道路用建筑垃圾再生無機混合料關鍵技術研究*

陳全濱，馬建峰，高達，畢耀

（1. 中建西部建設建材科學研究院有限公司，成都 610000；2. 中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710063）

0 前言

在全國城鎮化戰略推進、棚戶區改造及保障房建造的發展環境下，大量房屋、基礎設施因被拆所產生的建筑垃圾堆放在城市周邊地區，不僅影響市容環境，并且其堆放占用土地面積，造成資源浪費[1]。

在建筑工程中，混凝土的用量最大，在整個混凝土原材料中，骨料用量居首位，是體積比重最大的組分，占混凝土材料總體積的 60%～70%，每生產 lm3的混凝土大約需要 1700～2000kg 的砂石，使得混凝土用骨料砂、石需求量巨大[2-4]。長期以來，因城市發展建設應用混凝土帶來的天然砂石資源的無序開采造成了山體植被破壞，河道損壞，這使得資源匱乏和環境污染問題日益突出，也不符合我國提倡的資源化有效利用的政策。

將建筑固廢作為再生骨料開發應用，一方面解決了大量廢棄混凝土處理困難，以及由此造成的生態環境日益惡化等問題；另一方面可以減緩建筑業對天然骨料的消耗，從而減少對天然砂石的開采，解決了天然骨料日益匱乏和大量砂石開采對生態環境的破壞問題，保護了人類的生存環境，符合可持續發展的要求。

將建筑垃圾再生骨料作為道路骨料，具有很好的應用前景，但對骨料級配和性能具有一定的要求。本文依據再生骨料級配，通過一定的配比配制出了滿足道路用Ⅰ 類及 Ⅱ類骨料，并用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥、石灰—粉煤灰體系檢測了 Ⅰ 類及 Ⅱ 類骨料對體系力學性能的影響，以求配制骨料達到道路用骨料的要求，為建筑垃圾再生骨料在道路工程中的應用提供一定的指導。

1 試驗

1.1 原材料

表 1 水泥基本性能

表 2 粉煤灰基本性能

表 3 消石灰基本性能

水泥與礦物摻合料的性能、指標如表 1～3 所示。

建筑垃圾是在四川省都江堰某建筑公司取得，對其進行破碎、篩選后分選成 5 類再生骨料。圖 1 所示為部分再生骨料基本形狀。并將 5 類再生骨料命名為 A1 類磚混石、A2 類磚混石、B1 類大石、B2 類大石和再生砂，測試了各再生骨料品質，結果如表 4 所示。從中可以看出，A1 類磚混石中混凝土塊含量低，壓碎值較B1類大石大，主要是因為磚混類再生骨料含有大量的疏松多孔的磚瓦碎塊。

圖 2 為各再生骨料的篩分曲線，結合 DB11/T 999—2013《城鎮道路建筑垃圾再生路面基層施工與質量驗收規范》[6]中對骨料級配的要求，除再生砂滿足水泥穩定底基層顆粒級配外，其余單獨使用無法滿足水泥穩定再生基層、石灰—粉煤灰穩定基層及底基層顆粒級配要求。

圖 1 再生骨料

表 4 混凝土塊、磚塊及雜物含量

1.2 試驗方法

按照 JTG E51—2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》[5]中的重型擊實法確定再生水泥穩定無機混合料和再生二灰無機混合料的最大干密度和最佳含水量；按照靜壓成型法成型直徑為 150mm×150mm 的圓柱形試件，用于測試力學性能和耐久性能。

圖 2 再生骨料的篩分曲線

2 結果與討論

2.1 水泥、石灰—粉煤灰穩定基層和底基層再生級配骨料

為使建筑垃圾再生骨料能夠應用于道路，首先通過篩分引入顆粒粒徑為 31.5～26.5mm、19.0～26.5mm 區間內的天然碎石，按照質量比將兩種碎石以 7:3 進行混合配制，為 C 類骨料；之后利用再生骨料和 C 類骨料之間搭配，以獲得滿足標準要求的骨料級配。

（1）水泥穩定基層和底基層再生級配骨料

為得到水泥穩定基層和底基層再生級配骨料，按質量比將 C 類骨料 : A1 類磚混石 : A2 類磚混石 : 再生砂=2:3:1.5:3.5 進行復合，配制出的骨料為 Ⅰ 類骨料；將 C類骨料 : B1 類石 : B2 類小石 : 再生砂 = 2:3:1.5:3.5 進行復合，配制出的骨料為Ⅱ類骨料。級配結果見表 5，Ⅰ類、Ⅱ 類骨料級配均在標準要求級配上下限之間，表明配制骨料滿足 DB11/T 999—2013 中骨料級配要求。

