理狀態(tài)，隨地露天填埋或者堆放，對于建筑環(huán)保、綠色、節(jié)能發(fā)展產(chǎn)生非常嚴(yán)重的不利影響。建筑垃圾難以處理等問題日益凸顯，不僅浪費(fèi)資源，還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時，占用了城市優(yōu)先的用地面積，消耗了巨額的征用土地費(fèi)用，垃圾運(yùn)輸清理費(fèi)用等，對周邊居民的影響也是不言而喻的，因此，需要研究建筑垃圾的類別及基本性質(zhì)，并將其與常用建筑材料的性能進(jìn)行對比，更好的進(jìn)行強(qiáng)化處理，以應(yīng)用于公路等工程建設(shè)中，解決相關(guān)問題，并利用建筑垃圾材料創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。本文主要通過文獻(xiàn)研究等方法研究這一課題，內(nèi)容可分為相關(guān)研究與應(yīng)用分析、建筑垃圾材料分類與處理、具體施工應(yīng)用技術(shù)等部分。通過廢舊磚塊、廢舊混凝土回收再利用施工工藝及再生材料技術(shù)性質(zhì)研究，最終發(fā)現(xiàn)再生材料滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合具體建筑材料回收再利用技術(shù)，并配合案例，對建筑垃圾效益處理問題進(jìn)行分析，提出相關(guān)措施和建議。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾;公路工程;應(yīng)用研究

我國城市化發(fā)展推動了建筑工程加快發(fā)展，由于我國先前對建筑垃圾處理不重視、相關(guān)處理技術(shù)不完善等因素影響，近年施工垃圾堆積如山，特別是危房拆除等房間工程，產(chǎn)生大量、類別復(fù)雜的建筑垃圾。難以處理的建筑垃圾，不僅堆放難，造成土地等資源的浪費(fèi)，還影響了周圍的土壤環(huán)境及城市形象。因此，需要積極、多元、深入的研究建筑垃圾在公路等工程中的應(yīng)用，降低公路建設(shè)的成本，更好的實現(xiàn)資源再利用，從而促進(jìn)公路等工程更健康、穩(wěn)定發(fā)展。

1.公路工程使用建筑垃圾的國內(nèi)研究、應(yīng)用現(xiàn)狀及其應(yīng)用意義分析

1.1粉體建筑垃圾

建筑微粉垃圾包括磚粉、混凝土微粉等。磚粉垃圾是因建筑廢磚塊、再生骨料在分揀、磨細(xì)中產(chǎn)生的粉末顆粒，混凝土微粉則是廢舊混凝土破碎或磨細(xì)時產(chǎn)生的粒徑很小的顆粒。

（1）磚粉垃圾。由于該類建筑垃圾具有火山灰化學(xué)效應(yīng)、活性較小等特征，導(dǎo)致其再利難度較大。王曉波等利用強(qiáng)度活性指數(shù)研究了微粉的性能，表明再生的建筑微粉各項理化指標(biāo)可滿足相應(yīng)活性指標(biāo)，徐東升等對進(jìn)一步研究了再生微粉理化性能，表明再生微粉化學(xué)組分為二氧化硅、氧化鋁等，符合二級粉煤灰相關(guān)指標(biāo)要求，因此可用于公路水泥混合材或基層材料，但由于活性等因素影響，需要控制在較小摻量才能保證混凝土等材料的強(qiáng)度要求。

（2）混凝土粉垃圾。相關(guān)研究表明混凝土微粉由水泥漿粉末、石灰石顆粒、水泥顆粒等組成，主要含硅酸二鈣、二氧化硅等化學(xué)成分，潛在活性較好。馬純濤等通過研究發(fā)現(xiàn)混凝土微粉活性大于石英砂粉，小于粉煤灰，將混凝土細(xì)粉與磚粉混合摻入水泥材料中的活性大于兩種垃圾微粉單摻活性，馬保國等研究了用混凝土粉替代水泥后對砂漿活性的影響機(jī)理，表明若不摻激發(fā)劑，則再生微粉明顯降低了砂漿的強(qiáng)度，而在使用激發(fā)劑的情況下，可大幅激發(fā)混凝土粉的強(qiáng)度，毋雪梅等研究了激活混凝土粉的方式，表明氫氧化鈉等對混凝土粉有較好激發(fā)效果。另有一些研究將再生混凝土粉應(yīng)用于實際工程，驗證了用其代替部分水泥的可行性，并表明一定程度降低了工程成本。

