建筑垃圾材料回填路基关键技术研究

周英毅

摘要：为响应资源循环可再生理念，文章对建筑垃圾材料回填路基技术进行研究，介绍了建筑垃圾材料破碎处理得到再生骨料的生产工艺，并通过对比5种不同再生骨料掺量下水泥稳定碎石的无侧限抗压强度、劈裂强度和干缩系数，探究再生骨料对水泥稳定碎石性能变化的影响规律，推荐再生骨料的适宜掺量为30%～40%。同时，以实际路用工程为例，通过检测分析进一步验证了建筑垃圾回填路基的有效性。

关键词：建筑垃圾;再生骨料;路基回填;力学性能;掺量

0 引言

近年来，国内基础建设迅猛发展，各类混凝土建筑及道路耗费大量的矿石资源。与此同时，也伴随了大量废弃建筑材料的拆除和产生。据不完全统计，每年全国各类建筑垃圾总量达到20亿t以上。根据建筑垃圾管理处置要求，传统做法是将各类建筑垃圾进行集中堆放或填埋，不仅占用大量公用土地资源，还会造成环境污染恶化[1-3]。因此，将建筑垃圾材料进行综合再生利用势在必行。现有研究表明[4-6]，廢旧建筑垃圾根据不同类型可以进行多样化处理模式，道路产生的废旧沥青混凝土可利用沥青再生技术进行二次铺筑，建筑及道路产生的废旧水泥混凝土可通过专业化的破碎生产线加工成再生骨料，可再次应用于部分中低质量要求的工程项目中。其中，建筑垃圾材料回填路基将成为新的研究和应用领域[7]。传统路基铺筑分为土路基、石路基和石土路基。根据道路铺筑地质环境需求，针对软土及部分河川附道建议采用石路基进行铺筑。水泥稳定碎石基层材料作为半刚性材料，是高等级公路通常采用的路基形式[8]。本文将建筑垃圾材料综合应用于水泥稳定碎石基层，旨在进一步验证建筑垃圾材料回填路基的有效性并进行推广，推动这一关键技术水平提升。

1 建筑垃圾再生处理

建筑垃圾不能直接应用于工程建设项目中，需要通过破碎生产线进行加工处理，生产出不同粒径范围的再生骨料。破碎设备一般可以分为颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机和冲击式破碎机等。一般一套生产线会根据建筑垃圾情况配置两种以上不同类型的破碎机，颚式破碎机适用于建筑垃圾材料的第一道破碎工序，主要是将大型的砖块或混凝土进行破碎，破碎后的混凝土会被流水线履带传送至第二道破碎设备进行精细化处理。与此同时，经破碎产生的再生骨料将通过循环的履带传送并进行多次重复性的破碎工作。传送履带设有不同孔径的漏网，传输的再生骨料根据不同粒径范围将会被分别传送至不同的仓储车间。漏网孔径将直接影响再生骨料的粒径大小，一般一套生产线将会生产3～4种不同粒径范围的骨料，分别为<0.15mm、0.15～15mm、5～25mm。此外，在此过程中将会伴随大量分拣、冲洗、筛分等细部工作。其生产流程如

2 建筑垃圾材料回填路基材料方案设计

本研究主要针对建筑垃圾材料回填基层材料的性能进行综合评判，同时研究建筑垃圾材料（再生骨料）在基层结构中的适用量，探寻科学合理的旧料使用率。因此，共设计了五组不同再生骨料掺量下的水泥稳定碎石材料，掺量分别为0%、10%、20%、30%、40%。水泥稳定碎石各组成材料分别为：

（1）再生骨料（RA）

研究选用的再生骨料为道路改扩建工程中水泥混凝土路面破碎加工产生的，该骨料经过破碎加工工艺处理，表面沙尘含泥量较低，棱角性较好，符合再生骨料利用的技术要求，其相关性能指标检测结果如表1所示。

（2）天然骨料（NA）

研究选用的天然骨料为湖北产的石灰岩，表面洁净无杂质，对其压碎值、卵石含量等指标进行检测的结果如表2所示，符合公路路面基层施工技术细则中对天然骨料的技术要求。

（3）水泥

水泥作为基层碎石材料中重要的稳定剂，直接影响碎石的嵌挤粘合性能，水泥的水化过程会提升材料整体的强度。研究选用的水泥为P·O42.5缓凝水泥，其技术指标如表3所示。

根据《公路路面基层施工技术细则》中对水泥稳定碎石基层材料的级配设计要求，既要考虑施工路段的地质及环境因素，又要考虑施工技术条件限制，通常可采用适用性较高的级配选择应用于基层铺筑工程中。室内确定的连续级配结果如表4所示。

在设计级配确定的基础上，根据不同再生骨料掺量下对水泥剂量的选择进行了确定。通过调整不同水泥剂量来观测水泥稳定碎石的含水率和干密度变化规律，最终分别确定了不同再生骨料掺量下水泥稳定碎石最佳的水泥使用剂量（如下页表5所示）。

