建筑固體廢棄物再生填料制備及應(yīng)用技術(shù)研究

慎 莉

（中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230023）

新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，產(chǎn)生了大量建筑固體廢棄物。而我國建筑固體廢棄物大多采用露天堆放或填埋的方式進(jìn)行處理，不僅占用土地資源、污染環(huán)境，也給城市生態(tài)文明建設(shè)帶來不利影響。由此，如何對建筑固體廢棄物進(jìn)行再生利用已成為政府、企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。但目前建筑固體廢棄物的循環(huán)利用主要存在以下三個(gè)方面的問題：一是缺乏針對建筑固體廢棄物這種復(fù)雜料源（含鋼筋、鋼絲、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃）的成套加工設(shè)備；二是無成規(guī)模成體系再利用建筑廢棄物施工案例可借鑒；三是無相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，僅有區(qū)域試行標(biāo)準(zhǔn)可以借鑒。

南京南部新城在開發(fā)建設(shè)過程中，需要拆除大量既有建（構(gòu)）筑物，因而也將產(chǎn)生大量的建筑固體廢棄物。為保護(hù)環(huán)境，降低建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)南京南部新城建設(shè)綠色施工，中鐵四局集團(tuán)聯(lián)合相關(guān)高校、設(shè)備廠家就大規(guī)模建筑固體廢棄物再利用展開系統(tǒng)研究，包括再生填料制備技術(shù)、再生填料性能參數(shù)及應(yīng)用、再生填料路基施工及質(zhì)量控制等方面，并形成了相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

1 再生填料制備技術(shù)

通過調(diào)研統(tǒng)計(jì)，南京南部新城開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)將產(chǎn)生超過110萬方的建筑固體廢棄物，可分為三大類：混凝土（既有建筑物地坪、基礎(chǔ)、圈梁、樓板以及周邊道路拆除產(chǎn)生的混凝土，約25萬m3）；粘土磚（既有磚混結(jié)構(gòu)建筑物墻體拆除產(chǎn)生的粘土磚，約65萬m3）；不可利用廢棄物（主要包含鋼筋、鋼絲、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃，約20萬m3）。針對如此大規(guī)模的料源復(fù)雜的建筑固體廢棄物，在現(xiàn)有礦山生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，進(jìn)行功能完善、分類細(xì)化等改造，并經(jīng)多次試驗(yàn)運(yùn)行調(diào)整，最終確定了再生填料制備工藝流程和生產(chǎn)線設(shè)計(jì)流程。

1.1 工藝流程

再生填料制備工藝流程見圖1。

圖1 再生填料制備工藝流程圖

再生填料制備過程主要包括裝載機(jī)上料、破碎、篩分、水洗、磁選、再篩分等工序。

破碎：選用了兩種破碎機(jī)進(jìn)行合作破碎，其中鄂式破碎機(jī)通過擠壓、彎折和劈裂作用對振動給料機(jī)提供的超大粒徑料進(jìn)行破碎，具有抗壓強(qiáng)度高、破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻等特點(diǎn)；反擊式破碎機(jī)能處理細(xì)碎物料，具有破碎規(guī)格多樣化的特點(diǎn)。

篩分：在鄂式破碎機(jī)后設(shè)置了重型篩分機(jī)，用于篩分0-25mm、25-50mm、50mm以上三種粒徑的混合料；在重型篩分機(jī)0-25mm出料口設(shè)置了小型篩分機(jī)，用于篩分0-25mm混合料中0-10mm、10-25 mm兩種粒徑的混合料。

水洗：分別在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置了常規(guī)水洗機(jī)、小型水洗機(jī)，利用浮力原理將輕質(zhì)物垃圾與磚渣分離。

磁選：分別在顎式破碎機(jī)、反擊破碎機(jī)連接的皮帶上設(shè)置吸鐵器，用于將金屬垃圾與磚渣分離。

再篩分：在反擊破碎機(jī)后設(shè)置了成品篩分機(jī)，用于篩分0-60mm粒徑的合格料及大于60mm粒徑的不合格料。

1.2 設(shè)備改造及生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線設(shè)計(jì)流程見圖2。