1.2骨料垃圾

建筑垃圾在除雜、破碎等處理后比粉料規(guī)定粒徑大但小于40mm的材料稱為骨料垃圾，包括廢舊磚塊骨料、混凝土骨料等?；炷凉橇弦驈?qiáng)度高等原因被廣泛研究及應(yīng)用，廢舊磚塊骨料因吸水率大、強(qiáng)度低等因素只能應(yīng)用于公路路基、道路基層等工程，且需要進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)化處理。

（1）混凝土骨料。國外對其研究和應(yīng)用較早、成果豐富，我國隨著近年建筑垃圾問題凸顯，道路工程等相關(guān)公司才開始高度重視、加強(qiáng)研究，如湖北襄樊將混凝土再生骨料應(yīng)用于公路穩(wěn)定碎石的基層中，表明其有效的改善了碎石基層的穩(wěn)定性、降低了造價，又如吳少鵬教授等人具體研究了混凝土骨料的孔隙、吸水率高及壓碎值等特征，并針對性的研究相關(guān)強(qiáng)化處理的方法，使其可應(yīng)用于瀝青基層中，經(jīng)強(qiáng)化處理后，使混凝土骨料吸水率降低，與天然的碎石道路基層比，使用再生骨料可使基層更好抵御高低溫、水分等因素產(chǎn)生的損害。陳亭等人對混凝土骨料在水泥中的應(yīng)用進(jìn)行了擊實、強(qiáng)度、水穩(wěn)定性等試驗及回彈、收縮性能的測試，認(rèn)為在使用水泥等材料穩(wěn)定混凝土骨料后，其結(jié)合料可廣泛用于各種道路的路基施工中。因此，種種研究均表明使用相關(guān)材料穩(wěn)定混凝土骨料后，其結(jié)合料完全能滿足現(xiàn)行公路基層施工規(guī)范，可成為混凝土骨料再利用的主要途徑。

（2）廢舊磚骨料。各類磚塊在建筑中的用量十分大，產(chǎn)生的磚塊骨料垃圾也十分多，磚瓦類骨料可應(yīng)用于級配骨料、粉煤灰骨料及水泥穩(wěn)定骨料等再生骨料中，最終配制品可應(yīng)用于公路路基、路面基層及人行道基層中。如北京昌平區(qū)利用再生骨料建設(shè)白馬西延路的路基，最終抗壓強(qiáng)度、抗凍性能、彎沉值等均符合二級重載道路的指標(biāo)要求。王武樣等人研究了用粉煤灰改善磚塊骨料的密度、強(qiáng)度等性能，表明此工藝是可行的，且具有較好材料性能和經(jīng)濟(jì)性。肖田等人進(jìn)行了混合廢磚骨料與混凝土骨料的再生實驗，并系統(tǒng)研究其在穩(wěn)定基層中的應(yīng)用，表明合適摻量的混合骨料能滿足各級公路基層相關(guān)技術(shù)性能要求。

（3）廢舊瀝青骨料。國外對廢舊瀝青再生利用的研究早在上世紀(jì)初就開始了，并形成了體系完善的再生技術(shù)和技術(shù)規(guī)程，相關(guān)技術(shù)也在世界范圍內(nèi)得到廣泛推用。我國的相關(guān)研究及成果也較豐富，如吳曉春研究了瀝青骨料用于水泥結(jié)合料穩(wěn)定基層的效果，試驗表明合適摻加瀝青骨料能提升碎石基層抗裂性能，且經(jīng)濟(jì)性較好，又如薛永江研究和總結(jié)了道路基層使用瀝青再生骨料的工藝，表明采用瀝青再生混合料后的水泥基層呈現(xiàn)出中早期強(qiáng)度提升的特征。

2.建筑垃圾材料的分類、加工及應(yīng)用意義分析

建筑垃圾中含有大量的混凝土、沙石粒、磚瓦等廢料，各類廢料成分不同、較復(fù)雜，按照原始材料及粒徑大小的不同可分為不同類別，但建設(shè)行業(yè)尚無明確的定義。具部分城市對建筑垃圾的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水泥混凝土、磚塊等垃圾比重最大，粒徑有大有小、成分復(fù)雜，但在利用建筑垃圾前，需要對其進(jìn)行分類，并結(jié)合具體工程要求進(jìn)行制備。

