建筑渣土在上海世博会园区道路中的再生利用

2012-01-24孔忠良

城市道桥与防洪 2012年6期

孔忠良

（上海申虹投资发展有限公司，上海 201106）

0 前言

上海城市建设和拆迁改造等产生的大量建筑渣土，成为占据城市空间的累赘。据统计，上海每天产生建筑渣土约为3.7万t，是生活垃圾的3.5倍，占城市固体废弃物总量的30%。未来处置这些废弃物，上海约要投入200亿元。2010年世博会在上海举办，5.28 km2的上海世博会园区不仅创下世博会历史之最，也是上海有史以来最大的单体建设项目，世博园区位于南浦大桥和卢浦大桥之间的黄浦江两岸（见图1），在拆迁和建设过程中产生了大量的建筑渣土，整个上海的世博工程约产生4000万t建筑渣土。

长期以来，我国的建筑渣土再利用没有引起很大重视，通常是未经任何处理就被运到郊外或农村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理。目前国内外还没有成熟的再生利用技术，如何充分利用建筑渣土是迫切需要解决的问题。国外建筑垃圾中的许多废弃物经过分捡、剔除或粉碎后，大多可作为再生资源重新利用。综合利用建筑垃圾是节约资源、保护生态的有效途径。在这方面，日本、美国、德国等发达国家进行得比较早，提供了许多先进的经验和处理方法。20世纪70年代以来，美、日、德等国研究土体固结剂。土体固结剂被广泛应用于道路工程、土木建筑、环境保护、农田水利、港口航道、各种活水固化处理、各种建筑及工业废渣的再利用，取得了显著的经济效益和环境效益。

上海常规的道路设计方案是路基采用石灰土处理，垫层采用砾石砂垫层，基层采用水泥稳定集料。常规方案需要采用新的道路材料，一方面要增加外部土石方资源的开采；另一方面要将道路材料运输到世博园区内。而对于世博园区内如此大量的建筑渣土，如果简单地将大量的建筑渣土需要运出世博园区，需花费几千万元财力、人力、物力，同时对周围环境也产生污染，而且也是资源的巨大浪费。如果建筑渣土回收利用，作为道路建筑材料，就能将建筑渣土变废为宝，作为再生资源重新利用，是节约资源、保护生态的有效途径，符合世博会建设宗旨，也体现了“科技世博”、“生态世博”理念。本文借鉴国外应用经验，通过试验研究提出了建筑渣土再生利用技术。

1 建筑渣土组分分析

上海世博园区内由于拆迁企业厂房和居民住房，出现大量建筑渣土，见图2所示。渣土主要是碎石、碎砖、混凝土碎块等混杂在泥土中，泥土以亚粘土为主，腐植质含量小于5%，主要技术指标见表1所列。

2 固结剂对比选择

通过试验研究，分析了世博园区内渣土的组分与技术指标，渣土为松散材料，本身强度低，单独作为建筑材料性能难以达到技术要求，需要采用土体固结剂来稳定提高材料强度与耐久性。目前土体固结剂类型较多，需要通过比选试验来确定采用何种固结剂来稳定渣土。试验分析选用水泥与HEC两种固结剂，对固结剂稳定渣土的强度、模量与收缩性能等进行了分析，确定采用固结剂类型及用量。

进行强度试验，测定固结剂用量分别为4.5%、6%与8%时渣土7 d龄期抗压强度，见图3所示。渣土强度均随固结剂掺入比的增加而提高，两者近似成正比关系，其中掺加HEC的建筑渣土强度增长速率较快。

表1 世博园区建筑渣土的指标分析表

进行模量试验，测定固结剂用量分别为4.5%、6%与8%时渣土28 d龄期回弹模量，见图4所示。随着固结剂含量增加，材料模量逐渐提高，HEC为4.5%时，材料模量平均在800 MPa左右，6%时，材料模量平均在1000 MPa左右，超过8%时，材料模量平均在1400 MPa。同样掺量的水泥的回弹模量小于HEC的回弹模量。