再生填料加工設(shè)備的改造主要體現(xiàn)在以下方面：

①在篩分機(jī)進(jìn)料口增設(shè)棒條篩。棒條篩由棒條組成并固定在篩框上，可以承受大塊建筑固體廢棄物的快速沖擊，保證篩網(wǎng)側(cè)壁安全。經(jīng)過改良的振動篩分機(jī)結(jié)構(gòu)合理，自動化程度高，機(jī)體抗沖擊能力強(qiáng)，降低了機(jī)械維修頻次和難度，提高了篩分機(jī)工作效率。

②設(shè)置水洗機(jī)械對物料進(jìn)行清洗和分選，并對污水進(jìn)行循環(huán)利用,節(jié)水性好，且減少了揚(yáng)塵。

通過對破碎機(jī)械的改造，提升了建筑固體廢料精細(xì)化分類程度。試運(yùn)行結(jié)果表明，該生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、自動化程度高，且具有降噪、除塵和雜物處理干凈的優(yōu)點(diǎn)，這樣處理后的再生填料在顆粒級配和粒型特征等方面均滿足路用性能基本要求。

2 再生填料路用性能研究

在生產(chǎn)線基本穩(wěn)定及所生產(chǎn)的再生填料基本滿足技術(shù)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，從最優(yōu)級配、成型技術(shù)和配比技術(shù)等方面開展再生填料技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用研究。主要方法是將建筑固體廢棄物經(jīng)過合適破碎、篩分，在少摻或者不摻摻合料的情況下，通過實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)試驗(yàn)，獲得合適顆粒級配和組成，實(shí)現(xiàn)建筑固體廢棄物轉(zhuǎn)變成再生填料直接用于道路結(jié)構(gòu)中的目的。

圖4 水洗機(jī)示意圖

針對再生填料作為市政道路底基層及以下部位的應(yīng)用，通過對再生填料的性能試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)路段現(xiàn)場檢測，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

①針對以燒結(jié)粘土磚為主要成分的再生填料，借鑒土、碎石等傳統(tǒng)填料的性能測試方法，對再生填料的壓碎值、自由膨脹率、有機(jī)質(zhì)含量以及易溶鹽含量等基本物理性能進(jìn)行測試；并根據(jù)再生填料的特點(diǎn)，在參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對再生填料的雜物含量進(jìn)行測試，再生填料的雜物含量小于1.0%，有機(jī)質(zhì)含量小于 5.0%，易溶鹽含量小于0.3%，相關(guān)測試結(jié)果均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，為再生填料在市政道路中的應(yīng)用提供了先決條件；由于再生填料的主要成分為燒結(jié)粘土磚，壓碎值低于級配碎石，再生填料的壓碎值＜35%，略高于標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1-2008）中對城市快速路和主干路底基層級配碎石或級配碎礫石的要求，結(jié)合再生填料的性能測試結(jié)果，對其壓碎值要求進(jìn)行了適當(dāng)放寬，以保證再生填料在市政道路上的應(yīng)用。再生填料基本參數(shù)測試結(jié)果見表1。

再生填料基本參數(shù)測試結(jié)果 表1

②再生填料的室內(nèi)研究結(jié)果表明，在不摻加任何穩(wěn)定材料的條件下，通過合理控制再生填料的最大粒徑與級配，能夠保證再生填料具有良好的成型性；再生填料的抗壓強(qiáng)度較高，承載比（CBR）等性能也能滿足各等級市政道路路床及以下部位對路基填料的要求，表明以建筑固體廢棄物生產(chǎn)的再生填料具有應(yīng)用于市政道路的強(qiáng)度基礎(chǔ)。表2為石灰或土摻量對最大粒徑60mm再生填料承載比的影響；表3為12%灰土與不同石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料承載比的影響測試結(jié)果。

石灰或土摻量對最大粒徑60mm再生填料承載比的影響 表2

12%灰土與不同石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料承載比測試結(jié)果 表3

石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與承載比的影響 表4

最大粒徑為40mm的再生填料摻加3%石灰的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2.5MPa，承載比大于250%，相關(guān)性能均滿足市政道路底基層的性能要求，且高于12%灰土的相關(guān)性能；摻加水泥后的再生填料的相關(guān)性能明顯高于摻加石灰后的再生填料的性能，水泥摻量3%時(shí)的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)到3.5MPa。表4為石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與承載比的影響；圖5為石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與承載比的影響。

