道路用建筑垃圾再生无机混合料关键技术研究*

2020-11-30陈全滨马建峰高达毕耀

商品混凝土 2020年9期

陈全滨，马建峰，高达，毕耀

（1. 中建西部建设建材科学研究院有限公司，成都 610000；2. 中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710063）

0 前言

在全国城镇化战略推进、棚户区改造及保障房建造的发展环境下，大量房屋、基础设施因被拆所产生的建筑垃圾堆放在城市周边地区，不仅影响市容环境，并且其堆放占用土地面积，造成资源浪费[1]。

在建筑工程中，混凝土的用量最大，在整个混凝土原材料中，骨料用量居首位，是体积比重最大的组分，占混凝土材料总体积的 60%～70%，每生产 lm3的混凝土大约需要 1700～2000kg 的砂石，使得混凝土用骨料砂、石需求量巨大[2-4]。长期以来，因城市发展建设应用混凝土带来的天然砂石资源的无序开采造成了山体植被破坏，河道损坏，这使得资源匮乏和环境污染问题日益突出，也不符合我国提倡的资源化有效利用的政策。

将建筑固废作为再生骨料开发应用，一方面解决了大量废弃混凝土处理困难，以及由此造成的生态环境日益恶化等问题；另一方面可以减缓建筑业对天然骨料的消耗，从而减少对天然砂石的开采，解决了天然骨料日益匮乏和大量砂石开采对生态环境的破坏问题，保护了人类的生存环境，符合可持续发展的要求。

将建筑垃圾再生骨料作为道路骨料，具有很好的应用前景，但对骨料级配和性能具有一定的要求。本文依据再生骨料级配，通过一定的配比配制出了满足道路用Ⅰ 类及 Ⅱ类骨料，并用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥、石灰—粉煤灰体系检测了 Ⅰ 类及 Ⅱ 类骨料对体系力学性能的影响，以求配制骨料达到道路用骨料的要求，为建筑垃圾再生骨料在道路工程中的应用提供一定的指导。

1 试验

1.1 原材料

表 1 水泥基本性能

表 2 粉煤灰基本性能

表 3 消石灰基本性能

水泥与矿物掺合料的性能、指标如表 1～3 所示。

建筑垃圾是在四川省都江堰某建筑公司取得，对其进行破碎、筛选后分选成 5 类再生骨料。图 1 所示为部分再生骨料基本形状。并将 5 类再生骨料命名为 A1 类砖混石、A2 类砖混石、B1 类大石、B2 类大石和再生砂，测试了各再生骨料品质，结果如表 4 所示。从中可以看出，A1 类砖混石中混凝土块含量低，压碎值较B1类大石大，主要是因为砖混类再生骨料含有大量的疏松多孔的砖瓦碎块。

图 2 为各再生骨料的筛分曲线，结合 DB11/T 999—2013《城镇道路建筑垃圾再生路面基层施工与质量验收规范》[6]中对骨料级配的要求，除再生砂满足水泥稳定底基层颗粒级配外，其余单独使用无法满足水泥稳定再生基层、石灰—粉煤灰稳定基层及底基层颗粒级配要求。

图 1 再生骨料

表 4 混凝土块、砖块及杂物含量

1.2 试验方法

按照 JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[5]中的重型击实法确定再生水泥稳定无机混合料和再生二灰无机混合料的最大干密度和最佳含水量；按照静压成型法成型直径为 150mm×150mm 的圆柱形试件，用于测试力学性能和耐久性能。

图 2 再生骨料的筛分曲线

2 结果与讨论

2.1 水泥、石灰—粉煤灰稳定基层和底基层再生级配骨料

为使建筑垃圾再生骨料能够应用于道路，首先通过筛分引入颗粒粒径为 31.5～26.5mm、19.0～26.5mm 区间内的天然碎石，按照质量比将两种碎石以 7:3 进行混合配制，为 C 类骨料；之后利用再生骨料和 C 类骨料之间搭配，以获得满足标准要求的骨料级配。

（1）水泥稳定基层和底基层再生级配骨料

为得到水泥稳定基层和底基层再生级配骨料，按质量比将 C 类骨料 : A1 类砖混石 : A2 类砖混石 : 再生砂=2:3:1.5:3.5 进行复合，配制出的骨料为 Ⅰ 类骨料；将 C类骨料 : B1 类石 : B2 类小石 : 再生砂 = 2:3:1.5:3.5 进行复合，配制出的骨料为Ⅱ类骨料。级配结果见表 5，Ⅰ类、Ⅱ 类骨料级配均在标准要求级配上下限之间，表明配制骨料满足 DB11/T 999—2013 中骨料级配要求。

利用再生砂配制水泥稳定底基层试验，结果如表 6所示，再生砂在级配上下限之间，满足规范中对水泥稳定底基层级配骨料要求。

表 5 水泥稳定基层再生级配骨料级配

表 6 水泥稳定底基层再生级配骨料级配

（2）石灰—粉煤灰稳定基层和底基层再生级配骨料

通过质量比将 C 类骨料 : A 类砖混石/B1 类大石 :A2 类砖混石/B2 类小石 : 再生砂 = 3.5:2.5:1.5:2.5 配制石灰稳定基层再生级配骨料，级配结果如表 7 所示，配制的Ⅰ类和Ⅱ类骨料级配均在级配上下限之间，表明配制的再生级配骨料满足 DB11/T 999—2013 中对石灰稳定基层骨料级配的要求。

对于石灰稳定底基层再生级配骨料，通过质量比将C 类骨料 : A1 类砖混石/B1 类大石 : A2 类砖混石/B2 类小石 : 再生砂= 4:2:1.5:2.5 复合配制，得出石灰稳定底基层再生级配骨料，结果如表 8 所示，其结果也满足标准要求。

