建筑垃圾材料在公路工程中的应用研究

李建新

摘要：我国经济的突飞猛进发展，建筑行业也得到前所未有的发展机遇。鉴于中国城市化进程的不断加快，我国建筑行业仍需要快速发展，但是，在快速发展的同时，如何实现建筑行业持续、绿色、节能发展，成为人们共同关注的焦点问题。根据调查数据显示，我國每年产生的垃圾量接近4亿吨，其中建筑垃圾占65%以上，且绝大多数建筑垃圾都是未处理状态，随地露天填埋或者堆放，对于建筑环保、绿色、节能发展产生非常严重的不利影响。建筑垃圾难以处理等问题日益凸显，不仅浪费资源，还造成严重的环境污染，同时，占用了城市优先的用地面积，消耗了巨额的征用土地费用，垃圾运输清理费用等，对周边居民的影响也是不言而喻的，因此，需要研究建筑垃圾的类别及基本性质，并将其与常用建筑材料的性能进行对比，更好的进行强化处理，以应用于公路等工程建设中，解决相关问题，并利用建筑垃圾材料创造经济、环保效益。本文主要通过文献研究等方法研究这一课题，内容可分为相关研究与应用分析、建筑垃圾材料分类与处理、具体施工应用技术等部分。通过废旧砖块、废旧混凝土回收再利用施工工艺及再生材料技术性质研究，最终发现再生材料满足规范标准。本文结合具体建筑材料回收再利用技术，并配合案例，对建筑垃圾效益处理问题进行分析，提出相关措施和建议。

关键词：建筑垃圾;公路工程;应用研究

我国城市化发展推动了建筑工程加快发展，由于我国先前对建筑垃圾处理不重视、相关处理技术不完善等因素影响，近年施工垃圾堆积如山，特别是危房拆除等房间工程，产生大量、类别复杂的建筑垃圾。难以处理的建筑垃圾，不仅堆放难，造成土地等资源的浪费，还影响了周围的土壤环境及城市形象。因此，需要积极、多元、深入的研究建筑垃圾在公路等工程中的应用，降低公路建设的成本，更好的实现资源再利用，从而促进公路等工程更健康、稳定发展。

1.公路工程使用建筑垃圾的国内研究、应用现状及其应用意义分析

1.1粉体建筑垃圾

建筑微粉垃圾包括砖粉、混凝土微粉等。砖粉垃圾是因建筑废砖块、再生骨料在分拣、磨细中产生的粉末颗粒，混凝土微粉则是废旧混凝土破碎或磨细时产生的粒径很小的颗粒。

（1）砖粉垃圾。由于该类建筑垃圾具有火山灰化学效应、活性较小等特征，导致其再利难度较大。王晓波等利用强度活性指数研究了微粉的性能，表明再生的建筑微粉各项理化指标可满足相应活性指标，徐东升等对进一步研究了再生微粉理化性能，表明再生微粉化学组分为二氧化硅、氧化铝等，符合二级粉煤灰相关指标要求，因此可用于公路水泥混合材或基层材料，但由于活性等因素影响，需要控制在较小掺量才能保证混凝土等材料的强度要求。

（2）混凝土粉垃圾。相关研究表明混凝土微粉由水泥浆粉末、石灰石颗粒、水泥颗粒等组成，主要含硅酸二钙、二氧化硅等化学成分，潜在活性较好。马纯涛等通过研究发现混凝土微粉活性大于石英砂粉，小于粉煤灰，将混凝土细粉与砖粉混合掺入水泥材料中的活性大于两种垃圾微粉单掺活性，马保国等研究了用混凝土粉替代水泥后对砂浆活性的影响机理，表明若不掺激发剂，则再生微粉明显降低了砂浆的强度，而在使用激发剂的情况下，可大幅激发混凝土粉的强度，毋雪梅等研究了激活混凝土粉的方式，表明氢氧化钠等对混凝土粉有较好激发效果。另有一些研究将再生混凝土粉应用于实际工程，验证了用其代替部分水泥的可行性，并表明一定程度降低了工程成本。

1.2骨料垃圾

建筑垃圾在除杂、破碎等处理后比粉料规定粒径大但小于40mm的材料称为骨料垃圾，包括废旧砖块骨料、混凝土骨料等。混凝土骨料因强度高等原因被广泛研究及应用，废旧砖块骨料因吸水率大、强度低等因素只能应用于公路路基、道路基层等工程，且需要进行相关强化处理。

（1）混凝土骨料。国外对其研究和应用较早、成果丰富，我国随着近年建筑垃圾问题凸显，道路工程等相关公司才开始高度重视、加强研究，如湖北襄樊将混凝土再生骨料应用于公路稳定碎石的基层中，表明其有效的改善了碎石基层的稳定性、降低了造价，又如吴少鹏教授等人具体研究了混凝土骨料的孔隙、吸水率高及压碎值等特征，并针对性的研究相关强化处理的方法，使其可应用于沥青基层中，经强化处理后，使混凝土骨料吸水率降低，与天然的碎石道路基层比，使用再生骨料可使基层更好抵御高低温、水分等因素产生的损害。陈亭等人对混凝土骨料在水泥中的应用进行了击实、强度、水稳定性等试验及回弹、收缩性能的测试，认为在使用水泥等材料稳定混凝土骨料后，其结合料可广泛用于各种道路的路基施工中。因此，种种研究均表明使用相关材料稳定混凝土骨料后，其结合料完全能满足现行公路基层施工规范，可成为混凝土骨料再利用的主要途径。