2.1建筑垃圾材料分類

建筑垃圾按原材料性質(zhì)可分為金屬、非金屬、有機(jī)品、廢舊物品等不同種類，因組分復(fù)雜等因素，有著不同的再生適用性，按粒徑可分為粉體、骨料等類別。包括混凝土、沙石、磚塊等，道路工程也主要應(yīng)用此類建筑廢物，但一般根據(jù)粒徑大小進(jìn)行分類、再加工，如將粒徑小于0.16mm的顆粒廢物稱為粉體材料，將粒徑小于40mm的建筑垃圾成為骨料，不同材料適用于公路工程還有具體的粒徑處理要求，如美國應(yīng)用混凝土骨料時，控制其粒徑小于19mm。另外，因建筑垃圾成分復(fù)雜、雜質(zhì)多等因素影響，具體公路工程應(yīng)用時將進(jìn)行垃圾雜質(zhì)分離，并進(jìn)行其他特殊處理，才能滿足公路路基等工程的技術(shù)要求。

2.2建筑垃圾材料加工

由于我國建筑垃圾相關(guān)研究、應(yīng)用較晚，相關(guān)加工工藝及設(shè)備尚不成熟。一般而言，建筑垃圾加工過程包括：①人工分類處理，將建筑垃圾按照需求進(jìn)行分類后，按照使用需求對其做雜質(zhì)清除處理，再利用破碎機(jī)等設(shè)備將其破碎成不同粒徑的集料;②二次破碎處理，對經(jīng)過一次破碎后的材料根據(jù)工程使用的粒徑要求，采用滾筒等設(shè)備破碎集料;③建筑垃圾集料篩分與處理，將二次破碎材料進(jìn)行篩分為符合不同工程粒徑要求的再生粉體材料、骨料。目前國內(nèi)建筑垃圾材料加工尚無統(tǒng)一規(guī)程，雜質(zhì)處理、集料破碎等工作的效果也尚待提升，更精準(zhǔn)的加工，才能更好的將其推廣、應(yīng)用于公路施工等工程，使其達(dá)到保證質(zhì)量、環(huán)保、降低成本等作用。

2.3道路工程利用建筑垃圾材料的意義分析

近年由于公路、建筑等工程多，耗費(fèi)的砂石、混凝土等材料也多，但部分材料較易獲取且單價低廉，而未被重視合理、再生利用等問題，隨著近年來資源枯竭、建筑垃圾劇增等問題凸顯，建筑垃圾再利用等課題才被逐漸重視。

綜合而言，公路工程使用由建筑垃圾處理而成的再生材料，有重要意義：①解決建筑垃圾大量堆放、難以處理及運(yùn)輸?shù)葐栴}，各地就近利用建筑垃圾，可變廢為寶，使公路工程更生態(tài)環(huán)保;②研究、應(yīng)用可使建筑垃圾的處理多元化、科學(xué)規(guī)范化;③推動建筑垃圾應(yīng)用于其他公路建設(shè)工程甚至其他行業(yè)的建設(shè)，逐漸解決相關(guān)材料短缺等問題，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。

3.公路路基工程應(yīng)用建筑垃圾材料的相關(guān)技術(shù)研究

3.1處理方法、形式

以常見的黃土地質(zhì)為例，黃土層一般土質(zhì)均勻、疏松、孔隙大、滲透性強(qiáng)，因此公路地基工程首要考慮提升路基水穩(wěn)性和承載力，常采用墊層、強(qiáng)夯置換、添加消石灰、擠密樁法等方法。

使用建筑垃圾混合料處理此類地基時，應(yīng)格外注意承載力等技術(shù)指標(biāo)，常采用的處理方法有：①擠密樁法。直接將混凝土骨料等建筑垃圾擠壓密實，填孔或直接鋪實壓密，或添加粘土、灰土等透水性差的細(xì)粒材料后進(jìn)行混合填孔，在施工前需進(jìn)行耐水性、承載比等實驗測試;②換土墊層法。若原始土濕度大、疏松明顯的土層厚度較小時，可挖掉原有土層，換填性能符合要求的建筑垃圾再生混合料。由于施工層對材料性能要求的不同，在不同的路基部位可應(yīng)用不同的建筑垃圾再生材料，一般首先滿足地基水穩(wěn)定性、承載力等要求，盡量用強(qiáng)度較好的混凝土骨料為材料，結(jié)合擠密樁等方法來提升路基的承載力，在高速路等技術(shù)要求相對高的路基施工時，可采用CFG樁、深層強(qiáng)夯等方法提升垃圾再生填料的強(qiáng)度、密實度，從而提升路基承載力。

