建筑渣土在上海世博會園區道路中的再生利用

孔忠良

（上海申虹投資發展有限公司，上海 201106）

0 前言

上海城市建設和拆遷改造等產生的大量建筑渣土，成為占據城市空間的累贅。據統計，上海每天產生建筑渣土約為3.7萬t，是生活垃圾的3.5倍，占城市固體廢棄物總量的30%。未來處置這些廢棄物，上海約要投入200億元。2010年世博會在上海舉辦，5.28 km2的上海世博會園區不僅創下世博會歷史之最，也是上海有史以來最大的單體建設項目，世博園區位于南浦大橋和盧浦大橋之間的黃浦江兩岸（見圖1），在拆遷和建設過程中產生了大量的建筑渣土，整個上海的世博工程約產生4000萬t建筑渣土。

長期以來，我國的建筑渣土再利用沒有引起很大重視，通常是未經任何處理就被運到郊外或農村，采用露天堆放或填埋的方式進行處理。目前國內外還沒有成熟的再生利用技術，如何充分利用建筑渣土是迫切需要解決的問題。國外建筑垃圾中的許多廢棄物經過分撿、剔除或粉碎后，大多可作為再生資源重新利用。綜合利用建筑垃圾是節約資源、保護生態的有效途徑。在這方面，日本、美國、德國等發達國家進行得比較早，提供了許多先進的經驗和處理方法。20世紀70年代以來，美、日、德等國研究土體固結劑。土體固結劑被廣泛應用于道路工程、土木建筑、環境保護、農田水利、港口航道、各種活水固化處理、各種建筑及工業廢渣的再利用，取得了顯著的經濟效益和環境效益。

上海常規的道路設計方案是路基采用石灰土處理，墊層采用礫石砂墊層，基層采用水泥穩定集料。常規方案需要采用新的道路材料，一方面要增加外部土石方資源的開采；另一方面要將道路材料運輸到世博園區內。而對于世博園區內如此大量的建筑渣土，如果簡單地將大量的建筑渣土需要運出世博園區，需花費幾千萬元財力、人力、物力，同時對周圍環境也產生污染，而且也是資源的巨大浪費。如果建筑渣土回收利用，作為道路建筑材料，就能將建筑渣土變廢為寶，作為再生資源重新利用，是節約資源、保護生態的有效途徑，符合世博會建設宗旨，也體現了“科技世博”、“生態世博”理念。本文借鑒國外應用經驗，通過試驗研究提出了建筑渣土再生利用技術。

1 建筑渣土組分分析

上海世博園區內由于拆遷企業廠房和居民住房，出現大量建筑渣土，見圖2所示。渣土主要是碎石、碎磚、混凝土碎塊等混雜在泥土中，泥土以亞粘土為主，腐植質含量小于5%，主要技術指標見表1所列。

2 固結劑對比選擇

通過試驗研究，分析了世博園區內渣土的組分與技術指標，渣土為松散材料，本身強度低，單獨作為建筑材料性能難以達到技術要求，需要采用土體固結劑來穩定提高材料強度與耐久性。目前土體固結劑類型較多，需要通過比選試驗來確定采用何種固結劑來穩定渣土。試驗分析選用水泥與HEC兩種固結劑，對固結劑穩定渣土的強度、模量與收縮性能等進行了分析，確定采用固結劑類型及用量。

進行強度試驗，測定固結劑用量分別為4.5%、6%與8%時渣土7 d齡期抗壓強度，見圖3所示。渣土強度均隨固結劑摻入比的增加而提高，兩者近似成正比關系，其中摻加HEC的建筑渣土強度增長速率較快。

表1 世博園區建筑渣土的指標分析表

進行模量試驗，測定固結劑用量分別為4.5%、6%與8%時渣土28 d齡期回彈模量，見圖4所示。隨著固結劑含量增加，材料模量逐漸提高，HEC為4.5%時，材料模量平均在800 MPa左右，6%時，材料模量平均在1000 MPa左右，超過8%時，材料模量平均在1400 MPa。同樣摻量的水泥的回彈模量小于HEC的回彈模量。

進行干縮試驗，測定固結劑用量分別為4.5%與6%時固結渣土干縮系數，見圖5所示。在同等摻入比條件下，摻加水泥的渣土干縮系數較摻加HEC的大，抗干縮性能趨于不利，這一規律在劑量較大時（6%）更為明顯。可見摻加HEC渣土抗干縮性能優于摻加水泥。