（2）废旧砖骨料。各类砖块在建筑中的用量十分大，产生的砖块骨料垃圾也十分多，砖瓦类骨料可应用于级配骨料、粉煤灰骨料及水泥稳定骨料等再生骨料中，最终配制品可应用于公路路基、路面基层及人行道基层中。如北京昌平区利用再生骨料建设白马西延路的路基，最终抗压强度、抗冻性能、弯沉值等均符合二级重载道路的指标要求。王武样等人研究了用粉煤灰改善砖块骨料的密度、强度等性能，表明此工艺是可行的，且具有较好材料性能和经济性。肖田等人进行了混合废砖骨料与混凝土骨料的再生实验，并系统研究其在稳定基层中的应用，表明合适掺量的混合骨料能满足各级公路基层相关技术性能要求。

（3）废旧沥青骨料。国外对废旧沥青再生利用的研究早在上世纪初就开始了，并形成了体系完善的再生技术和技术规程，相关技术也在世界范围内得到广泛推用。我国的相关研究及成果也较丰富，如吴晓春研究了沥青骨料用于水泥结合料稳定基层的效果，试验表明合适掺加沥青骨料能提升碎石基层抗裂性能，且经济性较好，又如薛永江研究和总结了道路基层使用沥青再生骨料的工艺，表明采用沥青再生混合料后的水泥基层呈现出中早期强度提升的特征。

2.建筑垃圾材料的分类、加工及应用意义分析

建筑垃圾中含有大量的混凝土、沙石粒、砖瓦等废料，各类废料成分不同、较复杂，按照原始材料及粒径大小的不同可分为不同类别，但建设行业尚无明确的定义。具部分城市对建筑垃圾的调查，发现水泥混凝土、砖块等垃圾比重最大，粒径有大有小、成分复杂，但在利用建筑垃圾前，需要对其进行分类，并结合具体工程要求进行制备。

2.1建筑垃圾材料分类

建筑垃圾按原材料性质可分为金属、非金属、有机品、废旧物品等不同种类，因组分复杂等因素，有着不同的再生适用性，按粒径可分为粉体、骨料等类别。包括混凝土、沙石、砖块等，道路工程也主要应用此类建筑废物，但一般根据粒径大小进行分类、再加工，如将粒径小于0.16mm的颗粒废物称为粉体材料，将粒径小于40mm的建筑垃圾成为骨料，不同材料适用于公路工程还有具体的粒径处理要求，如美国应用混凝土骨料时，控制其粒径小于19mm。另外，因建筑垃圾成分复杂、杂质多等因素影响，具体公路工程应用时将进行垃圾杂质分离，并进行其他特殊处理，才能满足公路路基等工程的技术要求。

2.2建筑垃圾材料加工

由于我国建筑垃圾相关研究、应用较晚，相关加工工艺及设备尚不成熟。一般而言，建筑垃圾加工过程包括：①人工分类处理，将建筑垃圾按照需求进行分类后，按照使用需求对其做杂质清除处理，再利用破碎机等设备将其破碎成不同粒径的集料;②二次破碎处理，对经过一次破碎后的材料根据工程使用的粒径要求，采用滚筒等设备破碎集料;③建筑垃圾集料筛分与处理，将二次破碎材料进行筛分为符合不同工程粒径要求的再生粉体材料、骨料。目前国内建筑垃圾材料加工尚无统一规程，杂质处理、集料破碎等工作的效果也尚待提升，更精准的加工，才能更好的将其推广、应用于公路施工等工程，使其达到保证质量、环保、降低成本等作用。

2.3道路工程利用建筑垃圾材料的意义分析

近年由于公路、建筑等工程多，耗费的砂石、混凝土等材料也多，但部分材料较易获取且单价低廉，而未被重视合理、再生利用等问题，随着近年来资源枯竭、建筑垃圾剧增等问题凸显，建筑垃圾再利用等课题才被逐渐重视。

综合而言，公路工程使用由建筑垃圾处理而成的再生材料，有重要意义：①解决建筑垃圾大量堆放、难以处理及运输等问题，各地就近利用建筑垃圾，可变废为宝，使公路工程更生态环保;②研究、应用可使建筑垃圾的处理多元化、科学规范化;③推动建筑垃圾应用于其他公路建设工程甚至其他行业的建设，逐渐解决相关材料短缺等问题，创造更好的经济、环保效益。

3.公路路基工程应用建筑垃圾材料的相关技术研究

3.1处理方法、形式

以常见的黄土地质为例，黄土层一般土质均匀、疏松、孔隙大、渗透性强，因此公路地基工程首要考虑提升路基水稳性和承载力，常采用垫层、强夯置换、添加消石灰、挤密桩法等方法。