3 建筑垃圾材料回填路基材料性能测试

3.1 无侧限抗压强度

基层材料属于道路结构层次的底部，既承受竖向传递作用的行车荷载，又面临着基层软土结构的变形破坏诱发的开裂问题。因此，对于基层材料的选择需着重关注其力学性能影响。抗压强度作为表征水泥稳定碎石基层材料力学性能之一，分别对其不同龄期下的强度进行对比分析，有利于进一步探究再生骨料作为替代材料的性能优劣。研究对五组不同再生骨料掺量的水泥稳定碎石的无侧抗压强度进行统计，如表6和图2～3所示。

由以上图表可知，随着养护龄期的增长，掺加再生骨料的水泥稳定碎石材料的无侧限抗压强度在逐渐提升。其中，再生骨料掺量的逐渐增加会导致抗压强度的降低。当再生骨料掺量为40%时，其7d、14d、28d对应的抗压强度值较普通水泥稳定碎石强度分别下降了6.42%、10.65%和9.75%。再生骨料是将废旧的建筑垃圾材料进行特殊破碎工艺获取的，在破碎过程中，再生骨料会受到含有砂浆附着等不利因素影响。此外，再生骨料压碎值、磨耗值的下降也在一定程度上影响其水泥稳定碎石的抗压强度。但作为基层材料而言，虽然其性能较普通水泥稳定碎石有所下降，但仍满足实际道路铺筑的质量要求。

3.2 劈裂强度

用水泥稳定碎石材料作为基层结构，易产生底部开裂问题，尤其是在寒冷环境下更易产生此类问题。研究掺再生骨料的水泥稳定碎石材料的抗开裂性能，有利于揭示再生骨料掺量对劈裂强度的影响规律。研究对不同掺量在不同龄期下的劈裂强度进行统计，如表7和图4～5所示。

由以上图表可知，再生骨料掺量的逐渐增大会对水泥稳定碎石材料的性能产生不利影响，其劈裂强度有不同程度的下降。当再生骨料掺量分别为20%和40%时，其28d劈裂强度分别下降了6.55%和13.83%，说明掺量的增长对劈裂强度下降的影响是较大的。因此，不能单纯考虑增加再生骨料的利用率而忽略其对材料性能下降带来的不利影响。试验所选用40%的再生骨料掺量，虽然使得水泥稳定碎石的劈裂强度有所下降，但仍旧在公路施工设计所要求达标的强度等级下，可进一步观察其相关性能的影响变化。

3.3 干燥收缩性能

对于水泥稳定碎石而言，在复杂多变的服役环境下，水泥的水化反应会使得内部结构产生一定的收缩变形。同时，基层材料中水分子的迁移也会使得材料的含水率和密度产生变化，在一定程度上会积聚内部能量，从而诱发混凝土出现裂缝。研究采用电子位移传感器观测了不同再生骨料掺量下水稳碎石材料的位移变形数据（如图6所示）。

如图6所示，随着养护龄期的增加，水泥稳定碎石的干燥系数是逐渐增大的，系数的增加表明其干缩收缩变形诱发的位移增大，会加剧材料的内部损伤。这主要是因为受空气中水分子迁移影响，材料内部逐渐产生新的化学反应。相较于普通水泥稳定碎石基层材料，掺加再生骨料的水泥稳定碎石的干缩系数明显较小。当掺量为30%和40%时，两者的干缩系数变化较为接近，且是该五种组合方案中干缩系数最小的。这主要是因为再生骨料是由废旧建筑垃圾材料回收得到的，其性能经过长时间的服役已趋于稳定，将其应用于基层材料中，水分子的增长对其的影响是较小的，内部材料整体的平衡和均和使得材料不会产生较大的干燥收缩变化，在一定程度上可以延长路基材料的使用寿命。

4 工程应用及检测分析

从实验室掺再生骨料的水泥稳定碎石性能对比分析结果来看，掺量的增加会促使材料的抗压强度和劈裂强度有所降低，但对于材料的干燥收缩变形是有利的。因此，建议在工程中对再生骨料回填应用于基层的掺量控制在30%～40%之间。2018年，某高速改扩建工程中对部分路段基层材料进行建筑垃圾回填利用，采用再生骨料掺量为40%，其路面结构如图7所示。

研究对两种不同路基材料进行检测分析，主要测量了路基的压实度、弯沉值及含水率等指标，其检测对比分析结果如下页表8和表9所示。

通过对部分基层路段代表点的检测分析，综合认为40%再生骨料掺量用于基层铺筑质量达标，取得预期效果，能够有效利用建筑垃圾材料，实现低碳环保节约型施工模式。

5 结语

建筑垃圾回填路基需考虑再生骨料的处理技术工艺，也要考虑其在水泥稳定碎石材料中的适用性和材料稳定性。研究通过对比分析不同再生骨料掺量下水泥稳定碎石的无侧限抗压强度、劈裂强度和干缩系数，认为再生骨料的掺加会降低抗压强度和劈裂强度，但对材料抵抗收缩变形的能力是有利的，最终推荐了30%～40%的适宜掺量。通过实际工程的应用和检测分析，进一步验证了建筑垃圾材料回填路基的有效性，该技术方案值得进一步推广应用。

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