基于建筑垃圾再生集料的水泥穩(wěn)定基層試驗(yàn)研究

安振源

（鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450000）

0 引言

由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和舊城改造工作的深入，大量的建筑垃圾正嚴(yán)重影響人們的生活和環(huán)境，而且日趨嚴(yán)重。目前，建筑垃圾的處理方式主要是露天堆放、填埋或作為地基處理的填筑材料，以及通過(guò)初級(jí)加工做成行道磚、植草磚等。堆放或填埋不僅耗費(fèi)了大量的土地和清運(yùn)費(fèi)用，而且容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。通過(guò)初加工制作各種構(gòu)件，雖然在一定程度上能夠消耗建筑垃圾，但這種方式處理能力有限，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。

為了有效減少城市建筑垃圾產(chǎn)生的各種不利影響，緩解天然骨料逐漸枯竭的現(xiàn)狀，學(xué)者們開(kāi)始研究將建筑垃圾就近用于城市道路建設(shè)中，對(duì)此也取得了一些成果，比如滄州市已將建筑垃圾應(yīng)用到實(shí)際工程中[1]，北京和河南等地也出臺(tái)了相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。隨著建筑垃圾粉碎、分揀技術(shù)的成熟，建筑垃圾的資源化利用將會(huì)迅速發(fā)展。本文不僅對(duì)建筑垃圾再生集料的材料特性進(jìn)行了研究，而且還對(duì)其混合料的力學(xué)性能及在城鎮(zhèn)道路中的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行了研究。

1 原材料試驗(yàn)

拆建過(guò)程中的建筑垃圾主要是由砂漿塊、燒結(jié)磚、混凝土塊、土及鋼筋等材料構(gòu)成。目前的粉碎、分揀設(shè)備能夠?qū)⑸皾{塊、燒結(jié)磚及混凝土塊等可利用的材料分揀出來(lái)，并按照預(yù)定的大小進(jìn)行粉碎。建筑垃圾再生集料與天然碎石相比，具有彈性模量小、壓碎值大、吸水率高、滲透系數(shù)大等特性。為了在不影響道路結(jié)構(gòu)安全的情況下有效地利用建筑垃圾，必須對(duì)建筑垃圾再生集料性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.1 成分分析

為了研究建筑垃圾再生集料的組成，本文選取了不同區(qū)域的六種建筑垃圾料源進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。經(jīng)分析，再生集料的主要成分有燒結(jié)磚、石灰砂漿塊、混凝土塊、瓷片、玻璃碎片、木屑等。分析時(shí)將瓷片和燒結(jié)磚計(jì)入磚渣成分，砂漿和混凝土塊單獨(dú)列出，玻璃碎片和木屑的含量小于1%，忽略不計(jì)，測(cè)定方法為網(wǎng)籃法。再生集料的成分分析結(jié)果如圖1所示。從再生集料的成分結(jié)果可以看出，混凝土塊和燒結(jié)磚的比例基本在40%以上，砂漿比例在10%左右。

圖1 再生集料顆粒成分結(jié)果

1.2 壓碎值

對(duì)各料源的再生集料和當(dāng)?shù)爻Ｓ玫奶烊凰槭M(jìn)行壓碎值試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。按照規(guī)范[5]要求，水泥穩(wěn)定類基層粗集料的最小壓碎值為35%。從表1可以看出，再生集料的壓碎值基本都大于40%。為了滿足要求，本文對(duì)各料源摻入一定比例的碎石再次進(jìn)行壓碎值試驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)碎石摻入比例為40%時(shí)，混合集料的壓碎值均小于30%；當(dāng)摻入量為50%時(shí)，混合集料的壓碎值均小于35%。從而說(shuō)明當(dāng)再生集料中摻入一定比例的碎石后，再生混合集料的壓碎值能滿足道路基層設(shè)計(jì)要求。

表1 再生集料及碎石的壓碎值

1.3 最大干密度及最佳含水量

對(duì)試驗(yàn)中的六種再生集料和試驗(yàn)所用的天然碎石做了擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從試驗(yàn)結(jié)果可知，再生集料的最大干密度在1.717～1.738 g/cm3，最佳含水量在11.4%～12.8%，總體相差不大，但再生集料與天然碎石的最佳含水量相差較大。為了研究再生集料中加入碎石后最大干密度和最佳含水量的變化情況，分別取兩種料源加入不同比例的碎石進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明最大干密度基本為線性變化，變化幅度較小，最佳含水量隨碎石摻入量的增加逐漸減小，如圖2所示。