使用建筑垃圾混合料处理此类地基时，应格外注意承载力等技术指标，常采用的处理方法有：①挤密桩法。直接将混凝土骨料等建筑垃圾挤压密实，填孔或直接铺实压密，或添加粘土、灰土等透水性差的细粒材料后进行混合填孔，在施工前需进行耐水性、承载比等实验测试;②换土垫层法。若原始土湿度大、疏松明显的土层厚度较小时，可挖掉原有土层，换填性能符合要求的建筑垃圾再生混合料。由于施工层对材料性能要求的不同，在不同的路基部位可应用不同的建筑垃圾再生材料，一般首先满足地基水稳定性、承载力等要求，尽量用强度较好的混凝土骨料为材料，结合挤密桩等方法来提升路基的承载力，在高速路等技术要求相对高的路基施工时，可采用CFG桩、深层强夯等方法提升垃圾再生填料的强度、密实度，从而提升路基承载力。

3.2应用机理

以桩施工技术为例，由于混凝土、砖石骨料与碎石性质相似，采用建筑垃圾与采用灰土、碎石等材料的施工工程基本相同，施工作用机理包括挤密、桩体置换等作用：①土体侧向挤压、密实。由建筑垃圾挤压后形成的混合材料桩将原有土体向四侧挤压，使桩周附近土层变得更密实，进而提高相关路面路基整体土层的密实度和抗渗性。根据相关理论，采用冲击、沉管等成孔技术时，将在孔周围形成相应半径的挤密区，破坏区内土体原本的疏密程度，挤密区内土壤密度大大增加，而挤密区外则为弹性区，密度、结构无变化。相邻位置挤密桩，若有相交的挤密区，则能相互加强该区域的挤密效果，因此若路段内挤密桩密集，则能进一步大幅提升该路段路基的密度程度。②桩体置换。混凝土骨料、砖块骨料等强度高于土体的垃圾材料形成的密实桩体，取代了原本疏松的土壤，密实桩及其挤密区的强度、抗变形性均高于原始土体，因此施工后的复合地基得到充分的性能改善，如沉降量、稳定性、抗破坏等性能大幅提升。③桩体应力。密实桩变形模量较桩间及非挤密区的路基变形模量大，使荷载向桩方向集中，从而降低路基一定深度原始土层所受的应力，降低了相关受力层压缩、湿陷变形的程度。

3.3施工质量检测及控制标准

使用建筑垃圾再生材料直接铺填路基时，首先清理地表，然后逐层水平填筑。填筑层的厚度、密实度等应符合技术规定。施工完成后需要進行具体的质量检测，如压实度等指标的检测，现场取样后比较取样材料干密度与标准击实最大干容重，对大粒径小于40mm的材料采用重型击实等方法测定，若再生骨料未经严密的粒径处理，粒径大于40mm，就不能采用常规的测量方法，因为骨料颗粒形状、组成将在实验中产生较大变异，导致所测结果与实际差异较大。

弯沉检测一般使用灌沙等方法，过程较复杂，可能因颗粒分布不均导致检测值存在偏差，因此一般通过多次测量排除异常现象，或采用轮迹法、沉降差观测等直观方法。以沉降差观测法为例，在公路路基表面铺筑、碾压完成后，用油漆等材料布置标注测点，一般沿路堤并排布置，布点应避免位于骨料上或压路机无法压实的位置;然后用水准仪等设备检测每个断面观测点的高程参数，使用静载振动机进行不同频率的碾压检测，记录相应的观测点参数;最后根据观测数据分析垃圾填料铺设厚度、施工碾压过程与最终施工质量的关系，最终确定并采取最合理的施工操作，控制公路路基的施工质量。

结束语：

综上，国内关于公路工程再生利用建筑垃圾材料的研究较晚，相关处理技术不成熟，主要缺少完善的建筑垃圾再生技术规程的研究和总结，多数研究也停留在理论层面，很多技术未大规模使用。为更好的应用建筑垃圾，本文从建筑垃圾分类、研究与应用情况、施工工艺与质量检测等方面，总结和探究了建筑垃圾在公路路基等工程中的应用，希望能为相关人员提供技术参考，促进我国建筑等领域可持续发展，提升可再生建筑垃圾材料的社会、经济效益，同时本文也存在内容、研究深度等方面的不足，今后还应进一步的完善。

参考文献

[1]王晓波，陆沈磊，张平.建筑垃圾再生微粉性能研究及应用探讨[J].粉煤灰，2013，24（6）：24-26.

[2]邵江.利用再生骨料制备再生混凝土及其性能的研究[D].广西大学，2013.

[3]张小娟.国内城市建筑垃圾资源化研究分析[D].西安建筑科技大学，2013.

[4]顾淑英，张建业.城市建筑垃圾分类及资源化利用现状[J].建筑·建材·装饰，2015（7）.

[5]毛新奇，屈文俊，朱鹏.建筑垃圾再生微粉的研究现状[J].混凝土与水泥制品，2015（8）：89-93.