建筑廢棄物應(yīng)用于透水路面結(jié)構(gòu)層的思考

楊 川 陳香慶 徐 德 郭沁雨

(中國民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院 天津 300300)

一、背景

建筑垃圾主要是指工程新建、改擴(kuò)建及危舊建筑物的拆除過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，主要分為道路建設(shè)廢棄物和建筑廢棄物。到2020年，我國還將新增建筑物面積約300億m2，建筑垃圾產(chǎn)生量將會(huì)達(dá)到50億t[1]，預(yù)計(jì)占城市垃圾總量的30%～40%[2]。透水型路面是建設(shè)“海綿城市”的一個(gè)重要部分，其推廣使用，可有效提升城市的透水面積，促進(jìn)雨水直接向土體滲透，保持水源。若將建筑廢棄物重新應(yīng)用于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是應(yīng)用于透水路面建設(shè)中，不僅能節(jié)省巨額的建筑廢棄物清運(yùn)處理費(fèi)用，減少用于路面建設(shè)的自然資源的消耗，而且利于改善城市水環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益[3]。

二、建筑廢棄物用于透水路面結(jié)構(gòu)層的思考

（一）廢舊瀝青路面銑刨料用于面層

廢舊瀝青路面銑刨料（RAP，Reclaim asphalt pavement）是道路廢棄物的一種，也是再生附加值較高的寶貴道路礦產(chǎn)資源，考慮將RAP材料通過再生技術(shù)再生利用為透水路面的面層是可行的方案。

趙斌通過車轍試驗(yàn)、漢堡車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，從高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和耐久性等方面技術(shù)性能，評(píng)價(jià)了再生瀝青混合料路用性能。結(jié)果表明，再生瀝青混合料可滿足瀝青路面使用性能的需要[4]。趙麗華通過分析確定了3種結(jié)構(gòu)的全透水瀝青路面，其中面層為PAC-13，上基層和底基層均為多孔水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)，其透水效果最好[5]。經(jīng)過材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，再生瀝青混合料可滿足瀝青路面使用性能的需要，可考慮使用再生瀝青混合料替代PAC-13結(jié)構(gòu)中的瀝青混合料。

（二）建筑廢棄物（再生水穩(wěn)層）用于基層

韓曉雪使用再生骨料替代天然骨料，制備5種不同配合比的水穩(wěn)級(jí)配碎石，對(duì)再生骨料水穩(wěn)層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和抗凍性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。試結(jié)果表明：在摻和水泥劑量超過3.5%情況下，再生骨料水穩(wěn)級(jí)配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于3.5MPa，劈裂強(qiáng)度滿足0.4～0.6MPa且變異系數(shù)小于10%。再生骨料可以替代天然骨料用于道路水穩(wěn)層[6]。

（三）全建筑廢棄物再生路面結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

基于上述分析，研究提出全建筑廢棄物再生路面結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)方案。然后，采用路面設(shè)計(jì)程序?qū)υ偕访娼Y(jié)構(gòu)進(jìn)行初步驗(yàn)證和可行性探討。公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)（HPDS2017）是根據(jù)新發(fā)行的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)內(nèi)容編制的，共包括九個(gè)程序，本文運(yùn)用瀝青路面設(shè)計(jì)與驗(yàn)算程序HAPDS進(jìn)行驗(yàn)算。

1.路面參數(shù)

再生材料性能指標(biāo)通常不及天然新材料，基于文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果，再生材料的彈性模量等指標(biāo)參數(shù)可達(dá)到天然材料的80%。面層采用PAC-13的結(jié)構(gòu)形式以RAP材料為原材料，厚度50mm，模量9000MPa，泊松比0.4；基層上基層鋪筑多孔水泥再生穩(wěn)定碎石，下基層使用水泥石灰再生穩(wěn)定碎石，總厚度為390mm，其中上基層為190mm，底基層為200mm，模量1000MPa，泊松比0.25。本文將以此種路面結(jié)構(gòu)形式作為計(jì)算案例來演示軟件應(yīng)用并初步驗(yàn)證再生路面的可行性。

2.交通參數(shù)的輸入

由路面等級(jí)得路面設(shè)計(jì)使用年限，并假設(shè)所設(shè)計(jì)路面限制大型車輛及貨車通行，此處所對(duì)應(yīng)的初始年大型客車、貨車雙向年平均日交通量方向系數(shù)、車道系數(shù)交通量年平均增長(zhǎng)率、整體式貨車比例和半掛式貨車比例都取軟件推薦范圍內(nèi)最小值輸入。

3.路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算公共參數(shù)輸入

按照天津地區(qū)的季節(jié)性凍土區(qū)調(diào)整系數(shù)、氣溫統(tǒng)計(jì)資料及相應(yīng)的基準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu)溫度調(diào)整系數(shù)和基準(zhǔn)等效溫度表輸入路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算公共參數(shù)。

4.計(jì)算結(jié)果

按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度

LD=46.7（0.01mm）

H（3）=50mm，LS=1.8（0.01mm）

由于設(shè)計(jì)層厚度H（3）=Hmin時(shí)Ls≤LD

因此彎沉計(jì)算滿足要求。

H（3）=30mm，σ（3）=0.601MPa

H（3）=30mm（第二層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

H（3）=105mm，σ（3）=0.605MPa

H（3）=30mm（第三層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求）

混合料層永久變形等效溫度TPEF=20.8℃

通車至首次針對(duì)車轍維修的期限內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)NZB3=109154軸次

混合料層永久變形驗(yàn)算分層數(shù)N=3

第1分層混合料永久變形量RAI（1）=0.01mm

第2分層混合料永久變形量RAI（2）=0.05mm

第3分層混合料永久變形量RAI（3）=0.08mm

混合料層永久變形量RA=0.14mm

混合料層容許永久變形量RAR=15mm

混合料層永久變形量滿足規(guī)范要求。

通過對(duì)結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算可以發(fā)現(xiàn)，分別采用彎沉值和容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度均可以滿足設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)束語

建筑廢棄物是城市建設(shè)的寶貴礦產(chǎn)資源，將建筑廢棄物再生產(chǎn)品應(yīng)用于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是踐行無廢城市理念的實(shí)踐路徑，可抑制建筑廢棄物累積產(chǎn)量的增速，助力海綿鋪面道路的建設(shè)。