进行干缩试验，测定固结剂用量分别为4.5%与6%时固结渣土干缩系数，见图5所示。在同等掺入比条件下，掺加水泥的渣土干缩系数较掺加HEC的大，抗干缩性能趋于不利，这一规律在剂量较大时（6%）更为明显。可见掺加HEC渣土抗干缩性能优于掺加水泥。

进行温缩试验，测定固结剂用量分别为4.5%与6%时渣土温缩系数，见图6所示。在高温阶段，HEC的温缩系数小于水泥的；在常温阶段，HEC和水泥的温缩系数相差不大；在低温阶段，随着掺量的不同，温缩系数差别较大。

试验结果表明，与水泥相比，HEC固结渣土具有更好的强度和模量，同时收缩变形较小，因此选用固结剂HEC来稳定建筑渣土。

HEC固结剂是一种无机水硬性胶凝材料，将HEC固结活性元素按比例均匀混合在普通硅酸盐水泥中，形成粉末状的灰色材料。分析HEC固结建筑渣土原理，HEC活性元素在常温洒水作用下首先与水泥活性单元进行交接反应形成强力的粘结剂，与此同时，HEC固结剂的活性组分渗入被固结渣土材料基本单元的相接口上，激发被固结渣土材料中铝硅酸盐的活性，利用多组分复合产生超迭加效应，使之形成多晶聚集体。HEC的水化产物将被固结渣土材料基本单元粘结成为牢固的整体，实现从内部到表面的整体固结作用。渣土中含有60%左右的粗骨料，多晶聚集体紧紧包裹着粗骨料，从而产生较高强度和良好的水稳定性能。

3 结构设计

上海地区常规路面结构：路基采用石灰土处理；垫层为砾石砂垫层；基层为水泥稳定集料。通过对比分析，当HEC剂量为4.5%与6%时，HEC固结渣土强度、模量都能远远超出石灰土路基与砾石砂垫层要求；当HEC剂量为8%以上时，HEC固结渣土强度、模量都能达到与水泥稳定碎石性能要求，因此世博园区中采用HEC固结渣土作为道路的路基、垫层与下基层，如图7所示。

4 材料设计

对于建筑渣土再生利用，要求渣土中不得含有种植土、腐殖土、垃圾土、淤泥质土剂量及稳定建筑渣土性能应用满足表2的技术要求。同时渣土也不得含有杂草、树根或农作物残根等杂物。建筑渣土的粒径不应大于100 mm，同时还应满足表3要求。

固结剂采用土体固结剂HEC，其应用剂量根据结构层位变化，具体的应用要求见表3所列。

表2 HEC固结渣土技术要求

表3 建筑渣土应用要求

5 建筑渣土再生利用技术施工工艺

建筑渣土再生利用技术施工采用了路拌法铺筑实体工程，建筑渣土再生利用施工工序包括备料摊铺渣土、洒水闷料、摆放和摊铺固结剂、拌和、洒水复拌、整型、碾压与养生。施工流程如图8所示。

固结剂稳定建筑渣土作为下基层、垫层与土基，如图9所示。通过现场试验，各项技术指标达到设计要求，对成型后的土基与垫层，测试顶面当量回弹模量，结果表明固结渣土顶面具有较好的承载能力，当量回弹模量达到60 MPa以上。该技术在世博园区道路中大面积推广应用。

6 经济社会效益

利用HEC固结建筑渣土作为道路下基层与垫层、路基属我国首次，材料强度高，水稳定性好，同时取料方便，施工简捷，费用低，共节约开支逾3000万元，具有较好的经济性。

避免大量渣土的外运，降低了运输的能耗，减小了CO2、NO等有害气体的排放，将绿色发展理念融入道路工程建设中。避免渣土堆放占用大量土地，减小对周围环境的影响，充分发挥道路工程建设对低碳经济的支撑作用。实现了渣土的再生利用，避免了新的土石方开采，节约自然资源，保护生态环境，是建设“资源节约型、环境友好型社会”的具体体现。