建筑垃圾再生骨料路用性能研究

樊興華 薛振華

摘要：為解決建筑垃圾“垃圾圍城現象”，推動建筑垃圾資源化利用，將建筑垃圾再生骨料無機結合料用于道路結構的基層和底基層中，為驗證其修建的路面基層具有足夠的強度、剛度和穩定性，設計了幾組不同配合比的石灰粉煤灰穩定再生材料、水泥粉煤灰穩定再生材料對其力學性能、穩定性和耐久性路用性能進行評價。推薦配合比為石灰：粉煤灰：再生磚石=7：13：80并外摻1%水泥和3：6：91水泥粉煤灰再生磚石。

關鍵詞：建筑垃圾;再生骨料;路用性能;力學性能

中圖分類號：U416.2

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0123-06

據《中國建筑垃圾資源化產業發展報告（2019年度）》統計，我國每年因新建、拆除、裝修等產生的建筑垃圾預計到2020年突破30億t，建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的30%～40%[1]，且呈逐年上升趨勢。采用建筑垃圾制備各種道路工程用再生材料，具有消納建筑垃圾量大、可操作性強、產品性能穩定等特點。將建筑垃圾加工處置成的再生骨料均可作為道路底基層和基層的原料圜，但由于建筑垃圾成分復雜，工藝處置后形成的再生骨料雖能滿足道路基層材料的技術性能要求，與天然石材和工程用土相比存在一定差異。因此，如何設計以提高力學性能為主，同時改善抗凍性、抗沖刷性能等綜合路用性能的再生骨料無機結合料類型，以適應道路基層材料特性，具有理論意義和實踐價值。

1 道路用再生骨料技術特性分析

為檢測評價再生磚石和再生碎石兩種再生骨料的技術指標，從大量具有代表性的不同磚混結構建筑垃圾處置后的再生骨料取樣進行檢測。

1.1 再生磚石的技術性能分析

再生磚石試件的最大干密度為1.7 8g/cm3，最佳含水率為14.3%。對于再生級配磚石進行重型擊實標準設計測得承載比為82.7%，滿足《公路瀝青路面設計規范》[3]中對級配礫石承載比的要求，可以用作道路的基層和底基層。

對再生磚石骨料，采用《公路工程集料試驗規程》[4]分別對3種再生磚石樣本顆粒進行級配分析，試驗結果如表1所示。測得再生磚石的平均吸水率為18.3%，滲透系數為0.658m/s。

再生磚石顆粒級配組成均符合《公路路面基層施工技術細則》[5]，高速公路、一級公路底基層，二級及二級以下公路基層、底基層中水泥粉煤灰穩定土、石灰粉煤灰（以下簡稱二灰）穩定碎石推薦的級配范圍。同時，樣本的壓碎值指標能夠滿足水泥、二灰穩定類材料用于高速公路和一級公路底基層，二級及二級以下公路基層、底基層的技術要求。

1.2 再生碎石的技術性能分析

按照與再生磚石顆粒組成相同的試驗方法，測定再生碎石樣本的顆粒組成，并于規范[5]中二灰碎石和水泥粉煤灰穩定土的級配范圍分別進行比較，滿足各等級公路路面基層、底基層用無機結合料穩定材料的級配要求。測得再生磚石的平均吸水率為7.2%，滲透系數為0.554m/s。

對再生碎石及10-30碎石樣本的壓碎值進行測定，檢測結果及公路工程中對路面基層粗集料的壓碎值如表2所示。

由表2可知，再生碎石的壓碎值小于再生磚石的壓碎值，略高于普通碎石的壓碎值，再生碎石的壓碎值滿足用作各等級道路基層、底基層的壓碎值要求。

綜合以上再生磚石和再生碎石的各項試驗結果可知，兩者均具有作為道路基層或底基層材料的可行性。但兩種材料中由于混凝土顆粒含量不同，造成二者在技術性能上還存在一定差別，再生碎石比再生磚石強度高、壓碎值小;再生磚石滲透系數大、吸水率高。因此在實際應用中，應根據兩種材料的不同特性分類應用。

2 再生骨料無機結合料類型及配合比設計

2.1 再生骨料無機結合料類型

道路半剛性基層常用的無機結合料有水泥、石灰和粉煤灰等[6]。再生骨料無機混合料，從路面結構設計理論出發，結合再生骨料的材料特性，將再生骨料無機混合料類型確定為：強度較高的二灰穩定再生骨料、強度稍低的水泥石灰穩定再生骨料。

