建筑垃圾路基填料力學性能研究

林京松,黃巖峰

(廣西交通設計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

目前,我國處理建筑垃圾的主要方式是找一塊空地堆放或將其埋入地底[1-2]。但這樣的處理方式會浪費很多的土地資源,而且會對周圍環境帶來難以預測的不良后果。所以,將建筑垃圾用來填筑路基是一個非常好的資源利用方法[3-4]。為了更好地將建筑垃圾用于路基填筑,本文對建筑垃圾力學性能進行研究。

近年來,一些學者也對建筑垃圾材料用于路基進行深入探討[5-7],通過對建筑垃圾進行擊實、CBR試驗,了解到小顆粒可以幫助大顆粒建筑垃圾達到更密實的狀態,并提高其最大干密度和CBR值;在相同條件下,建筑垃圾與普通路基填料相比具有更好的強度和穩定性。另外王新宇等[8-10]分析了建筑垃圾中含有許多雜質,其中有三種含量最多,分別為磚、混凝土塊以及砂漿,且吸水率和壓碎值最大的是磚,而混凝土塊恰好相反。有學者[11-13]了解到在建筑垃圾中大顆粒在外力的作用下容易轉換為小顆粒,進而能夠提高總體建筑垃圾路基填料的密度和承載力。

本文通過研究總結國內外已有技術和科研成果,對建筑垃圾路基填筑材料進行力學性能試驗,提出建筑垃圾的各項技術指標,了解在不同比例下的建筑垃圾擊實結果和CBR值。

1 建筑垃圾技術指標分析

1.1 建筑垃圾的組成

試驗用的建筑垃圾需從施工現場取料,對其進行風干處理。試驗結果如表1所示。

表1 建筑垃圾各成分比例表(%)

由表1可知,建筑垃圾填筑材料中所含有的物質十分復雜,以磚塊、廢舊混凝土和砂漿等為主,摻雜一些對工程不利的物質,如木質材料、金屬材料以及泡沫等,施工前需要清除這些物質。

1.2 技術要求

在利用建筑垃圾填筑路基時,需要了解關于建筑垃圾材料物理性能指標,如吸水率、密度、承載比等,結果如表2所示。從表2可以看出,由于建筑垃圾填料中含有大量的磚塊和砂漿,導致填料具有內部孔隙大,吸水率高以及強度低等特點。

表2 建筑垃圾材料的檢測結果表

2 建筑垃圾室內試驗結果分析

2.1 篩分試驗

對原始建筑垃圾材料進行篩分,了解其級配情況,試驗結果如下頁圖1所示。

圖1 原始建筑垃圾材料篩分曲線圖

通過圖1可知,建筑垃圾顆粒之間是連續的,通過篩分曲線計算得出建筑垃圾的不均勻系數與曲率系數分別為Cu=30.5、Cc=2.53,滿足規范要求的Cu≥5,Cc=1～3,因此原始骨料級配良好。

2.2 擊實試驗

為了解建筑垃圾中磚塊、廢舊混凝土以及砂漿在不同比例組合下對其路基填料的最佳含水率和最大干密度的影響,選用5種比例進行擊實試驗,配合比情況如下頁表3所示。

表3 建筑垃圾配合比情況表

根據表3中建筑垃圾的配合比進行擊實試驗,試驗結果如圖2所示。

圖2 不同配合比下的建筑垃圾擊實試驗結果曲線圖

根據上述擊實曲線,了解到建筑垃圾的含水率與干密度在不同比例下的變化趨勢如圖3、圖4所示。

圖3 不同配合比下最佳含水率變化曲線圖

圖4 不同配合比下最大干密度變化曲線圖

由圖3、圖4可知,在建筑垃圾路基填料中,磚塊含量越高其含水率就越大,而最大干密度則逐漸變小;填料的最佳含水率為12.11%～17.12%,最大干密度為1.45～1.67 g/cm3。其中,純磚塊的最佳含水率達到最高,但最大干密度卻降為最低;與之相反的是當磚塊∶廢舊混凝土∶砂漿=2∶5∶3時的建筑垃圾路基填料。由此可以說明,影響建筑垃圾中含水量、干密度的大小與磚塊含量有很大的相關性,原因在于磚塊表面孔隙率較大,吸水性強,強度低,在外力的作用下容易破碎;而廢舊的混凝土強度高不易破碎,吸水性弱。

2.3 CBR試驗

通過控制壓實度來進行不同配合比下的建筑垃圾CBR試驗,其中壓實度的控制參數分別是96%、93%、90%。試驗結果如表4所示。

表4 承載比試驗結果表

由表4可知,各個配合比建筑垃圾的膨脹量隨著壓實度的增加均逐漸增加,因為建筑垃圾在壓實度偏小時,相同體積下的質量較少,導致密度變小。當建筑垃圾壓實度偏大時,相同體積下質量會增加,密度變大。建筑垃圾膨脹率較小,為0.6×10-5～9.5×10-5,說明建筑垃圾在吸水后膨脹量小,水穩定性好。建筑垃圾在不同壓實度的作用下,CBR值為24.56%～94.76%。由規范可知,對路基填料CBR值要求為≥8%,因此,在不同配合比下的建筑垃圾路基填料的CBR值均可達到設計指標。綜上所述,建筑垃圾可以作為很好的路基填筑材料,且力學性能良好。根據上頁表4,可以得到各個配合比的建筑垃圾在不同壓實度下,干密度、CBR的變化曲線,如圖5～6所示。

圖5 各配合比下CBR與壓實度關系曲線圖

由圖5可知,隨著建筑垃圾中磚塊含量逐漸增大,其CBR值沒有呈現出一直減小的狀態;當建筑垃圾中的磚塊∶廢舊混凝土∶砂漿=3∶4∶3時,壓實度處于90%、93%以及96%都達到最大值,均大于配合比為2∶5∶3、4∶3∶3的CBR值。原因在于:配合比為2∶5∶3的建筑垃圾中磚塊含量較少,在外力的作用下破碎后的小顆粒含量較少不足以填滿大顆粒形成的孔隙;而配合比為4∶3∶3的建筑垃圾磚塊含量較多,廢舊混凝土含量較少,填料的總體支撐力下降,導致CBR值不高。由圖6可知,5種配合比下的建筑垃圾干密度都隨著壓實度的增大而逐漸增大,在不同壓實度條件下,干密度最小的是純磚塊,干密度最大的建筑垃圾配合比為2∶5∶3。

圖6 各配合比下干密度與壓實度關系曲線圖

3 結語

本文對建筑垃圾進行力學性能試驗,通過分析總結,提出關于建筑垃圾的各項指標要求,由此得出如下結論。

(1)通過室內試驗如吸水率、密度以及塑性指數等,了解到建筑垃圾中含有孔隙率比較大的顆粒,導致吸水性高,強度較低。

(2)隨著建筑垃圾中磚含量所占比例的增加,其最佳含水率值也隨之上升,最大干密度值則隨之下降。在配合比為2∶5∶3時最佳含水率值達到最小,最大干密度值達到最大,而當建筑垃圾中只含有磚塊時,含水率和密度值與其恰好相反。

(3)根據承載比試驗表明,建筑垃圾的膨脹率很小,僅介于0.6×10-5～9.5×10-5;每種配合比下建筑垃圾的CBR值、干密度都隨著壓實度的增加而增加。

(4)建筑垃圾的干密度值隨著磚塊含量的減少逐漸增加;當建筑垃圾的配合比為3∶4∶3時CBR值達到最大值,其最小CBR值為24.56%時,滿足規范要求。