土木工程廢棄物固化再生利用試驗研究

□文/杜衍慶 王新岐 劉 俊 呂 鵬

室內試驗研究[1～2]分析表明，工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾等土木工程廢棄物通過再生處置，具有較好的力學性能和路用性能，可作為道路路基、基層、底基層材料。本文基于土木工程廢棄物處置利用室內試驗研究成果，對工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾資源化再生后用于道路結構層進行室外試驗研究，通過試驗段的鋪筑，有關力學指標的檢測和分析，驗證固化土木工程廢棄材料用于道路結構層的可行性，總結固化淤泥土、固化泥漿土、灌漿拆房土的施工要點，為土木工程廢棄物在基礎設施建設領域中的再生利用提供指導。

1 試驗內容

試驗段長15 m、寬10 m，將其劃分為10 個試驗區塊（記為Q1～Q10）。

1.1 路面結構形式

充分利用工程廢棄淤泥、泥漿、建筑垃圾等土木工程廢棄物，將其改良后作為道路路基處理層、基層、底基層使用，各試驗區塊路面結構形式見圖1。

圖1 各試驗區塊路面結構形式

通過試驗，測試各結構層的性能指標，確定施工工藝及技術參數并將改良后的基層與透水固化碎石、透水混凝土、透水花磚面層進行組合，形成透水道路典型結構，為土木工程廢棄物綜合利用積累可靠的技術參數。需說明的是，試驗區鋪筑透水材料作為面層是為結合海綿城市建設開展透水鋪裝的相關研究，此部分本文不做分析。

1.2 原材料

采用天津地鐵6號線鉆孔灌注樁施工產生的廢棄泥漿，盾構開挖出的淤泥，臺灣世盟國際股份有限公司提供的GURS-501 土壤固化劑，天津市津南區葛沽鎮拆除的房屋建筑垃圾（以磚塊為主），采自天津薊州區采石場的山皮土。建筑垃圾及山皮土均未進行篩分，用貨車運至現場備用。為使淤泥（泥漿）固化土強度最大，應保證在最佳攪拌含水量條件下摻加固化劑，可通過摻加黏土或水的方法使原狀土達到最佳攪拌含水量。見表1。

表1 各試驗區塊原材料參數

骨架空隙型水泥穩定碎石可采用強度等級32.5或42.5 級的普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥。水泥用量8%～12%，水灰比0.39～0.43，孔隙率15%～23%，7 d無側限抗壓強度應為3.5～6.5 MPa。見表2。

表2 骨架空隙型水泥穩定碎石粗集料級配范圍

1.3 施工要點

1）原材準備及路槽開挖。試驗用淤泥、泥漿通過水泥混凝土罐車運至試驗現場的泥漿池、淤泥池內備用。按路面設計厚度開挖路槽并整平壓實。

2）碾壓式淤泥固化土施工。采用挖掘機作為拌和設備，將淤泥與固化劑進行充分拌和，之后將固化淤泥均勻攤鋪在路槽內整平，根據室內試驗確定的最佳壓實時間，用18 t壓路機對試驗段進行碾壓，至少5遍。

3）澆筑式泥漿固化土施工。采用挖掘機作為拌和設備，將泥漿與固化劑在泥漿池內充分拌和后澆筑在路槽內。

4）山皮土施工。將山皮土填入路槽內整平，采用18 t壓路機碾壓8遍，靜壓4遍、掛振4遍。

5）現拌淤泥固化土施工。將淤泥填至路槽內整平，按30 kg/m2標準灑布固化劑，采用旋耕犁將淤泥與固化劑拌和均勻，之后用18 t壓路機碾壓。

6）灌漿拆房土施工。將預備好的拆房土填入路槽內整平，將制備好的固化泥漿灌入拆房土頂面，至空隙填滿為止。

7）養生。對已完成鋪筑的結構層采用覆蓋薄膜養生的方式進行保濕養護，7、14 d 后分別進行相關試驗檢測。

1.4 檢測項目

將試驗區塊基層統一施作至設計高程，養生7、14 d后進行工程指標測定。見表3。

表3 檢測項目及方法

2 試驗結果分析

2.1 承載力

對養生7、14 d的結構層層頂進行承載力測試。采用慢速維持荷載法，分級加載，每級加載量為20 kPa，試驗結果見表4。

表4 各試驗區塊承載力檢測結果

1）試驗區塊Q1、Q2、Q6均采用淤泥固化土作為基層。相同厚度（30 cm）的碾壓式淤泥固化土與現拌淤泥固化土提供的承載力相當，均為180～190 kPa，說明淤泥固化土的成型方式對承載能力的影響較小，可根據施工便捷性進行選擇；60 cm厚碾壓式淤泥固化土相比30 cm厚碾壓式淤泥固化土所提供的承載力提高了36.1%，說明增加固化土的厚度可大幅提高其承載能力。