進行溫縮試驗，測定固結劑用量分別為4.5%與6%時渣土溫縮系數，見圖6所示。在高溫階段，HEC的溫縮系數小于水泥的；在常溫階段，HEC和水泥的溫縮系數相差不大；在低溫階段，隨著摻量的不同，溫縮系數差別較大。

試驗結果表明，與水泥相比，HEC固結渣土具有更好的強度和模量，同時收縮變形較小，因此選用固結劑HEC來穩定建筑渣土。

HEC固結劑是一種無機水硬性膠凝材料，將HEC固結活性元素按比例均勻混合在普通硅酸鹽水泥中，形成粉末狀的灰色材料。分析HEC固結建筑渣土原理，HEC活性元素在常溫灑水作用下首先與水泥活性單元進行交接反應形成強力的粘結劑，與此同時，HEC固結劑的活性組分滲入被固結渣土材料基本單元的相接口上，激發被固結渣土材料中鋁硅酸鹽的活性，利用多組分復合產生超迭加效應，使之形成多晶聚集體。HEC的水化產物將被固結渣土材料基本單元粘結成為牢固的整體，實現從內部到表面的整體固結作用。渣土中含有60%左右的粗骨料，多晶聚集體緊緊包裹著粗骨料，從而產生較高強度和良好的水穩定性能。

3 結構設計

上海地區常規路面結構：路基采用石灰土處理；墊層為礫石砂墊層；基層為水泥穩定集料。通過對比分析，當HEC劑量為4.5%與6%時，HEC固結渣土強度、模量都能遠遠超出石灰土路基與礫石砂墊層要求；當HEC劑量為8%以上時，HEC固結渣土強度、模量都能達到與水泥穩定碎石性能要求，因此世博園區中采用HEC固結渣土作為道路的路基、墊層與下基層，如圖7所示。

4 材料設計

對于建筑渣土再生利用，要求渣土中不得含有種植土、腐殖土、垃圾土、淤泥質土劑量及穩定建筑渣土性能應用滿足表2的技術要求。同時渣土也不得含有雜草、樹根或農作物殘根等雜物。建筑渣土的粒徑不應大于100 mm，同時還應滿足表3要求。

固結劑采用土體固結劑HEC，其應用劑量根據結構層位變化，具體的應用要求見表3所列。

表2 HEC固結渣土技術要求

表3 建筑渣土應用要求

5 建筑渣土再生利用技術施工工藝

建筑渣土再生利用技術施工采用了路拌法鋪筑實體工程，建筑渣土再生利用施工工序包括備料攤鋪渣土、灑水悶料、擺放和攤鋪固結劑、拌和、灑水復拌、整型、碾壓與養生。施工流程如圖8所示。

固結劑穩定建筑渣土作為下基層、墊層與土基，如圖9所示。通過現場試驗，各項技術指標達到設計要求，對成型后的土基與墊層，測試頂面當量回彈模量，結果表明固結渣土頂面具有較好的承載能力，當量回彈模量達到60 MPa以上。該技術在世博園區道路中大面積推廣應用。

6 經濟社會效益

利用HEC固結建筑渣土作為道路下基層與墊層、路基屬我國首次，材料強度高，水穩定性好，同時取料方便，施工簡捷，費用低，共節約開支逾3000萬元，具有較好的經濟性。

避免大量渣土的外運，降低了運輸的能耗，減小了CO2、NO等有害氣體的排放，將綠色發展理念融入道路工程建設中。避免渣土堆放占用大量土地，減小對周圍環境的影響，充分發揮道路工程建設對低碳經濟的支撐作用。實現了渣土的再生利用，避免了新的土石方開采，節約自然資源，保護生態環境，是建設“資源節約型、環境友好型社會”的具體體現。

7 結語

針對上海世博園區拆遷和建設產生的建筑渣土問題，通過對比試驗，確定采用HEC固結劑穩定建筑渣土用作道路建筑材料，提出了HEC固結渣土材料與結構設計方法，根據固結劑摻加劑量不同，將固結渣土應用于道路下基層、墊層與路基，形成了建筑渣土再生利用施工工藝，實現了資源再生利用，取得了良好的經濟和社會效益。

[1]上海市政工程設計研究總院，上海世博會市政工程[M]，上海：上海科學技術出版社，2010.

[2]上海市政工程設計研究總院，上海世博園區道路安全、生態環保綜合技術研究[R]，2010.