圖5 石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與承載比的影響

③結(jié)合再生填料的室內(nèi)研究結(jié)果以及相關(guān)技術(shù)資料，將最大粒徑為60mm的再生填料用于軟基處理頂部褥墊層與路基下路床及以下部位，最大粒徑為40m的再生填料用于市政道路上路床，摻加3%石灰的最大粒徑為40mm的再生填料用于底基層，對于性能要求較高的市政道路底基層，可使用摻加3%水泥的最大粒徑為40mm的再生填料。并提出不同種類再生填料用于不同等級市政道路底基層及以下部位的技術(shù)指標(biāo)要求以及再生填料施工質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)要求。

④試驗(yàn)路段的現(xiàn)場檢測結(jié)果表明：隨著碾壓遍數(shù)與填筑層數(shù)的增加，再生填料的壓實(shí)度與地基承載力都有一定程度的增加；增加碾壓遍數(shù)對彎沉值的影響較小，但增加填筑層數(shù)能顯著降低彎沉值；再生填料摻加石灰后，相關(guān)性能有明顯提升，且隨著齡期的增加也有明顯的改善。

3 再生填料路基施工及質(zhì)量檢測

3.1 再生填料路基施工工藝流程

試驗(yàn)段按設(shè)計(jì)要求選定兩種填料：再生填料加工廠生產(chǎn)的最大粒徑不大于30cm大粒徑磚渣原料（填料A）；破碎后的磚渣（填料B）。每層填筑前均按照要求對級配、雜物含量、含水率等項(xiàng)目進(jìn)行檢測，相關(guān)指標(biāo)均符合要求后再進(jìn)行填筑施工。在試驗(yàn)段基槽開挖后底部采用填料A填筑80cm，頂部至設(shè)計(jì)路床底部采用填料B填筑60cm。

借鑒傳統(tǒng)路基填筑方法，采用網(wǎng)格法在試驗(yàn)段進(jìn)行施工，在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)倒1車料（約20m3），攤平后松鋪厚度約為35cm。用水準(zhǔn)儀測出各高程控制點(diǎn)的原始高程。填筑時(shí)先填筑兩側(cè)再填筑中央，中央填料要比兩側(cè)稍厚，以形成2%路拱橫坡，填筑卸土?xí)r保證填料均勻。碾壓時(shí)從路基邊緣向中部碾壓，路基施工配備22t單鋼輪振動壓路機(jī)一臺，碾壓組合為單鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍、弱震1遍、強(qiáng)震4遍（共6遍）。

再生填料具體施工工藝流程見圖6。

圖6 再生填料施工工藝流程圖

施工完成后對路基壓實(shí)度、地基承載力、彎沉值等進(jìn)行檢測。再生填料用于路床的壓實(shí)度高于97%，地基承載力大于400kPa，彎沉值小于2mm；再生填料用于底基層的壓實(shí)度大于98%，地基承載力大于800kPa，且隨著齡期的增加，再生填料的彎沉值與回彈模量都有顯著的改善，30d時(shí)的彎沉值為0.54mm，回彈模量大于180MPa。

已施工路段實(shí)測結(jié)果表明：再生填料的相關(guān)性能可以滿足市政道路軟基處理頂部褥墊層與底基層及以下部位對填料的性能要求，可用于道路結(jié)構(gòu)的換填層以及路基結(jié)構(gòu)中。

4 結(jié)語

通過對既有建筑拆除產(chǎn)生的固體廢棄物再利用，南京南部新城開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目共減少占用土地面積約24萬m2，節(jié)約投資成本約10800萬元，社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有廣闊推廣應(yīng)用前景。此外，依托南京南部新城開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目，由中鐵四局集團(tuán)主編的南京市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑廢棄物在道路工程中應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》以及《建筑廢棄物用于南京南部新城市政道路工程路基下路床及以下部位的設(shè)計(jì)施工及驗(yàn)收導(dǎo)則》等文獻(xiàn)，也可為今后類似工程施工提供借鑒與參考。