建筑垃圾在公路工程中的應(yīng)用研究

徐華鑫

（1.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

近幾年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入快車道，民眾生活水平進(jìn)一步提高的同時(shí)對(duì)于生活環(huán)境水平提出了更高的要求。而在我國(guó)加速城市化的過(guò)程中，由于舊屋改造、樓房建設(shè)、拆遷等原因會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，建筑垃圾通常會(huì)因?yàn)槔脙r(jià)值低而被臨時(shí)堆放，這不但使建筑垃圾的價(jià)值得不到發(fā)揮，而且占用了大量的土地資源，造成環(huán)境污染。隨著我國(guó)城市化腳步地加快，今后還會(huì)有更多的建筑垃圾產(chǎn)生，因此找到一種建筑垃圾合理利用的方法，“變廢為寶”尤為重要。

建筑垃圾無(wú)毒無(wú)害具有可回收的特性，但是目前我國(guó)建筑垃圾回收利用的深入研究較少，還缺少系統(tǒng)化利用的處理方案。如果能夠?qū)ㄖ鳛楣饭こ探ㄔO(shè)中的路基材料，不僅可以使建筑垃圾得到妥善處理，而且可以緩解建筑材料資源緊張的問(wèn)題，節(jié)省大筆的原材料費(fèi)用。

1 建筑垃圾分類與加工

我國(guó)在2005年頒布的《城市建筑垃圾管理規(guī)定》中對(duì)城市建筑垃圾具有較為清晰的定位。城市建筑垃圾指的是在房屋建造和拆除過(guò)程中產(chǎn)生的廢土、廢料和其他廢棄物。城市建筑垃圾因?yàn)槠浞N類的不同造成了垃圾粒徑的不同，同時(shí)成分也復(fù)雜多變。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土和磚塊在建筑垃圾中占比最高，可以達(dá)到70%～85%，造成了大面積土地資源的浪費(fèi)，并且對(duì)水資源的安全造成威脅，因此本論述探討的建筑垃圾在公路工程中的應(yīng)用研究主要是針對(duì)水泥混凝土和磚塊的有效回收利用來(lái)進(jìn)行的。對(duì)這兩種建筑垃圾處理制備混合新料，并對(duì)其進(jìn)行物理化學(xué)性能表征研究，探討混合新料在公路工程中的實(shí)際應(yīng)用。

1.1 建筑垃圾的分類

建筑垃圾的產(chǎn)生地域不同、途徑不同、年限不同使得建筑垃圾的種類五花八門，組成成分有較大的區(qū)別，也就導(dǎo)致了回收后生產(chǎn)的混合新料有不相同的實(shí)用性和適應(yīng)性。為了使建筑垃圾的回收利用研究效果最大化，對(duì)建筑垃圾的分類勢(shì)在必行。現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于城市建筑垃圾較為常用的分類方法是通過(guò)成分、粒徑的區(qū)別進(jìn)行分類。建筑垃圾中的廢棄鋼筋、鐵屑可以通過(guò)回收進(jìn)行重新煉化加工，減少鋼鐵等金屬資源的浪費(fèi)；建筑垃圾中的磚塊、混凝土可以通過(guò)收集打碎形成混合新料重新投入公路工程的建筑中，實(shí)現(xiàn)廢物利用；建筑垃圾中的木材以及其他高分子材料可以作為造紙的原材料。建筑垃圾中有超過(guò)95%的垃圾可以通過(guò)回收進(jìn)行再利用，這不但解決了建筑垃圾的去向問(wèn)題，更是減少了其他資源的消耗，建筑垃圾回收利用見(jiàn)表1所列。

表1 建筑垃圾回收利用表

本論述主要研究非金屬材料混凝土、磚等材料在公路工程建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用，但是由于建筑垃圾組成的復(fù)雜性，其實(shí)際應(yīng)用于公路工程建設(shè)的操作性有待商榷，同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑垃圾快速、高效分類仍值得研究。

