建筑垃圾在市政道路中的使用性能研究

馬俊梅

（中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210001）

0 引言

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，很多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將城市建筑垃圾資源化處理作為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)之一，有些國(guó)家的建筑垃圾再生利用率已達(dá)90%以上，并形成了較為完備的政策法規(guī)體系，為建筑垃圾資源化利用保駕護(hù)航，例如日本《再生骨料和再生混凝土使用規(guī)范》《資源重新利用促進(jìn)法》，德國(guó)《固體廢物循環(huán)經(jīng)濟(jì)法》《在混凝土中采用再生骨料的應(yīng)用指南》，美國(guó)《固體廢棄物處理法》與《超級(jí)基金法》。

我國(guó)建筑垃圾資源化產(chǎn)業(yè)起步晚，雖然國(guó)家層面制定了《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》《城市建筑垃圾管理規(guī)定》等法律法規(guī)，但這些法律法規(guī)更多關(guān)注建筑垃圾造成的環(huán)境污染及對(duì)市容的影響，缺乏對(duì)開(kāi)展建筑垃圾資源化利用的系統(tǒng)性支持和保障。地方政府層面，北京、上海、廣州、深圳等一線城市受制于國(guó)土面積較少與發(fā)展程度較高間的突出矛盾，出臺(tái)了針對(duì)建筑垃圾資源化利用的法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。例如，北京市出臺(tái)了《建筑垃圾分類消納管理辦法（暫行）》，上海市出臺(tái)了《上海市建筑垃圾處理管理規(guī)定》，深圳市出臺(tái)了《深圳市建筑垃圾處置和綜合利用管理辦法》，廣州市出臺(tái)了《廣州市建筑垃圾管理?xiàng)l例（征求意見(jiàn)稿）》《廣州市建筑廢棄物管理?xiàng)l例》《廣州市余泥渣土管理?xiàng)l例》等，但地域廣闊的二、三線城市仍處于政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的空白狀態(tài)。

由此可見(jiàn)，我國(guó)在建筑垃圾再生骨料、建筑垃圾透水鋪裝以及建筑垃圾路基填料等產(chǎn)業(yè)方向具有巨大市場(chǎng)潛力，對(duì)上述應(yīng)用方向深入研究有利于拓展其利用空間和利用范圍。本文著重對(duì)公路建設(shè)中磚塊、混凝土兩種集料配合比情況下的壓實(shí)度、承載比等強(qiáng)度性能進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)德國(guó)阿吉斯（ARJES）生產(chǎn)的可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備的工藝流程進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

1 建筑垃圾作為路基填料的應(yīng)用研究

建筑垃圾由渣土、砂漿和混凝土、磚塊磚渣、樁頭、金屬、木材、裝修廢料和其他廢棄物等組成［1］。建筑垃圾具有成分復(fù)雜，粗細(xì)骨料級(jí)配差，強(qiáng)度不均等特性。結(jié)合市政道路路基的工程要求，建筑垃圾中的磚塊、混凝土是能夠進(jìn)行資源化利用的兩種主要集料，為確保建筑垃圾作為路基填料的安全性和穩(wěn)定性，分析磚集料、混凝土集料不同配合比下壓實(shí)度、承載比等強(qiáng)度性能，得出不同配合比條件下建筑垃圾作為路基填料的生產(chǎn)控制要求，才能提高建筑垃圾的利用效率。

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)原材料主要為建筑垃圾中的磚集料、混凝土集料，試驗(yàn)過(guò)程通過(guò)四分法確保試驗(yàn)樣品的代表性。根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20—2015）［2］規(guī)定：用于二級(jí)和二級(jí)以上公路基層和底基層的級(jí)配碎石應(yīng)用預(yù)先篩分成幾種不同粒徑的碎石及4.75 mm以下的石屑級(jí)配組成。試驗(yàn)前利用9.5 mm標(biāo)準(zhǔn)方孔篩篩除超大粒徑顆粒，試驗(yàn)用水為普通生活用水。兩種集料篩分試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 磚集料、混凝土集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

1.2 建筑垃圾表觀密度、液限、塑性指數(shù)性能表征

路基包括路床和路堤，其填筑主要要求保證填料碾壓密實(shí)承載比（CBR）達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)級(jí)配要求不高。對(duì)兩類建筑垃圾集料進(jìn)行原材料試驗(yàn)，主要包括密度試驗(yàn)、液限、塑性等，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 磚集料、混凝土集料物理性能試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知：混凝土集料表觀密度大于磚集料；兩類集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標(biāo)均滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-D30—2015）［3］要求。

1.3 擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)兩類回填集料進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，得到其最佳含水量、最大干密度如表3所示。

表3 回填材料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：混凝土塊集料的最佳含水率小于磚混結(jié)構(gòu)集料，而混凝土塊集料最大干密度大于磚混結(jié)構(gòu)集料。

1.4 承載比（CBR）試驗(yàn)

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG-D30—2015）［3］，各等級(jí)公路路床和路堤的壓實(shí)度及強(qiáng)度要求如表4所示。

承載比試驗(yàn)（CBR）包括膨脹量及貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5—6所示。

