建筑廢棄物在道路工程中的再生利用研究

徐 東，徐 波

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引 言

隨著我國基礎設施建設的發展，在土木、建筑、公路改建、擴建、拆除等工程中產生了大量的建筑廢棄物。目前建筑廢棄物的主要處理方式為作為回填材料簡單使用或運往郊外簡單堆放，這既造成了很大的資源浪費，又嚴重影響了生態環境和百姓生活[1，2]。道路工程本身的結構和建設特點決定了其能夠大量使用和消化建筑廢棄物，將回收的廢棄混凝土、砂漿、磚石應用于道路工程，有望實現建筑廢棄物的全部再生利用，對資源的節約和環境保護具有重要的實際意義[3，4]。

1 再生骨料混凝土性能研究

通過將不同強度等級的原生水泥混凝土破碎作為再生粗骨料和再生細骨料，分別配制C20、C35和C45強度等級再生骨料混凝土，研究原生混凝土強度等級對再生混凝土力學性能、抗滲性和抗碳化性能的影響，以期為再生骨料在混凝土中的應用提供必要的試驗參考。

1.1 原材料性能

使用P·O32.5和P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，選擇質地堅硬、表面粗糙的石灰巖碎石，采用5～10 mm和10～20 mm兩種骨料。

表1 試驗配合比

1.2 試驗配合比設計

1.3 再生骨料混凝土試驗分析

對摻加不同原生混凝土破碎骨料（強度分別為C60、C45 和 C30）的再生混凝土（C20、C35 和 C45）進行試驗比較與分析：（1）抗壓強度試驗（力學）；（2）抗碳化性能試驗；（3）抗氯離子滲透性能試驗。

1.4 試驗結果分析

通過再生混凝土抗壓強度試驗如圖1所示、抗碳化性能試驗如圖2所示、抗氯離子滲透等試驗，分析可得：

（1）對于原強度不明或混合程度較高的再生骨料不可以用來配制較高強混凝土；

（2）再生骨料對于混凝土碳化具有不利影響；

（3）氯離子擴散系數與再生骨料的強度以及吸水率具有良好的相關性；

（4）再生骨料用于水泥混凝土時，當其摻量在40%以下時，再生骨料混凝土的力學性能、收縮性能等參數都在可接受范圍。

圖1 混凝土抗壓強度試驗

圖2 碳化測試

2 再生骨料砂漿性能研究

針對不同水灰比，研究分析再生骨料對新拌砂漿的工作性和質量密度、后期力學性能、抗凍性能、收縮及失水率的影響規律，為實際工程中再生骨料的應用提供理論依據。

2.1 原材料性能

水泥選用P·O32.5復合型硅酸鹽水泥，天然砂選用河砂，細度模數uf為2.3。

2.2 試驗配合比設計

2.3 再生骨料砂漿試驗性能分析

水泥砂漿的強度等級主要由其水膠比決定，在項目研究過程中通過改變水泥砂漿的水膠比，得到 M5、M10、M15和 M20等四組不同強度等級的砂漿。為獲得再生建筑廢棄物取代率對不同強度等級砂漿各項性能的影響，選擇30%，50%，70%和100%4個取代率作為研究對象。同時，設置無再生骨料取代的普通砂漿試件作為參照組，以獲得再生建筑廢棄物細骨料摻量對水泥砂漿各項性能的影響規律。試驗研究的內容具體包括在不同強度等級及取代率條件下，分別進行：（1）水泥砂漿拌合物的工作性能（稠度）和密度測試；（2）水泥砂漿試件3 d、7 d、28 d的抗折強度及抗壓強度試驗；（3）水泥砂漿收縮率試驗；（4）水泥砂漿抗凍性試驗，并最終獲得再生建筑廢棄物細骨料取代率對上述各參數的影響規律。

