建筑固體廢棄物再生骨料在市政道路水穩基層的應用研究

張良

（福建海環海濱資源開發有限公司）

0 引言

近年來福建省舊城改造、市政拆遷、道路擴大翻修和建筑施工等產生了大量的建筑固體廢棄物，其中，2015 年總量約0.11 億噸，2016 年約0.17 億噸，2017年達0.27 億噸，2018 年達0.19 億噸，2019 年達0.16億噸。由于建筑固體廢棄物年均資源化利用率不足15%，日漸增多的建筑固體廢棄物給生態環境帶來的污染越來越嚴重。與此同時，福建省建設需求量不斷加大，建設過程中砂石原材料的稀缺、砂石原材料開采所造成的環境問題日益嚴重。現階段福建省市政道路建設體量大，市政道路建設實施過程耗費材料多，在市政道路項目實施過程中，市政道路項目所用材料采用建筑固體廢棄物再生材料具有積極的意義：

⑴建筑固體廢棄物再生采用就地取材，無需長途運輸，在技術和經濟上都有重要意義，同時為福建省循環經濟做出重大貢獻；

⑵福建省工程建設量大，采用建筑固體廢棄物再生材料可有效緩解建設過程中砂石原材料的稀缺，解決砂石原材料開采過程中導致的環境問題；

⑶根據相關數據統計建筑固體廢棄物資源化利用，可減少50%碳排放，為實現30/60 年碳達峰、碳中和的目標做出奠基；

⑷充分利用建筑固體廢棄物再生材料，能有效提高資源利用率，從根本上有助于降低工程造價，節約建設資金，保護生態環境，提高社會生存質量；

⑸建筑固體廢棄物再生材料資源化可作為生態持續發展的永不枯竭城市礦藏，將放錯地方的資源實行減量化無害化再生資源化利用，對實現環境保護和資源循環利用具有重要意義。

1 原材料

1.1 水泥

福建海螺水泥有限公司“海螺”牌普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5 MPa，其物理性能指標如表1 所示。

表1 水泥物理性能指標

1.2 骨料

試驗建筑固體廢棄物再生骨料采取兩組不同材質的再生骨料（其中再生混凝土骨料來自長樂區某道路路面、再生磚混骨料來自倉山區某拆遷建筑），分為0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四個不同粒級。同時也采用天然料0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四個不同粒級，來自長樂區某工程料場。其性能指標見表2 所示。

表2 骨料性能指標

2 試驗研究

試驗使用水泥摻量3%、4%、5%、6%、7%分別與滿足JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》、JC/T 2281-2014《道路用建筑固體廢棄物再生骨料無機混合料》骨料級配要求的天然骨料、再生混凝土骨料、再生磚混骨料混合后，試驗不同配合比對道路用水泥穩定混合料[1]最佳含水率、最大干密度、7d 無側限抗壓強度的影響，試驗方法參照JTG E51-2009《公路工程無機結合料試驗規程》，其中：

擊實試驗參照JTG E51-2009 中T0804；

試件制作方法參照JTG E51-2009 中T0843；

養護方法參照JTG E51-2009 中T0845；

7d 無側限抗壓強度檢測方法參照JTG E51-2009中T0805。

2.1 骨料級配

骨料級配直接影響無機混合料性能指標。為了滿足骨料級配要求，將骨料破碎、篩分為0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四個不同粒級，對每個粒級骨料分別篩分進行合成，最終確定骨料合成配比為：

⑴再生混凝土骨料：0 ～4.75mm:4.75 ～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2:3.5:3.5:1；

⑵再生磚混骨料：0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.2:3.3:3.5:1；

⑶天然骨料：0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.5:3.1:3.4:1。

參照JTG/T F20 -2015《公路路面基層施工技術細則》、JC/T 2281 -2014《道路用建筑固體廢棄物再生骨料無機混合料》骨料級配要求，按照上述比例對骨料進行合成，其級配曲線[2]見圖1。

圖1 骨料級配曲線

2.2 擊實試驗

試驗水泥按3%、4%、5%、6%、7%的摻量分別與2.1 中三類合成骨料混合，參照JTG E51-2009 中T0804 丙方法進行擊實試驗，確定不同配比下無機混合料最佳含水率、最大干密度。如圖2、圖3。

圖2 水泥穩定混合料最佳含水率

由圖2、圖3 得出：

圖3 水泥穩定混合料最大干密度

⑴天然骨料在不同水泥摻量下的最佳含水率5.5%～5.9%，最大干密度1.960～1.977g/cm3；

⑵再生混凝土骨料在不同水泥摻量下的最佳含水率為10.1%～10.5%，最大干密度1.862～1.887g/cm3；

⑶再生磚混骨料在不同水泥摻量下的最佳含水率為13.5%～13.9%，最大干密度為1.782～1.802g/cm3。

對天然骨料、再生混凝土骨料、再生磚混骨料水泥穩定混合料進行橫向對比，再生磚混骨料水泥穩定混合料最佳含水率最大，再生混凝土骨料水泥穩定混合料次之，天然骨料最小。但最大干密度反之，主要原因是再生骨料中含有水泥石及磚瓦類骨料，其吸水率均大于天然骨料，但其密度小于天然骨料，故而得出上述結果。