2.2 再生骨料無機混合料配合比設計

再生骨料在破碎過程中內部會產生一些微裂紋[7]，同時再生骨料中含有一定的磚瓦類材料，顆粒本身的強度比天然碎石要小，顆粒間的嵌擠作用會使磚石顆粒出現接觸性破壞，為得到最大強度和穩定性，再生骨料無機結合料宜采用懸浮密實結構[8]，其配合比設計流程如圖1。

3 再生骨料無機結合料路用性能

根據規范[5]要求并結合經驗，確定二灰、水泥的摻加比例，以及兩種再生骨料無機混合料的摻加比例，并進行了擊實試驗及一系列路用性能試驗。

3.1擊實試驗

根據規程[9]對不同配合比的二灰穩定再生磚石（碎石）、水泥粉煤灰穩定再生磚石（碎石）的標準進行擊實試驗，試驗結果如表3所示。

由表3可以看出，無機結合料穩定再生碎石的最佳含水率均小于同配比的無機結合料對應穩定磚石，而最大干密度大于同配比無機結合料對應的穩定磚石。這與再生磚石骨料自身吸水率大，密度小的性質有關。

3.2 力學性能

因再生骨料的技術指標與天然石材存在差異，故分別對再生骨料無機結合料與無機結合料穩定類材料進行力學性能試驗。

3.2.1 無側限抗壓強度

抗壓強度是材料組成設計的主要指標。將無機結合料穩定再生磚石（碎石）混合料成型f150mm×150mm試件，每組13個試件，按照不同齡期（7d、28d、90d和180d）標準養生，測定其無側限抗壓強度。二灰穩定再生磚石和二灰穩定再生碎石無側限抗壓強度見圖2和圖3，水泥粉煤灰穩定再生磚石與對應穩定碎石無側限抗壓強度見圖4。

從圖2試驗結果可以看出，當外摻水泥劑量相同時，配合比為石灰：粉煤灰：再生磚石=7：13：80時混合料試件在不同齡期的抗壓強度最高，且不摻加水泥7d齡期無側限抗壓強度達1.1MPa，改組配合比混合料的強度最佳。從圖3試驗結果可以看出，對于二灰穩定再生碎石，無論哪一組配合比的7d無側限抗壓強度均未達到1.0MPa，其早期強度與二灰磚石相比稍差，但二灰穩定再生碎石長齡期的無側限抗壓強度要高于二灰穩定再生磚石。

在相同配合比下，混合料的無側限抗壓強度隨著外加水泥劑量的增加而增大。因此，外加1%～2%水泥的方式來明顯提高二灰穩定磚石（碎石）混合料的強度，尤其對提高早期強度更明顯。同時，二灰穩定再生磚石（碎石）滿足規范[3]中等、輕交通各等級道路的基層、底基層的抗壓強度的要求。

從圖4結果可以看出，水泥粉煤灰穩定再生磚石和水泥粉煤灰穩定碎石的無側限抗壓強度都隨齡期呈增長趨勢，水泥粉煤灰穩定碎石的強度增長幅度高于水泥粉煤灰穩定再生磚石，水泥粉煤灰穩定再生磚石和水泥粉煤灰穩定碎石各齡期無側限抗壓強度均高于同齡期石灰土強度。當水泥劑量超過3%時，水泥對于水泥粉煤灰穩定類材料早期的強度起重要作用，無側限抗壓強度可達到1.5MPa以上，符合《公路瀝青路面設計規范》JTG D50_2017[3]中水泥粉煤灰穩定類材料的7d無側限抗壓強度的要求。因此，水泥粉煤灰穩定再生磚石滿足用各種等級道路的基層、底基層的抗壓強度要求。從經濟的角度考慮，三組配比中最佳配比為3：6：91。

3.2.2 劈裂強度

無機結合料穩定層采用層底拉應力作為路面結構的設計指標，采用的是劈裂強度（抗拉強度）進行評價。二灰穩定再生磚石和二灰穩定再生碎石劈裂強度見圖5，水泥粉煤灰穩定再生磚石與對應穩定碎石劈裂強度見圖6。

從圖5和圖6可以看出，各組配比的無機結合料穩定再生磚石（碎石）的劈裂強度隨水泥劑量的增加而增大，相同配比下無機結合料穩定再生碎石的劈裂強度大于無機結合料穩定再生磚石。如考慮經濟因素，二灰穩定再生磚石以7：13：80外加1%水泥的混合料效果最佳，水泥粉煤灰穩定再生磚石的水泥劑量不應小于3%。總體來看，二灰穩定類混合料劈裂強度高于其他穩定類混合料，對于高等級路面推薦采用二灰穩定再生骨料作為基層、底基層。

