建筑垃圾在公路工程中的應用研究

徐華鑫

（1.甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.公路建設與養護技術、材料及裝備交通運輸行業研發中心，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

近幾年來，我國經濟發展進入快車道，民眾生活水平進一步提高的同時對于生活環境水平提出了更高的要求。而在我國加速城市化的過程中，由于舊屋改造、樓房建設、拆遷等原因會產生大量的建筑垃圾，建筑垃圾通常會因為利用價值低而被臨時堆放，這不但使建筑垃圾的價值得不到發揮，而且占用了大量的土地資源，造成環境污染。隨著我國城市化腳步地加快，今后還會有更多的建筑垃圾產生，因此找到一種建筑垃圾合理利用的方法，“變廢為寶”尤為重要。

建筑垃圾無毒無害具有可回收的特性，但是目前我國建筑垃圾回收利用的深入研究較少，還缺少系統化利用的處理方案。如果能夠對建筑垃圾作為公路工程建設中的路基材料，不僅可以使建筑垃圾得到妥善處理，而且可以緩解建筑材料資源緊張的問題，節省大筆的原材料費用。

1 建筑垃圾分類與加工

我國在2005年頒布的《城市建筑垃圾管理規定》中對城市建筑垃圾具有較為清晰的定位。城市建筑垃圾指的是在房屋建造和拆除過程中產生的廢土、廢料和其他廢棄物。城市建筑垃圾因為其種類的不同造成了垃圾粒徑的不同，同時成分也復雜多變。經過調查發現，水泥混凝土和磚塊在建筑垃圾中占比最高，可以達到70%～85%，造成了大面積土地資源的浪費，并且對水資源的安全造成威脅，因此本論述探討的建筑垃圾在公路工程中的應用研究主要是針對水泥混凝土和磚塊的有效回收利用來進行的。對這兩種建筑垃圾處理制備混合新料，并對其進行物理化學性能表征研究，探討混合新料在公路工程中的實際應用。

1.1 建筑垃圾的分類

建筑垃圾的產生地域不同、途徑不同、年限不同使得建筑垃圾的種類五花八門，組成成分有較大的區別，也就導致了回收后生產的混合新料有不相同的實用性和適應性。為了使建筑垃圾的回收利用研究效果最大化，對建筑垃圾的分類勢在必行。現階段我國對于城市建筑垃圾較為常用的分類方法是通過成分、粒徑的區別進行分類。建筑垃圾中的廢棄鋼筋、鐵屑可以通過回收進行重新煉化加工，減少鋼鐵等金屬資源的浪費；建筑垃圾中的磚塊、混凝土可以通過收集打碎形成混合新料重新投入公路工程的建筑中，實現廢物利用；建筑垃圾中的木材以及其他高分子材料可以作為造紙的原材料。建筑垃圾中有超過95%的垃圾可以通過回收進行再利用，這不但解決了建筑垃圾的去向問題，更是減少了其他資源的消耗，建筑垃圾回收利用見表1所列。

表1 建筑垃圾回收利用表

本論述主要研究非金屬材料混凝土、磚等材料在公路工程建設過程中的應用，但是由于建筑垃圾組成的復雜性，其實際應用于公路工程建設的操作性有待商榷，同時如何實現對建筑垃圾快速、高效分類仍值得研究。

1.2 建筑垃圾的加工

國外對于建筑垃圾的研究和處理起步較早，尤其以美國為首的發達國家早已形成了一整套建筑垃圾回收加工再利用的完整流程。國外對于建筑垃圾的處理一般分為人工篩選并進行一次破碎、根據需要進行二次破碎、篩分再生骨料。詳細流程見表2所列。

表2 國外建筑垃圾處理流程

而反觀國內的建筑垃圾處理，由于起步較晚再加上沒有合適的處理方法或者處理起來代價遠遠高于收益，于是整體的回收利用流程還不完善，導致絕大部分建筑垃圾的處理方法就是堆放或者填埋，這不但使建筑垃圾的價值發揮不出來，而且占用了土地資源并對環境造成了污染。目前國內建筑垃圾還沒有形成體系化處理，針對混凝土和磚塊的破碎大多使用顎式破碎機。

2 建筑垃圾基本性能研究

2.1 主要組分特性

為了能夠從基礎上了解城市建筑垃圾的各組分性能，從多地對建筑垃圾中的無機材料即混凝土、磚塊、石塊進行組分測試，其組分特性見表3所列。

表3 建筑垃圾主要組分特性

通過表3不難看出，建筑垃圾中的無機材料只有磚塊的吸水率較高，超過了20%，而且其毛體積密度與石塊和混凝土塊相比較少，比混凝土塊的毛體積密度少了0.5 g/cm3，可見磚塊的結構性較差，很容易受力破碎，難以在公路工程建設中直接使用。