利用再生砂配制水泥穩定底基層試驗，結果如表 6所示，再生砂在級配上下限之間，滿足規范中對水泥穩定底基層級配骨料要求。

表 5 水泥穩定基層再生級配骨料級配

表 6 水泥穩定底基層再生級配骨料級配

（2）石灰—粉煤灰穩定基層和底基層再生級配骨料

通過質量比將 C 類骨料 : A 類磚混石/B1 類大石 :A2 類磚混石/B2 類小石 : 再生砂 = 3.5:2.5:1.5:2.5 配制石灰穩定基層再生級配骨料，級配結果如表 7 所示，配制的Ⅰ類和Ⅱ類骨料級配均在級配上下限之間，表明配制的再生級配骨料滿足 DB11/T 999—2013 中對石灰穩定基層骨料級配的要求。

對于石灰穩定底基層再生級配骨料，通過質量比將C 類骨料 : A1 類磚混石/B1 類大石 : A2 類磚混石/B2 類小石 : 再生砂= 4:2:1.5:2.5 復合配制，得出石灰穩定底基層再生級配骨料，結果如表 8 所示，其結果也滿足標準要求。

表 7 石灰—粉煤灰穩定基層再生級配骨料級配

表 8 石灰—粉煤灰穩定底基層再生級配骨料級配

通過以上試驗，再生骨料與碎石混合后的無機混合料（4.75mm 以上部分）性能指標如表 9 所示，由表可知，無機混合料的性能指標滿足 JC/T 2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料》[7]中對再生級配骨料（4.75mm 以上部分）性能指標要求。

表 9 無機混合料級配性能指標 %

通過以上試驗研究，確定了滿足 DB11/T 999—2013 要求的無機混合料所用骨料的配合比，結果如表10 所示。

2.2 再生級配骨料性能

表 10 無機混合料所用骨料的配合比 %

2.2.1 水泥穩定基層、石灰—粉煤灰穩定基層和底基層的最佳含水率和干密度

依據 JTG E51—2009 要求，在測試摻加無機混合料是否滿足水泥和石灰穩定基層和底基層力學性能時，需依據檢測體系最佳含水率確定力學性能試樣的用水量，為此，首先測試了摻加無機混合料的水泥穩定基層、石灰—粉煤灰穩定基層和底基層的含水率和干密度。

（1）水泥穩定基層和底基層的含水率和干密度

首先利用 PS·A32.5 水泥測試無機混合料的含水率和干密度，配合比為水泥 40kg/t，級配料 900kg/t，用水量根據試驗情況調整。如圖 3 所示為Ⅰ類和Ⅱ類骨料的含水率和干密度，圖中曲線的峰值為對應最佳含水率和最大干密度，Ⅰ類和Ⅱ類骨料的最佳含水率為 6.4%和 8.0%，最大干密度為 2182kg/m3和 1973kg/m3。

對于 P·O42.5R 水泥，配合比與 PS·A32.5 水泥一致；用水量根據試驗情況調整，試驗結果如圖 4 所示，Ⅰ類骨料的最佳含水率和最大干密度為 7.3% 和2200kg/m3，Ⅱ類骨料的最佳含水率和最大干密度為8.1% 和 1991kg/m3。

（2）石灰—粉煤灰穩定基層和底基層的含水率和干密度

在測試摻加Ⅰ類Ⅱ類骨料對石灰—粉煤灰穩定基層的含水率和干密度時，石灰—粉煤灰穩定基層配合比為膠材 187.5kg/t，石灰與粉煤灰的質量比為 1:2，石灰粉煤灰質量之和與骨料的質量比為 1:4，級配骨料質量為 750kg/t，用水量根據試驗情況調整，結果如圖 5 所示，從中可以看出，Ⅰ類的最佳含水率和最大干密度為7.5% 和 2113kg/m3，Ⅱ類骨料的最佳含水率和最大干密度為 9.0% 和 2014kg/m3。