圖2 再生混合集料最佳含水量

2 再生混合料試驗(yàn)

再生混合料試驗(yàn)中選取兩種料源做并行試驗(yàn)。試驗(yàn)水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，用量均為4%。本節(jié)主要研究再生混合料摻入不同比例碎石的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量及劈裂強(qiáng)度等力學(xué)特性。

為便于天然碎石與再生集料能混合，試驗(yàn)前分別確定原材料的毛體積密度或表觀密度，換算為質(zhì)量比例，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

2.1 級(jí)配

集料的顆粒范圍采用規(guī)范[5]推薦的快速路、主干路基層級(jí)配范圍，根據(jù)再生集料與碎石的顆粒組成分析，分別進(jìn)行級(jí)配合成。在進(jìn)行碎石的級(jí)配合成時(shí)，將碎石的合成級(jí)配調(diào)整為偏粗狀態(tài)，以彌補(bǔ)試件成形過(guò)程中被壓碎的再生集料，使碎石與再生集料的混合料仍能滿足級(jí)配要求。

2.2 7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)過(guò)程為在兩種料源中摻入不同比例的碎石分別試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明料源A的強(qiáng)度值高于料源B，而且與碎石摻入比例正相關(guān)。同時(shí)，再生混合料的強(qiáng)度能滿足不同交通等級(jí)下水泥穩(wěn)定基層的規(guī)范[6]值。

圖3 再生混合料7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

2.3 抗壓回彈模量

為研究水泥再生混合料在不同齡期抗壓回彈模量下的變化規(guī)律，試驗(yàn)中分別選取了四個(gè)時(shí)間段進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。從結(jié)果可以看出，在摻入一定比例的碎石后，再生混合料的回彈模量與摻入碎石正相關(guān)，隨著齡期的增加而增加。當(dāng)碎石摻入比例達(dá)到40%以上時(shí)，滿足規(guī)范[6]推薦的低限值。

表3 不同齡期的抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

2.4 劈裂強(qiáng)度

劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程與抗壓回彈模量試驗(yàn)相似，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)結(jié)果表明劈裂強(qiáng)度與碎石摻入量基本為正相關(guān)，隨著齡期增加劈裂強(qiáng)度也在增加。料源A在90 d的劈裂強(qiáng)度要優(yōu)于料源B，料源A在不同碎石摻入量下均在規(guī)范[6]推薦范圍內(nèi)，當(dāng)碎石摻入比例大于20%，料源B的劈裂強(qiáng)度值亦滿足要求。

3 再生集料的應(yīng)用

根據(jù)對(duì)再生集料的材料特性、再生混合料的力學(xué)性能研究及城鎮(zhèn)道路的構(gòu)造特點(diǎn)，本文推薦采用以下幾種方式在道路基層中應(yīng)用建筑垃圾再生集料。

（1）人行道和非機(jī)動(dòng)車道基層可全部采用。

（2）主干路可用于重交通、中交通、輕交通的下基層和底基層，特種交通不推薦使用。

（3）次干路、支路可用于特重交通底基層，重交通下基層、底基層，中交通、輕交通基層、底基層。

（4）快速路不推薦使用。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再生集料的摻入比例上基層宜為15%～25%，下基層比例宜為35%～45%，底基層宜為75%～85%。

表4 不同齡期的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

因建筑垃圾一般分布在城市周邊，因此只有將其應(yīng)用到城市建設(shè)的相關(guān)領(lǐng)域才能更加有效地利用。建筑垃圾能夠在城市道路底層中得到應(yīng)用一方面要?dú)w功于現(xiàn)有建筑垃圾處理設(shè)備的發(fā)展，另一方面還需要道路研究人員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行更深層次的研究和大量工程實(shí)例的驗(yàn)證。本文通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，從建筑垃圾再生集料的材料特性、再生混合料的力學(xué)性能進(jìn)行了全面的研究，試驗(yàn)結(jié)果既能滿足現(xiàn)行道路設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，又能提高建筑垃圾的利用價(jià)值，同時(shí)還能為道路設(shè)計(jì)者或其他研究者提供參考數(shù)據(jù)。

由于基于再生集料和天然碎石混合料作為骨料的道路基層工程應(yīng)用較少，因此還需要進(jìn)一步研究其在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果，系統(tǒng)化地解決再生基層的拌合、施工、檢測(cè)及定額等問(wèn)題。

[1]吳英彪，石津金，張秀麗，等.建筑垃圾再生集料在道路工程中的應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2014（1）:45-48.

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