2）試驗區塊Q3、Q5、Q8均采用骨架空隙型水泥穩定碎石作為基層。相對于原狀土基，采用山皮土和澆筑式泥漿固化土作為底基層的結構形式，其承載力分別提高25%和57.1%，說明澆筑式泥漿固化土可替代山皮土、碎石、石灰土等傳統道路材料作為路基處理層和路面底基層使用。

3）試驗區塊Q2、Q8、Q9 養護7 d 層頂承載力均＞200 kPa，說明淤泥固化土和灌漿拆房土可替代水泥穩定碎石、二灰土、二灰穩定碎石、石灰土等常規半剛性材料作為道路基層使用。

2.2 彎沉

各試驗區塊養生7、14 d后實測彎沉值見表5。

表5 彎沉測試結果 0.01 mm

彎沉反映的是整個基層厚度范圍的強度變形。由于區塊Q3、Q5、Q7均采用骨架孔隙型水泥穩定碎石固化半剛性基層（其下碎石及山皮土也可認為是剛性的），彎沉測試值均較小，養生7 d 后彎沉為35～80（0.01 mm），養生14 d 后彎沉為20～60（0.01 mm）；區塊Q1、Q2、Q6、Q10 均采用淤泥固化土基層，養生7、14 d彎沉測試值均較采用骨架孔隙型水泥穩定碎石的彎沉值大，養生7 d后彎沉為80～150（0.01 mm），14 d后彎沉為40～95（0.01 mm）；區塊Q4、Q8 由于采用泥漿固化土，強度較低，因此彎沉值最大，養生7 d 后彎沉為150～260（0.01 mm），14 d后彎沉為105～220（0.01 mm）。

2.3 層頂回彈模量

各試驗區塊養生7、14 d后進行基層層頂回彈模量測試，取小者為最終回彈模量，測試結果見表6。

表6 基層層頂回彈模量測試結果 MPa

回彈模量反映土木廢棄材料的剛度特性。骨架孔隙型水泥穩定碎石的回彈模量較淤泥固化土、泥漿固化土大：試驗區塊Q3、Q5、Q7 養生7 d 后回彈模量為270～350 MPa，養生14 d 后回彈模量為300～380 MPa；試驗區塊Q1、Q2、Q6、Q10 均采用淤泥固化土基層，養生7、14 d 后回彈模量均較骨架孔隙型水泥穩定碎石小，養生7 d后回彈模量為85～100 MPa，養生14 d后回彈模量為95～130 MPa；試驗區塊Q8 雖然基礎采用泥漿固化土，但因設置了30 cm 水泥穩定碎石基層所以回彈模量仍較高，養生7 d 后回彈模量為250～280 MPa，養生14 d 后回彈模量為300～330 MPa；試驗區塊Q4基層采用泥漿固化土，回彈模量最低，養生7 d后回彈模量為50～60 MPa，養生14 d 后回彈模量為90～100 MPa。試驗區塊Q9 基層采用80 cm 灌漿拆房土，養生7、14 d 后層頂回彈模量與試驗區塊Q10 接近，說明可采用淤泥固化土代替部分灌漿拆房土。

3 結論

將淤泥固化土、泥漿固化土、灌漿拆房土等土木工程廢棄物用作道路結構層，從各試驗區塊層頂承載力、彎沉及回彈模量測試結果來看：泥漿固化土可作為路基處理層及底基層使用；淤泥固化土及灌漿拆房土可作為道路基層使用。在施工工藝上，淤泥固化土、泥漿固化土、灌漿拆房土采用澆筑成型方式，相比常規建筑材料施工可減少揚塵、提高施工效率，對環境保護有嚴苛要求的區域建議推廣應用。