表2 試驗配合比設計

2.4 試驗結果分析

通過上述再生骨料砂漿試驗，結果如圖3、圖4所示經大量試驗數據分析可得：

（1）各輕度等級的再生骨料配制砂漿，其稠度、體積密度、抗壓強度均隨再生砂用量的增大而下降；

（2）M5、M10和M20強度等級砂漿的收縮率及失水率隨著再生砂用量的提高而增大；

（3）再生骨料用于水泥砂漿時，當其摻量在75%以下時，再生骨料砂漿的力學性能、收縮性能參數都在可接受范圍。

圖3 砂漿抗壓強度隨不同再生骨料摻量的變化規律

圖4 砂漿收縮率隨時間的變化規律

3 水泥穩定再生基層材料性能研究

通過對水泥穩定再生基層材料性能展開研究，以獲得不同摻量廢棄物取代天然粒料后對于基層材料力學性能、收縮性能的影響規律。

3.1 原材料性能

選用水泥為P·O 42.5普通型硅酸鹽水泥。采用碎石為天然粒料，再生骨料表面粗糙，密度低，吸水性強。

3.2 再生基層材料試驗分析

（1）再生骨料采用不同取代比例取代天然粒料后的擊實試驗，研究最佳含水率和最大干密度的變化規律；

（2）通過無側限抗壓強度試驗進行水泥穩定再生粒料力學性能研究；

（3）通過收縮試驗進行水泥穩定再生粒料收縮性能研究；

（4）研究不同再生粒料摻量（0%、25%、50%、75%、100%）對不同級配水泥穩定粒料的力學性能和干縮性能的影響規律。

3.3 試驗結果分析

（1）由圖5可知，再生粒料摻量對混合料力學性能較明顯，而對收縮性能影響不大，不同再生試件的收縮率差異并不明顯，7 d的收縮率大致為10-4～1.2×10-4。

（2）再生建筑廢棄物用于水泥穩定基層材料時，當再生粒料摻量在40%，再生黏土磚用量在15%以下時，再生粒料力學性能和收縮性能在可接受范圍，滿足設計規范中水泥穩定類基層、底基層強度要求。

4 深圳“二線插花地”棚戶區改造廢棄物實體工程應用

圖5 不同再生粒料摻量對混合料無側限抗壓強度的影響

通過對深圳羅湖區“二線插花地”棚戶區改造建筑固體廢棄物的實體工程進行了相關研究，提出了項目開展的指導思想和基本原則，并分別對建筑固體廢棄物的生產線建設、內隔墻和再生粗骨料、石粉、磚粉、機制砂的生產加工進行了具體的分析，并進行了經濟效益分析現場拆除與加工如圖6和圖7所示。經濟效益分析見表3。

圖6 建筑廢棄物拆除與破碎處理

圖7 再生骨料加工內隔墻

表3 建筑固體廢棄物再生產品經濟效益分析

圖8 建筑廢棄物生產線

該棚戶區改造所實施的建筑廢棄物綜合利用一體化項目為全國各單位提供了可借鑒的寶貴經驗，具有良好的經濟與社會效益。

5 結 語

通過對再生骨料混凝土、砂漿、水泥穩定再生基層的試驗分析與研究，及在深圳地區的實體工程應用，可得結論如下：

（1）建筑廢棄物用于水泥混凝土時，對于原強度不明或混合程度較高的再生骨料不可以用來配制較高強混凝土。當其摻量在40%以下時，再生骨料混凝土的力學性能、收縮性能參數都在可接受范圍。

（2）再生骨料用于水泥砂漿時，當其摻量在75%以下時，再生骨料砂漿的力學性能、收縮性能參數都在可接受范圍。再生粒料應用于道路水穩基層時，當再生粒料摻量在40%，再生黏土磚用量在15%以下時，水泥穩定再生基層的力學性能和收縮性能在可接受范圍，滿足設計規范中水泥穩定類基層、底基層強度要求。

（3）進行了實體工程應用，并在此基礎上完成了深圳市地方標準《道路工程利用建筑廢棄物技術規程編制》，預期將取得較大的經濟和社會效益。