2.2 雜物含量

在建筑垃圾中除了混凝土、磚塊、石塊外通常會夾雜著如舊衣物、木塊木條、管線、金屬、玻璃等，這一部分就屬于建筑垃圾雜物。經過研究發現，建筑垃圾所形成的混合料的質量與建筑垃圾中的雜物含量具有直接關系，雜物含量越高，混合料的機械性能越差。所以為了保證建筑垃圾混合料的性能，在建筑垃圾破碎前的一道工序是需要進行雜物清除，確定好雜物含量后，超出標準則通過篩選進行雜物清除，符合標準直接進行破碎。本論述研究所使用的建筑垃圾雜物含量為0.40%，符合相關使用標準。

2.3 壓碎值

建筑垃圾回收利用到公路工程建設中所形成的無機骨料必須符合力學性能測試，滿足公路工程材料性能要求才可以，只有這樣才能經受住各種惡劣環境，且在各種噸位車輛的反復作用力下完好無損，保證公路工程的壽命，避免不必要的損失。建筑垃圾的骨料性能一般用壓碎值來衡量，根據我國相關規定，進行壓碎值測試時，粒徑需控制在13.2～16 mm，公路工程基材的壓碎值不能超過30%，壓碎值的計算公式如下：

其中m0為初始質量，m1為實驗后過篩質量，共做兩組實驗，實驗后質量經2.36 mm篩后稱量，實驗結果見表4所列。

表4 實驗樣品壓碎值

通過表4可以看出，兩組平行實驗結果壓碎值相差只有0.2%，幾乎忽略不計，這說明建筑垃圾回收利用的混合料力學強度較為普通，可能是建筑垃圾中有磚塊存在導致的，但是兩組實驗的平均壓碎值均為15.5%，在公路工程基材壓碎值范圍內，可以用做公路建設工程的基材。

3 建筑垃圾混合料性能研究

3.1 擊實試驗

為了準確測定建筑垃圾是否符合公路工程基材的標準，進行擊實實驗加以驗證，得出建筑垃圾的最佳含水率和最大干密度。為了增強實驗的說服力，從多地進行建筑垃圾取樣，并采用了五種合理取樣方式，具體取樣方式見表5所列。通過對特定取樣的樣品進行破碎，達到一定粒徑的要求后進行擊實實驗。

表5 建筑垃圾取樣表

根據我國道路工程無機結合料穩定材料試驗規程規定，由于本次擊實試驗的建筑垃圾粒徑超過了5 mm，所以不適用輕型擊實試驗，故選用重型Ⅱ標準擊實方法。具體實驗結果見表6所列。

表6 擊實試驗結果

序號5試驗采用了建筑垃圾土和2.5%的水泥混合作為樣品進行擊實試驗，其最大干密度為2.03%。

3.2 CBR試驗

承載比（CBR）這一概念最早由美國提出，以高質量標準碎石作為標準，并得到其他國家廣泛認可。因此本論述通過采用CBR試驗的方法進一步驗證建筑垃圾性能是否符合公路工程基材要求，其中壓實度為98%，方法為單軸貫入得到CBR值，見表7所列。

表7 CBR試驗結果

經過CBR試驗得出建筑垃圾的CBR值為42.9%，這說明建筑垃圾的力學性能完全符合其作為公路工程路基填料的要求。但通過實驗發現，建筑垃圾中的渣土雖然粒徑較小，但其力學性能較差，單獨使用不符合使用要求，將其與水泥進行混合使用，力學性能能夠有較大提升，符合路基填料要求，在實際的公路工程應用中可以將渣土與水泥進行混合配比使用。

通過擊實試驗和CBR試驗的結果發現，建筑垃圾的承載比（CBR）在37.7%~82.2%之間，符合公路工程路基填料的要求，建筑垃圾所生產的骨料其膨脹率也符合標準。

4 建筑垃圾回收利用的社會效益

建筑垃圾的回收再利用具有重要的經濟意義和環保意義，不但解決了讓人困擾的建筑垃圾堆放問題，而且還解決了土地資源占用問題、減少了環境污染問題，變廢為寶將建筑垃圾經過破碎形成不同粒徑大小的骨料投入到公路工程建設中，有效緩解了城市交通壓力。根據調查統計發現我國每年建筑垃圾的產量為15億t以上，未來還有增加的趨勢，因此如果能夠對這部分龐大的建筑垃圾有效利用，就能夠直接減少填埋、堆放用地幾千畝，形成巨大的社會效益。

5 結束語

本論述首先對建筑垃圾的分類進行詳細研究，然后針對無機建筑垃圾的混凝土、磚塊、石塊等建筑垃圾的回收利用進行擊實試驗和CBR試驗，最后得到建筑垃圾的承載比為37.7%～82.2%，符合建筑垃圾作為公路工程路基填料的路用性能要求。在實際的公路工程應用中，需要對建筑垃圾進行一定的配比，這樣才能確保骨料力學強度，發揮其最大作用。