表 7 石灰—粉煤灰稳定基层再生级配骨料级配

表 8 石灰—粉煤灰稳定底基层再生级配骨料级配

通过以上试验，再生骨料与碎石混合后的无机混合料（4.75mm 以上部分）性能指标如表 9 所示，由表可知，无机混合料的性能指标满足 JC/T 2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料无机混合料》[7]中对再生级配骨料（4.75mm 以上部分）性能指标要求。

表 9 无机混合料级配性能指标 %

通过以上试验研究，确定了满足 DB11/T 999—2013 要求的无机混合料所用骨料的配合比，结果如表10 所示。

2.2 再生级配骨料性能

表 10 无机混合料所用骨料的配合比 %

2.2.1 水泥稳定基层、石灰—粉煤灰稳定基层和底基层的最佳含水率和干密度

依据 JTG E51—2009 要求，在测试掺加无机混合料是否满足水泥和石灰稳定基层和底基层力学性能时，需依据检测体系最佳含水率确定力学性能试样的用水量，为此，首先测试了掺加无机混合料的水泥稳定基层、石灰—粉煤灰稳定基层和底基层的含水率和干密度。

（1）水泥稳定基层和底基层的含水率和干密度

首先利用 PS·A32.5 水泥测试无机混合料的含水率和干密度，配合比为水泥 40kg/t，级配料 900kg/t，用水量根据试验情况调整。如图 3 所示为Ⅰ类和Ⅱ类骨料的含水率和干密度，图中曲线的峰值为对应最佳含水率和最大干密度，Ⅰ类和Ⅱ类骨料的最佳含水率为 6.4%和 8.0%，最大干密度为 2182kg/m3和 1973kg/m3。

对于 P·O42.5R 水泥，配合比与 PS·A32.5 水泥一致；用水量根据试验情况调整，试验结果如图 4 所示，Ⅰ类骨料的最佳含水率和最大干密度为 7.3% 和2200kg/m3，Ⅱ类骨料的最佳含水率和最大干密度为8.1% 和 1991kg/m3。

（2）石灰—粉煤灰稳定基层和底基层的含水率和干密度

在测试掺加Ⅰ类Ⅱ类骨料对石灰—粉煤灰稳定基层的含水率和干密度时，石灰—粉煤灰稳定基层配合比为胶材 187.5kg/t，石灰与粉煤灰的质量比为 1:2，石灰粉煤灰质量之和与骨料的质量比为 1:4，级配骨料质量为 750kg/t，用水量根据试验情况调整，结果如图 5 所示，从中可以看出，Ⅰ类的最佳含水率和最大干密度为7.5% 和 2113kg/m3，Ⅱ类骨料的最佳含水率和最大干密度为 9.0% 和 2014kg/m3。

而对于石灰—粉煤灰稳定底基层，除石灰与粉煤灰的质量比为 1:3 以外，其他配比与石灰—粉煤灰基层配合比相同。如图 5 所示为掺加Ⅰ类级配骨料后石灰—粉煤灰稳定底基层的最佳含水率和最大干密度为 8.0% 和2081kg/m3，Ⅱ类最佳含水率和最大干密度为 9.6% 和1985kg/m3。

图 3 PS·A32.5 稳定基层和底基层的含水率和干密度结果图

图 4 P·O42.5R 水泥稳定基层和底基层的含水率和干密度结果图

图 5 石灰—粉煤灰稳定基层和底基层的含水率和干密度

2.2.2 水泥、石灰—粉煤灰稳定基层和底基层无侧限抗压强度试验

（1）水泥稳定基层和底基层抗压强度

利用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥分别检测了含Ⅰ类、Ⅱ类骨料和再生砂基层骨料的无侧限抗压强度。试样成型用料和配比与 3.2.1 中的配比一致，用水量依据最佳含水率而定，试样成型养护 7d 后检测试件的无侧限抗压强度，结果如图 6 所示。依据 DB11T 999—2013 中主干路及其他等级道路水泥稳定基层及底基层对力学性能的要求，基层 7d 最低强度要求为 2.5MPa，底基层 7d 最低强度要求为 1.5MPa。从图 6 可以看出，无论是 PS·A32.5 水泥，还是 P·O42.5R 水泥，利用Ⅰ类和Ⅱ类骨料配制的水泥稳定基层试件强度满足。这表明复合配制骨料应用到水泥稳定基层和水泥稳定底基层能够满足工程需求，具有良好的应用前景。

图 6 水泥稳定基层和底基层再生级配骨料的无侧限抗压强度

（2）石灰—粉煤灰稳定基层和底基层抗压强度

试样成型用胶材、骨料与测试干密度试验一致，用水量依据最佳含水率而定，试样成型养护 7d 后检测试件的无侧限抗压强度如图 7 所示。DB11T 999—2013 中快速路、主干路及其他等级道路水泥稳定基层及底基层要求为，7d 后基层强度 0.8MPa，底基层为 0.6MPa。石灰—粉煤灰稳定基层和底基层的抗压强满足，表明这类再生的级配骨料具有很好的应用前景。

图 7 石灰—粉煤灰稳定基层和底基层再生级配骨料的无侧限抗压强度

2.3 耐久性试验

使用抗冻性试验是评价水泥基材料耐久性的重要指标，无机混合料以 28d 和 180d 龄期在经过 5 次冻融循环后饱水无侧限抗压强度与冻前无侧限抗压强度之比，如图 8、9 所示为水泥体系稳定基层和底基层的抗冻融循环结果。从中可以看出，PS·A32.5 水泥和 P·O42.5R水泥稳定基层的 BDR 在 88%～92% 之间，水泥稳定低基层 28d 的 BDR＞70%，表明两种水泥体系下的抗冻融性能良好，具有较好的耐久性指标。