1.2 建筑垃圾的加工

國(guó)外對(duì)于建筑垃圾的研究和處理起步較早，尤其以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家早已形成了一整套建筑垃圾回收加工再利用的完整流程。國(guó)外對(duì)于建筑垃圾的處理一般分為人工篩選并進(jìn)行一次破碎、根據(jù)需要進(jìn)行二次破碎、篩分再生骨料。詳細(xì)流程見(jiàn)表2所列。

表2 國(guó)外建筑垃圾處理流程

而反觀國(guó)內(nèi)的建筑垃圾處理，由于起步較晚再加上沒(méi)有合適的處理方法或者處理起來(lái)代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于收益，于是整體的回收利用流程還不完善，導(dǎo)致絕大部分建筑垃圾的處理方法就是堆放或者填埋，這不但使建筑垃圾的價(jià)值發(fā)揮不出來(lái)，而且占用了土地資源并對(duì)環(huán)境造成了污染。目前國(guó)內(nèi)建筑垃圾還沒(méi)有形成體系化處理，針對(duì)混凝土和磚塊的破碎大多使用顎式破碎機(jī)。

2 建筑垃圾基本性能研究

2.1 主要組分特性

為了能夠從基礎(chǔ)上了解城市建筑垃圾的各組分性能，從多地對(duì)建筑垃圾中的無(wú)機(jī)材料即混凝土、磚塊、石塊進(jìn)行組分測(cè)試，其組分特性見(jiàn)表3所列。

表3 建筑垃圾主要組分特性

通過(guò)表3不難看出，建筑垃圾中的無(wú)機(jī)材料只有磚塊的吸水率較高，超過(guò)了20%，而且其毛體積密度與石塊和混凝土塊相比較少，比混凝土塊的毛體積密度少了0.5 g/cm3，可見(jiàn)磚塊的結(jié)構(gòu)性較差，很容易受力破碎，難以在公路工程建設(shè)中直接使用。

2.2 雜物含量

在建筑垃圾中除了混凝土、磚塊、石塊外通常會(huì)夾雜著如舊衣物、木塊木條、管線、金屬、玻璃等，這一部分就屬于建筑垃圾雜物。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，建筑垃圾所形成的混合料的質(zhì)量與建筑垃圾中的雜物含量具有直接關(guān)系，雜物含量越高，混合料的機(jī)械性能越差。所以為了保證建筑垃圾混合料的性能，在建筑垃圾破碎前的一道工序是需要進(jìn)行雜物清除，確定好雜物含量后，超出標(biāo)準(zhǔn)則通過(guò)篩選進(jìn)行雜物清除，符合標(biāo)準(zhǔn)直接進(jìn)行破碎。本論述研究所使用的建筑垃圾雜物含量為0.40%，符合相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 壓碎值

建筑垃圾回收利用到公路工程建設(shè)中所形成的無(wú)機(jī)骨料必須符合力學(xué)性能測(cè)試，滿足公路工程材料性能要求才可以，只有這樣才能經(jīng)受住各種惡劣環(huán)境，且在各種噸位車輛的反復(fù)作用力下完好無(wú)損，保證公路工程的壽命，避免不必要的損失。建筑垃圾的骨料性能一般用壓碎值來(lái)衡量，根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行壓碎值測(cè)試時(shí)，粒徑需控制在13.2～16 mm，公路工程基材的壓碎值不能超過(guò)30%，壓碎值的計(jì)算公式如下：

其中m0為初始質(zhì)量，m1為實(shí)驗(yàn)后過(guò)篩質(zhì)量，共做兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后質(zhì)量經(jīng)2.36 mm篩后稱量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所列。