3.2應(yīng)用機(jī)理

以樁施工技術(shù)為例，由于混凝土、磚石骨料與碎石性質(zhì)相似，采用建筑垃圾與采用灰土、碎石等材料的施工工程基本相同，施工作用機(jī)理包括擠密、樁體置換等作用：①土體側(cè)向擠壓、密實。由建筑垃圾擠壓后形成的混合材料樁將原有土體向四側(cè)擠壓，使樁周附近土層變得更密實，進(jìn)而提高相關(guān)路面路基整體土層的密實度和抗?jié)B性。根據(jù)相關(guān)理論，采用沖擊、沉管等成孔技術(shù)時，將在孔周圍形成相應(yīng)半徑的擠密區(qū)，破壞區(qū)內(nèi)土體原本的疏密程度，擠密區(qū)內(nèi)土壤密度大大增加，而擠密區(qū)外則為彈性區(qū)，密度、結(jié)構(gòu)無變化。相鄰位置擠密樁，若有相交的擠密區(qū)，則能相互加強(qiáng)該區(qū)域的擠密效果，因此若路段內(nèi)擠密樁密集，則能進(jìn)一步大幅提升該路段路基的密度程度。②樁體置換。混凝土骨料、磚塊骨料等強(qiáng)度高于土體的垃圾材料形成的密實樁體，取代了原本疏松的土壤，密實樁及其擠密區(qū)的強(qiáng)度、抗變形性均高于原始土體，因此施工后的復(fù)合地基得到充分的性能改善，如沉降量、穩(wěn)定性、抗破壞等性能大幅提升。③樁體應(yīng)力。密實樁變形模量較樁間及非擠密區(qū)的路基變形模量大，使荷載向樁方向集中，從而降低路基一定深度原始土層所受的應(yīng)力，降低了相關(guān)受力層壓縮、濕陷變形的程度。

3.3施工質(zhì)量檢測及控制標(biāo)準(zhǔn)

使用建筑垃圾再生材料直接鋪填路基時，首先清理地表，然后逐層水平填筑。填筑層的厚度、密實度等應(yīng)符合技術(shù)規(guī)定。施工完成后需要進(jìn)行具體的質(zhì)量檢測，如壓實度等指標(biāo)的檢測，現(xiàn)場取樣后比較取樣材料干密度與標(biāo)準(zhǔn)擊實最大干容重，對大粒徑小于40mm的材料采用重型擊實等方法測定，若再生骨料未經(jīng)嚴(yán)密的粒徑處理，粒徑大于40mm，就不能采用常規(guī)的測量方法，因為骨料顆粒形狀、組成將在實驗中產(chǎn)生較大變異，導(dǎo)致所測結(jié)果與實際差異較大。

彎沉檢測一般使用灌沙等方法，過程較復(fù)雜，可能因顆粒分布不均導(dǎo)致檢測值存在偏差，因此一般通過多次測量排除異?，F(xiàn)象，或采用輪跡法、沉降差觀測等直觀方法。以沉降差觀測法為例，在公路路基表面鋪筑、碾壓完成后，用油漆等材料布置標(biāo)注測點，一般沿路堤并排布置，布點應(yīng)避免位于骨料上或壓路機(jī)無法壓實的位置;然后用水準(zhǔn)儀等設(shè)備檢測每個斷面觀測點的高程參數(shù)，使用靜載振動機(jī)進(jìn)行不同頻率的碾壓檢測，記錄相應(yīng)的觀測點參數(shù);最后根據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析垃圾填料鋪設(shè)厚度、施工碾壓過程與最終施工質(zhì)量的關(guān)系，最終確定并采取最合理的施工操作，控制公路路基的施工質(zhì)量。

結(jié)束語：

綜上，國內(nèi)關(guān)于公路工程再生利用建筑垃圾材料的研究較晚，相關(guān)處理技術(shù)不成熟，主要缺少完善的建筑垃圾再生技術(shù)規(guī)程的研究和總結(jié)，多數(shù)研究也停留在理論層面，很多技術(shù)未大規(guī)模使用。為更好的應(yīng)用建筑垃圾，本文從建筑垃圾分類、研究與應(yīng)用情況、施工工藝與質(zhì)量檢測等方面，總結(jié)和探究了建筑垃圾在公路路基等工程中的應(yīng)用，希望能為相關(guān)人員提供技術(shù)參考，促進(jìn)我國建筑等領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展，提升可再生建筑垃圾材料的社會、經(jīng)濟(jì)效益，同時本文也存在內(nèi)容、研究深度等方面的不足，今后還應(yīng)進(jìn)一步的完善。

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