建筑垃圾路基填料力學(xué)性能研究

林京松,黃巖峰

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

目前,我國(guó)處理建筑垃圾的主要方式是找一塊空地堆放或?qū)⑵渎袢氲氐譡1-2]。但這樣的處理方式會(huì)浪費(fèi)很多的土地資源,而且會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來(lái)難以預(yù)測(cè)的不良后果。所以,將建筑垃圾用來(lái)填筑路基是一個(gè)非常好的資源利用方法[3-4]。為了更好地將建筑垃圾用于路基填筑,本文對(duì)建筑垃圾力學(xué)性能進(jìn)行研究。

近年來(lái),一些學(xué)者也對(duì)建筑垃圾材料用于路基進(jìn)行深入探討[5-7],通過(guò)對(duì)建筑垃圾進(jìn)行擊實(shí)、CBR試驗(yàn),了解到小顆粒可以幫助大顆粒建筑垃圾達(dá)到更密實(shí)的狀態(tài),并提高其最大干密度和CBR值;在相同條件下,建筑垃圾與普通路基填料相比具有更好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。另外王新宇等[8-10]分析了建筑垃圾中含有許多雜質(zhì),其中有三種含量最多,分別為磚、混凝土塊以及砂漿,且吸水率和壓碎值最大的是磚,而混凝土塊恰好相反。有學(xué)者[11-13]了解到在建筑垃圾中大顆粒在外力的作用下容易轉(zhuǎn)換為小顆粒,進(jìn)而能夠提高總體建筑垃圾路基填料的密度和承載力。

本文通過(guò)研究總結(jié)國(guó)內(nèi)外已有技術(shù)和科研成果,對(duì)建筑垃圾路基填筑材料進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),提出建筑垃圾的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),了解在不同比例下的建筑垃圾擊實(shí)結(jié)果和CBR值。

1 建筑垃圾技術(shù)指標(biāo)分析

1.1 建筑垃圾的組成

試驗(yàn)用的建筑垃圾需從施工現(xiàn)場(chǎng)取料,對(duì)其進(jìn)行風(fēng)干處理。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 建筑垃圾各成分比例表(%)

由表1可知,建筑垃圾填筑材料中所含有的物質(zhì)十分復(fù)雜,以磚塊、廢舊混凝土和砂漿等為主,摻雜一些對(duì)工程不利的物質(zhì),如木質(zhì)材料、金屬材料以及泡沫等,施工前需要清除這些物質(zhì)。

1.2 技術(shù)要求

在利用建筑垃圾填筑路基時(shí),需要了解關(guān)于建筑垃圾材料物理性能指標(biāo),如吸水率、密度、承載比等,結(jié)果如表2所示。從表2可以看出,由于建筑垃圾填料中含有大量的磚塊和砂漿,導(dǎo)致填料具有內(nèi)部孔隙大,吸水率高以及強(qiáng)度低等特點(diǎn)。

表2 建筑垃圾材料的檢測(cè)結(jié)果表

2 建筑垃圾室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 篩分試驗(yàn)

對(duì)原始建筑垃圾材料進(jìn)行篩分,了解其級(jí)配情況,試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)圖1所示。

圖1 原始建筑垃圾材料篩分曲線圖

通過(guò)圖1可知,建筑垃圾顆粒之間是連續(xù)的,通過(guò)篩分曲線計(jì)算得出建筑垃圾的不均勻系數(shù)與曲率系數(shù)分別為Cu=30.5、Cc=2.53,滿足規(guī)范要求的Cu≥5,Cc=1～3,因此原始骨料級(jí)配良好。

2.2 擊實(shí)試驗(yàn)

為了解建筑垃圾中磚塊、廢舊混凝土以及砂漿在不同比例組合下對(duì)其路基填料的最佳含水率和最大干密度的影響,選用5種比例進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),配合比情況如下頁(yè)表3所示。

表3 建筑垃圾配合比情況表

根據(jù)表3中建筑垃圾的配合比進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同配合比下的建筑垃圾擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果曲線圖