由表5—6可知：（1）兩類集料的膨脹量均很小，滿足路基施工技術(shù)要求。（2）與磚集料相比，混凝土集料的膨脹量較小，且兩類集料的膨脹量均隨壓實(shí)度的減小而增大。（3）壓實(shí)度滿足規(guī)范要求時(shí)，兩類集料的CBR值均滿足各級(jí)公路路基填料的強(qiáng)度要求，且混凝土集料的CBR值大于磚集料。（4）回填材料的CBR值隨著壓實(shí)度的增加而顯著增大，兩種集料密實(shí)度增加，抵抗壓縮變形的能力增強(qiáng)。

2 可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備

由于市政道路施工線較長(zhǎng)，傳統(tǒng)的固定式建筑垃圾破碎站不適合路基回填施工需要，本文建議選用可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備對(duì)建筑垃圾進(jìn)行處理。可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備集成破碎、篩分兩種功能，能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)破碎，并可隨施工面推進(jìn)而移動(dòng)，降低了物料運(yùn)輸費(fèi)用。同時(shí)設(shè)備占地面積小，設(shè)備靈活、方便，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可節(jié)省大量固定式建筑垃圾破碎站固定資產(chǎn)投資，非常適合市政道路路基回填施工，如圖1所示。

可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備包括動(dòng)力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、給料艙、振動(dòng)給料機(jī)、反擊式破碎機(jī)、除鐵器、履帶行走系統(tǒng)、船型架等組成。可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理工藝系統(tǒng)主要由破碎系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)、輕物質(zhì)分離系統(tǒng)以及除鐵系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。破碎系統(tǒng)主要是對(duì)塊狀物料進(jìn)行破碎、篩分；防塵系統(tǒng)減少了生產(chǎn)過(guò)程中揚(yáng)塵污染；輕物質(zhì)分離系統(tǒng)是在振動(dòng)篩上加裝負(fù)壓密封罩，把振動(dòng)篩上的塑料袋、泡沫以及部分小木塊收集到一個(gè)倉(cāng)中，同時(shí)在履帶行走系統(tǒng)末端加裝重力分級(jí)系統(tǒng)，把粗集料收集到另外一個(gè)倉(cāng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)粗細(xì)集料分倉(cāng)收集；除鐵系統(tǒng)既保證了破碎、篩分過(guò)程的順利進(jìn)行，也免除了煩瑣人工分揀，大大提升了回收過(guò)程的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備的破碎、篩分工藝如下：建筑垃圾通過(guò)上料設(shè)備輸送到振動(dòng)拾料機(jī)，通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)去除建筑垃圾中的細(xì)粉料，大塊給料進(jìn)入反擊式破碎機(jī)，破碎后物料通過(guò)履帶行走系統(tǒng)進(jìn)行輸送，并在輸送過(guò)程中通過(guò)除鐵器去除鐵類雜物，最終合格物料通過(guò)輸送帶運(yùn)送到指定位置堆放。可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備集建筑垃圾受料、破碎、傳送、處理、再加工等工藝裝備為一體，通過(guò)不同的功能模塊組合，形成一套強(qiáng)大的移動(dòng)生產(chǎn)加工線，完成了市政道路路基回填的作業(yè)要求，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的“建筑原料→建筑物→建筑垃圾”向“建筑原料→建筑物→建筑垃圾→再生原料→新生產(chǎn)品”的新型建材產(chǎn)業(yè)鏈和循環(huán)低碳經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式的轉(zhuǎn)變。可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備在市政道路路基回填上的應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程，免去了建廠、渣土運(yùn)輸?shù)裙芸丨h(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)分揀、現(xiàn)場(chǎng)利用的末端治理效果，如圖2—3所示。

表4 路床和路堤填料壓實(shí)度及強(qiáng)度要求

表5 膨脹量試驗(yàn)結(jié)果

表6 CBR值試驗(yàn)結(jié)果

圖1 可移動(dòng)覆帶建筑垃圾處理設(shè)備

3 結(jié)語(yǔ)

（1）混凝土集料及磚集料的粒徑、液限、塑性指數(shù)等指標(biāo)均能滿足路基回填材料的規(guī)范要求。

圖2 建筑垃圾

圖3 建筑垃圾處理

（2）壓實(shí)度滿足規(guī)范要求時(shí)，混凝土集料、磚集料的膨脹量均滿足路基施工技術(shù)要求，CBR值均滿足各級(jí)公路路基填料的強(qiáng)度要求。

（3）路基回填材料的壓實(shí)度越大，CBR值越大，回填材料抵抗壓縮變形的能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性越好，施工中確保壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范及設(shè)計(jì)要求是質(zhì)量控制關(guān)鍵。

（4）可移動(dòng)履帶建筑垃圾處理設(shè)備集破碎、篩分兩種功能為一體，能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)破碎，并可隨施工線推進(jìn)而移動(dòng)，降低了物料運(yùn)輸費(fèi)用，非常適合市政道路路基回填施工。

（5）多維度指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)為混凝土集料、磚集料在市政道路路基回填等方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。