建筑廢棄物應用于透水路面結(jié)構層的思考

楊 川 陳香慶 徐 德 郭沁雨

(中國民航大學機場學院 天津 300300)

一、背景

建筑垃圾主要是指工程新建、改擴建及危舊建筑物的拆除過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，主要分為道路建設廢棄物和建筑廢棄物。到2020年，我國還將新增建筑物面積約300億m2，建筑垃圾產(chǎn)生量將會達到50億t[1]，預計占城市垃圾總量的30%～40%[2]。透水型路面是建設“海綿城市”的一個重要部分，其推廣使用，可有效提升城市的透水面積，促進雨水直接向土體滲透，保持水源。若將建筑廢棄物重新應用于城市基礎設施建設，特別是應用于透水路面建設中，不僅能節(jié)省巨額的建筑廢棄物清運處理費用，減少用于路面建設的自然資源的消耗，而且利于改善城市水環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益[3]。

二、建筑廢棄物用于透水路面結(jié)構層的思考

（一）廢舊瀝青路面銑刨料用于面層

廢舊瀝青路面銑刨料（RAP，Reclaim asphalt pavement）是道路廢棄物的一種，也是再生附加值較高的寶貴道路礦產(chǎn)資源，考慮將RAP材料通過再生技術再生利用為透水路面的面層是可行的方案。

趙斌通過車轍試驗、漢堡車轍試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，從高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和耐久性等方面技術性能，評價了再生瀝青混合料路用性能。結(jié)果表明，再生瀝青混合料可滿足瀝青路面使用性能的需要[4]。趙麗華通過分析確定了3種結(jié)構的全透水瀝青路面，其中面層為PAC-13，上基層和底基層均為多孔水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構，其透水效果最好[5]。經(jīng)過材料的優(yōu)化設計，再生瀝青混合料可滿足瀝青路面使用性能的需要，可考慮使用再生瀝青混合料替代PAC-13結(jié)構中的瀝青混合料。

（二）建筑廢棄物（再生水穩(wěn)層）用于基層

韓曉雪使用再生骨料替代天然骨料，制備5種不同配合比的水穩(wěn)級配碎石，對再生骨料水穩(wěn)層結(jié)構的力學性能和抗凍性能進行試驗研究。試結(jié)果表明：在摻和水泥劑量超過3.5%情況下，再生骨料水穩(wěn)級配碎石的無側(cè)限抗壓強度大于3.5MPa，劈裂強度滿足0.4～0.6MPa且變異系數(shù)小于10%。再生骨料可以替代天然骨料用于道路水穩(wěn)層[6]。

（三）全建筑廢棄物再生路面結(jié)構計算分析

基于上述分析，研究提出全建筑廢棄物再生路面結(jié)構層材料設計方案。然后，采用路面設計程序?qū)υ偕访娼Y(jié)構進行初步驗證和可行性探討。公路路面設計程序系統(tǒng)（HPDS2017）是根據(jù)新發(fā)行的《公路瀝青路面設計規(guī)范》有關內(nèi)容編制的，共包括九個程序，本文運用瀝青路面設計與驗算程序HAPDS進行驗算。

1.路面參數(shù)

再生材料性能指標通常不及天然新材料，基于文獻的試驗結(jié)果，再生材料的彈性模量等指標參數(shù)可達到天然材料的80%。面層采用PAC-13的結(jié)構形式以RAP材料為原材料，厚度50mm，模量9000MPa，泊松比0.4；基層上基層鋪筑多孔水泥再生穩(wěn)定碎石，下基層使用水泥石灰再生穩(wěn)定碎石，總厚度為390mm，其中上基層為190mm，底基層為200mm，模量1000MPa，泊松比0.25。本文將以此種路面結(jié)構形式作為計算案例來演示軟件應用并初步驗證再生路面的可行性。

2.交通參數(shù)的輸入

由路面等級得路面設計使用年限，并假設所設計路面限制大型車輛及貨車通行，此處所對應的初始年大型客車、貨車雙向年平均日交通量方向系數(shù)、車道系數(shù)交通量年平均增長率、整體式貨車比例和半掛式貨車比例都取軟件推薦范圍內(nèi)最小值輸入。

3.路面結(jié)構驗算公共參數(shù)輸入

按照天津地區(qū)的季節(jié)性凍土區(qū)調(diào)整系數(shù)、氣溫統(tǒng)計資料及相應的基準路面結(jié)構溫度調(diào)整系數(shù)和基準等效溫度表輸入路面結(jié)構驗算公共參數(shù)。

4.計算結(jié)果

按設計彎沉值計算設計層厚度

LD=46.7（0.01mm）

H（3）=50mm，LS=1.8（0.01mm）

由于設計層厚度H（3）=Hmin時Ls≤LD

因此彎沉計算滿足要求。

H（3）=30mm，σ（3）=0.601MPa

H（3）=30mm（第二層底面拉應力計算滿足要求）

H（3）=105mm，σ（3）=0.605MPa

H（3）=30mm（第三層底面拉應力計算滿足要求）

混合料層永久變形等效溫度TPEF=20.8℃

通車至首次針對車轍維修的期限內(nèi)設計車道上的當量設計軸載累計作用次數(shù)NZB3=109154軸次

混合料層永久變形驗算分層數(shù)N=3

第1分層混合料永久變形量RAI（1）=0.01mm

第2分層混合料永久變形量RAI（2）=0.05mm

第3分層混合料永久變形量RAI（3）=0.08mm

混合料層永久變形量RA=0.14mm

混合料層容許永久變形量RAR=15mm

混合料層永久變形量滿足規(guī)范要求。

通過對結(jié)構厚度驗算可以發(fā)現(xiàn)，分別采用彎沉值和容許拉應力計算設計層厚度均可以滿足設計要求。

三、結(jié)束語

建筑廢棄物是城市建設的寶貴礦產(chǎn)資源，將建筑廢棄物再生產(chǎn)品應用于城市基礎設施建設，是踐行無廢城市理念的實踐路徑，可抑制建筑廢棄物累積產(chǎn)量的增速，助力海綿鋪面道路的建設。