根據(jù)上述擊實(shí)曲線,了解到建筑垃圾的含水率與干密度在不同比例下的變化趨勢(shì)如圖3、圖4所示。

圖3 不同配合比下最佳含水率變化曲線圖

圖4 不同配合比下最大干密度變化曲線圖

由圖3、圖4可知,在建筑垃圾路基填料中,磚塊含量越高其含水率就越大,而最大干密度則逐漸變小;填料的最佳含水率為12.11%～17.12%,最大干密度為1.45～1.67 g/cm3。其中,純磚塊的最佳含水率達(dá)到最高,但最大干密度卻降為最低;與之相反的是當(dāng)磚塊∶廢舊混凝土∶砂漿=2∶5∶3時(shí)的建筑垃圾路基填料。由此可以說(shuō)明,影響建筑垃圾中含水量、干密度的大小與磚塊含量有很大的相關(guān)性,原因在于磚塊表面孔隙率較大,吸水性強(qiáng),強(qiáng)度低,在外力的作用下容易破碎;而廢舊的混凝土強(qiáng)度高不易破碎,吸水性弱。

2.3 CBR試驗(yàn)

通過(guò)控制壓實(shí)度來(lái)進(jìn)行不同配合比下的建筑垃圾CBR試驗(yàn),其中壓實(shí)度的控制參數(shù)分別是96%、93%、90%。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 承載比試驗(yàn)結(jié)果表

由表4可知,各個(gè)配合比建筑垃圾的膨脹量隨著壓實(shí)度的增加均逐漸增加,因?yàn)榻ㄖ趬簩?shí)度偏小時(shí),相同體積下的質(zhì)量較少,導(dǎo)致密度變小。當(dāng)建筑垃圾壓實(shí)度偏大時(shí),相同體積下質(zhì)量會(huì)增加,密度變大。建筑垃圾膨脹率較小,為0.6×10-5～9.5×10-5,說(shuō)明建筑垃圾在吸水后膨脹量小,水穩(wěn)定性好。建筑垃圾在不同壓實(shí)度的作用下,CBR值為24.56%～94.76%。由規(guī)范可知,對(duì)路基填料CBR值要求為≥8%,因此,在不同配合比下的建筑垃圾路基填料的CBR值均可達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。綜上所述,建筑垃圾可以作為很好的路基填筑材料,且力學(xué)性能良好。根據(jù)上頁(yè)表4,可以得到各個(gè)配合比的建筑垃圾在不同壓實(shí)度下,干密度、CBR的變化曲線,如圖5～6所示。

圖5 各配合比下CBR與壓實(shí)度關(guān)系曲線圖

由圖5可知,隨著建筑垃圾中磚塊含量逐漸增大,其CBR值沒(méi)有呈現(xiàn)出一直減小的狀態(tài);當(dāng)建筑垃圾中的磚塊∶廢舊混凝土∶砂漿=3∶4∶3時(shí),壓實(shí)度處于90%、93%以及96%都達(dá)到最大值,均大于配合比為2∶5∶3、4∶3∶3的CBR值。原因在于:配合比為2∶5∶3的建筑垃圾中磚塊含量較少,在外力的作用下破碎后的小顆粒含量較少不足以填滿大顆粒形成的孔隙;而配合比為4∶3∶3的建筑垃圾磚塊含量較多,廢舊混凝土含量較少,填料的總體支撐力下降,導(dǎo)致CBR值不高。由圖6可知,5種配合比下的建筑垃圾干密度都隨著壓實(shí)度的增大而逐漸增大,在不同壓實(shí)度條件下,干密度最小的是純磚塊,干密度最大的建筑垃圾配合比為2∶5∶3。

圖6 各配合比下干密度與壓實(shí)度關(guān)系曲線圖

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)建筑垃圾進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),通過(guò)分析總結(jié),提出關(guān)于建筑垃圾的各項(xiàng)指標(biāo)要求,由此得出如下結(jié)論。

(1)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)如吸水率、密度以及塑性指數(shù)等,了解到建筑垃圾中含有孔隙率比較大的顆粒,導(dǎo)致吸水性高,強(qiáng)度較低。

(2)隨著建筑垃圾中磚含量所占比例的增加,其最佳含水率值也隨之上升,最大干密度值則隨之下降。在配合比為2∶5∶3時(shí)最佳含水率值達(dá)到最小,最大干密度值達(dá)到最大,而當(dāng)建筑垃圾中只含有磚塊時(shí),含水率和密度值與其恰好相反。

(3)根據(jù)承載比試驗(yàn)表明,建筑垃圾的膨脹率很小,僅介于0.6×10-5～9.5×10-5;每種配合比下建筑垃圾的CBR值、干密度都隨著壓實(shí)度的增加而增加。

(4)建筑垃圾的干密度值隨著磚塊含量的減少逐漸增加;當(dāng)建筑垃圾的配合比為3∶4∶3時(shí)CBR值達(dá)到最大值,其最小CBR值為24.56%時(shí),滿足規(guī)范要求。