而對于石灰—粉煤灰穩定底基層，除石灰與粉煤灰的質量比為 1:3 以外，其他配比與石灰—粉煤灰基層配合比相同。如圖 5 所示為摻加Ⅰ類級配骨料后石灰—粉煤灰穩定底基層的最佳含水率和最大干密度為 8.0% 和2081kg/m3，Ⅱ類最佳含水率和最大干密度為 9.6% 和1985kg/m3。

圖 3 PS·A32.5 穩定基層和底基層的含水率和干密度結果圖

圖 4 P·O42.5R 水泥穩定基層和底基層的含水率和干密度結果圖

圖 5 石灰—粉煤灰穩定基層和底基層的含水率和干密度

2.2.2 水泥、石灰—粉煤灰穩定基層和底基層無側限抗壓強度試驗

（1）水泥穩定基層和底基層抗壓強度

利用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥分別檢測了含Ⅰ類、Ⅱ類骨料和再生砂基層骨料的無側限抗壓強度。試樣成型用料和配比與 3.2.1 中的配比一致，用水量依據最佳含水率而定，試樣成型養護 7d 后檢測試件的無側限抗壓強度，結果如圖 6 所示。依據 DB11T 999—2013 中主干路及其他等級道路水泥穩定基層及底基層對力學性能的要求，基層 7d 最低強度要求為 2.5MPa，底基層 7d 最低強度要求為 1.5MPa。從圖 6 可以看出，無論是 PS·A32.5 水泥，還是 P·O42.5R 水泥，利用Ⅰ類和Ⅱ類骨料配制的水泥穩定基層試件強度滿足。這表明復合配制骨料應用到水泥穩定基層和水泥穩定底基層能夠滿足工程需求，具有良好的應用前景。

圖 6 水泥穩定基層和底基層再生級配骨料的無側限抗壓強度

（2）石灰—粉煤灰穩定基層和底基層抗壓強度

試樣成型用膠材、骨料與測試干密度試驗一致，用水量依據最佳含水率而定，試樣成型養護 7d 后檢測試件的無側限抗壓強度如圖 7 所示。DB11T 999—2013 中快速路、主干路及其他等級道路水泥穩定基層及底基層要求為，7d 后基層強度 0.8MPa，底基層為 0.6MPa。石灰—粉煤灰穩定基層和底基層的抗壓強滿足，表明這類再生的級配骨料具有很好的應用前景。

圖 7 石灰—粉煤灰穩定基層和底基層再生級配骨料的無側限抗壓強度

2.3 耐久性試驗

使用抗凍性試驗是評價水泥基材料耐久性的重要指標，無機混合料以 28d 和 180d 齡期在經過 5 次凍融循環后飽水無側限抗壓強度與凍前無側限抗壓強度之比，如圖 8、9 所示為水泥體系穩定基層和底基層的抗凍融循環結果。從中可以看出，PS·A32.5 水泥和 P·O42.5R水泥穩定基層的 BDR 在 88%～92% 之間，水泥穩定低基層 28d 的 BDR＞70%，表明兩種水泥體系下的抗凍融性能良好，具有較好的耐久性指標。

圖 8 PS·A32.5 水泥穩定基層的和底基層的抗凍融循環試驗結果

圖 9 P·O42.5R 水泥穩定基層的和底基層的抗凍融循環試驗結果

石灰—粉煤灰體系基層和底基層穩定性抗凍融試驗結果如圖 10 所示，基層的 BDR＞86%，具有較好的耐久性能。而對于底基層，Ⅱ類無機混合料 28d 的 BDR＜70%[8]，而規范中要求，28d 的 BDR 不應小于 70%，因此應避免在冰凍地區大規模使用摻加Ⅱ類無機混合料的石灰—粉煤灰體系。

圖 10 石灰—粉煤灰穩定基層抗凍融循環試驗結果

2.4 無機混合料配合比

通過上述試驗，匯總了滿足建筑垃圾再生骨料在無機混合料性能要求的配合比，試驗配合比如表 11 所示。

表 11 無機混合料配合比 kg/t

3 結論

（1）復合后的再生級配骨料性能指標滿足Ⅰ類及Ⅱ類骨料性能指標。

（2）采用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥、石灰—粉煤灰作為膠凝材料，開展水泥穩定及石灰—粉煤灰穩定兩種無機混合料的開發，獲得滿足規范要求的試驗配合比。

（3）將再生骨料應用于道路用無機混合料，有助于低品質建筑垃圾再生骨料的規模推廣應用，具有重要的社會效益和經濟效益。