3.2.3 抗壓回彈模量

無機結合料穩定再生磚石作為再生基層材料，剛度應與面層的剛度相匹配，采用抗壓回彈模量對穩定再生材料進行剛度評價，按照規程例制備試件養生，試驗結果見圖7和圖8。

從試驗結果可以看出，無機結合料穩定再生磚石與無機結合料穩定碎石的抗壓回彈模量均隨水泥劑量的增加而增大，相同配比下無機結合料穩定再生磚石的抗壓回彈模量小于無機結合料穩定碎石。

3.3 抗凍性能

無機結合料穩定再生磚石基層有可能處于潮濕狀態，因此有必要對其抗凍性進行研究。依據規程[9]抗凍指標采用凍融殘留強度比BDR表示，試驗結果見圖9和圖10。

從試驗結果可以看出，二灰穩定材料和水泥劑量超過3%的水泥粉煤灰穩定材料都能滿足中凍區不小于65%的殘留抗壓強度比的要求。在試驗過程中發現，無機結合料穩定再生磚石出現表面脫落現象，故在氣候寒冷地區不能暴露過冬。

3.4 抗沖刷性能

在行車荷載作用下，路面結構層或基層材料中自由水壓力隨荷載的增加而增大，壓力會沖刷基層材料中的細料，反復多次沖刷后，在路面裂縫中形成細料漿，即唧漿現象[10]。現采用規程[9]中抗沖刷試驗的沖刷質量損失P對無機結合料穩定材料進行沖刷能力評價，試驗結果如表4所示。

從表4可以看出，對于二灰穩定再生磚石，摻加水泥可以有效提高材料的抗沖刷性能。從抗沖刷性能和經濟的角度考慮，二灰再生磚石宜選用7：13：80外加1%水泥的配比。對于水泥粉煤灰穩定再生磚石，3：當配合比為3：6：91時抗沖刷性能最好，因此，從材料抗沖刷性能角度考慮水泥粉煤灰穩定類材料的水泥劑量不應小于3%。

4 結語

1）通過分析幾組二灰穩定再生磚石混合料的各項路用性能，當石灰：粉煤灰：再生磚石=7：13：80時，混合料的各項路用性能較好。摻加水泥后，其早后期強度及抗凍、抗沖刷性能都有明顯提高。考慮到經濟性原則，推薦石灰：粉煤灰：再生磚石=7：13：80的配合比，并外摻1%水泥。當進行實際工程應用時，應根據現場使用的再生骨料及其他原材料進行配合比設計和路用性能驗證。

2）在兩種無機結合料穩定再生磚石中，水泥粉煤灰穩定再生磚石的7d無側限抗壓強度最高，對水泥粉煤灰穩定類材料的7d齡期強度起主要影響作用的是混合料中水泥用量，其水泥劑量不宜低于3%。綜合各項路用性能試驗結果，3：6：91水泥粉煤灰再生磚石綜合性能較好。

3）兩種再生骨料無機結合料屬于無機結合料穩定粒料，都具有一定的強度和剛度，具有更好的抗凍性和抗沖刷性能，形成的結構層穩定性、耐久性良好。

參考文獻

[1]蒲英爍，姬國強，胡力群.建筑垃圾回收再利用研究綜述[J].硅酸鹽通報，2019，38（9）：2842-2846.

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[9]中華人民共和國交通部.公路工程無機結合料穩定材料試驗規程JTG E51-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.

[10]李靖.水泥穩定碎石基層動水沖刷破壞試驗研究[D].石家莊：河北科技大學，2017.

4、塑料粘接知識——表面處理：

丙烯酸類塑料的特性，丙烯酸類塑料品種多，用途廣，均具良好的耐沖擊、耐老化性能，優良的光學性能和突出的尺寸穩定性。此類塑料可用溶劑粘接、熱熔粘接和膠粘劑粘接。丙烯酸類塑料（如PMMA）在加工時，加入了增塑劑，增塑劑遷移的方向是朝丙烯酸酯方向遷移，塑料內有殘留應力，在應力作用下易發生龜裂。為防止其表面龜裂，在粘接前要對這類粘接件進行熱處理和表面處理。

作者簡介：樊興華（1981-），女，碩士研究生，副教授，研究方向：道路工程。E-mail：50617845@qq.com

基金項目：陜西省渭南市2018年度科研項目重點研發計劃項目（ZDYF-JCYJ-92_zsg）;陜西鐵路工程職業技術學院2019年中青年科技創新人才計劃（KJRC201908）