2.3 力學性能試驗

水泥按3%、4%、5%、6%、7%的摻量分別與2.1 中三類合成骨料混合。試件制作方法參照JTG E51-2009 中T0843，養護方法參照JTG E51-2009 中T0845，7d 無側限抗壓強度檢測方法參照JTG E51-2009 中T0805 確定其不同配比下無機混合料7d 無側限抗壓強度[3]，如圖4。

圖4 水泥穩定混合料7d 無側限抗壓強度

由圖4 得出：

⑴天然骨料在不同水泥摻量下7d 無側限抗壓強度為2.2～5.2MPa；

⑵再生混凝土骨料在不同水泥摻量下7d 無側限抗壓強度為2.3～4.7MPa；

⑶再生磚混骨料在不同水泥摻量下7d 無側限抗壓強度為1.7～4.1MPa。

三類骨料水泥穩定混合料7d 無側限抗壓強度均隨水泥摻量的提高而增強，總體表現為：天然骨料水泥穩定混合料抗壓強度最大，再生混凝土骨料水泥穩定混合料次之，再生磚混骨料水泥穩定混合料最小。此外隨水泥摻量的增加，抗壓強度增加速率也呈現為：天然骨料最大，再生混凝土骨料次之，再生磚混骨料最小。主要原因是再生混凝土骨料、再生磚混骨料中水泥石和磚瓦骨料材料強度小于天然骨料，并且再生骨料薄弱點較多。

3 工程應用

3.1 工程概況

試驗段依托于龍峰建筑垃圾資源化處置點內部道路，試驗段道路技術等級為二級公路新修道路。試驗段長500m、寬10m，采用15㎝再生混凝土骨料水泥穩定混合料基層、15㎝再生磚混骨料水泥穩定混合料底基層。

水泥為福建海螺水泥有限公司“海螺”牌普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5MPa，具體指標見表1。基層采用再生混凝土骨料0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.2:3.3:3.5:1 級配骨料，水泥摻量為5%；底基層采用再生磚混骨料0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.5:3.1:3.4:1，水泥摻量為5%；壓實度設計為95%。

3.2 工程檢測

3.2.1 松浦系數

選取樁號K0+50、K0+150 橫向等距離各5 個點，對底基層（再生磚混骨料水泥穩定混合料）及基層（再生混凝土骨料水泥穩定混合料）分別進行5 次碾壓，測量碾壓后每次厚度，如圖5、圖6。

由圖5、圖6 得出：底基層再生磚混骨料水泥穩定混合料平均松浦系數為1.39，基層再生混凝土骨料水泥穩定混合料平均松浦系數為1.37，再生磚混骨料水泥穩定混合料松浦系數大于再生混凝土骨料水泥穩定混合料。

圖5 底基層厚度與碾壓次數關系

圖6 基層厚度與碾壓次數關系

3.2.2 無側限抗壓強度

在施工現場進行鉆芯檢測，在樁號K0+100 和K0+300 的底基層與基層分別取芯5 個，芯樣指標如表3、表4。

表3 底基層芯樣指標

表4 基層芯樣指標

底基層再生磚混骨料水泥穩定混合料干密度為1.786g/cm3，7d 無側限抗壓強度為2.8MPa（＞2.0MPa），基層再生混凝土骨料水泥穩定混合料干密度為1.828g/cm3，7d 無側限抗壓強度為3.4MPa （3.0 ～4.0MPa），均滿足JC/T 2281 -2014《道路用建筑固體廢棄物再生骨料無機混合料》設計強度要求。

3.2.3 彎沉檢測

對樁號K1+10～K2+10 試驗段每10m 對底基層頂面、基層頂面彎沉值[4]進行檢測，底基層頂面主要集中在0.4～0.7mm，平均值為0.572mm，代表值為0.691mm；基層頂面彎沉值主要集中在0.3～0.7mm，平均值為0.515mm，代表值為0.667mm，滿足設計彎沉值（≤0.959）的要求。彎沉結果表明：建筑固體廢棄物再生骨料水泥穩定混合料能夠滿足市政道路底基層及基層應用要求。

4 結論

研究表明，再生混凝土骨料、再生磚混骨料替代天然骨料生產水泥穩定混合料可滿足規范指標，可以實現建筑固體廢棄物再生骨料在道路底基層、基層中的資源化利用：

⑴本研究中得到再生骨料水泥穩定混合料水泥劑量宜在4%～6%之間，對應的性能指標均可滿足設計要求。

⑵建筑固體廢棄物再生骨料制備的再生無機混合料力學性能優良，相同條件下，再生混凝土骨料水泥穩定混合料性能指標較再生磚混骨料水泥穩定混合料性能良好。

⑶再生混凝土骨料、再生磚混骨料替代天然骨料生產水泥穩定混合料工程應用良好，其性能指標可滿足設計要求。

⑷鑒于建筑固體廢棄物成分復雜多樣，再生骨料應用前應嚴格進行再生骨料性能檢測和配合比設計。