表4 實(shí)驗(yàn)樣品壓碎值

通過(guò)表4可以看出，兩組平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果壓碎值相差只有0.2%，幾乎忽略不計(jì)，這說(shuō)明建筑垃圾回收利用的混合料力學(xué)強(qiáng)度較為普通，可能是建筑垃圾中有磚塊存在導(dǎo)致的，但是兩組實(shí)驗(yàn)的平均壓碎值均為15.5%，在公路工程基材壓碎值范圍內(nèi)，可以用做公路建設(shè)工程的基材。

3 建筑垃圾混合料性能研究

3.1 擊實(shí)試驗(yàn)

為了準(zhǔn)確測(cè)定建筑垃圾是否符合公路工程基材的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，得出建筑垃圾的最佳含水率和最大干密度。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力，從多地進(jìn)行建筑垃圾取樣，并采用了五種合理取樣方式，具體取樣方式見(jiàn)表5所列。通過(guò)對(duì)特定取樣的樣品進(jìn)行破碎，達(dá)到一定粒徑的要求后進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)。

表5 建筑垃圾取樣表

根據(jù)我國(guó)道路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，由于本次擊實(shí)試驗(yàn)的建筑垃圾粒徑超過(guò)了5 mm，所以不適用輕型擊實(shí)試驗(yàn)，故選用重型Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6所列。

表6 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào)5試驗(yàn)采用了建筑垃圾土和2.5%的水泥混合作為樣品進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，其最大干密度為2.03%。

3.2 CBR試驗(yàn)

承載比（CBR）這一概念最早由美國(guó)提出，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)碎石作為標(biāo)準(zhǔn)，并得到其他國(guó)家廣泛認(rèn)可。因此本論述通過(guò)采用CBR試驗(yàn)的方法進(jìn)一步驗(yàn)證建筑垃圾性能是否符合公路工程基材要求，其中壓實(shí)度為98%，方法為單軸貫入得到CBR值，見(jiàn)表7所列。

表7 CBR試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)CBR試驗(yàn)得出建筑垃圾的CBR值為42.9%，這說(shuō)明建筑垃圾的力學(xué)性能完全符合其作為公路工程路基填料的要求。但通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，建筑垃圾中的渣土雖然粒徑較小，但其力學(xué)性能較差，單獨(dú)使用不符合使用要求，將其與水泥進(jìn)行混合使用，力學(xué)性能能夠有較大提升，符合路基填料要求，在實(shí)際的公路工程應(yīng)用中可以將渣土與水泥進(jìn)行混合配比使用。

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，建筑垃圾的承載比（CBR）在37.7%~82.2%之間，符合公路工程路基填料的要求，建筑垃圾所生產(chǎn)的骨料其膨脹率也符合標(biāo)準(zhǔn)。

4 建筑垃圾回收利用的社會(huì)效益

建筑垃圾的回收再利用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義，不但解決了讓人困擾的建筑垃圾堆放問(wèn)題，而且還解決了土地資源占用問(wèn)題、減少了環(huán)境污染問(wèn)題，變廢為寶將建筑垃圾經(jīng)過(guò)破碎形成不同粒徑大小的骨料投入到公路工程建設(shè)中，有效緩解了城市交通壓力。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)我國(guó)每年建筑垃圾的產(chǎn)量為15億t以上，未來(lái)還有增加的趨勢(shì)，因此如果能夠?qū)@部分龐大的建筑垃圾有效利用，就能夠直接減少填埋、堆放用地幾千畝，形成巨大的社會(huì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本論述首先對(duì)建筑垃圾的分類進(jìn)行詳細(xì)研究，然后針對(duì)無(wú)機(jī)建筑垃圾的混凝土、磚塊、石塊等建筑垃圾的回收利用進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)，最后得到建筑垃圾的承載比為37.7%～82.2%，符合建筑垃圾作為公路工程路基填料的路用性能要求。在實(shí)際的公路工程應(yīng)用中，需要對(duì)建筑垃圾進(jìn)行一定的配比，這樣才能確保骨料力學(xué)強(qiáng)度，發(fā)揮其最大作用。