建筑废弃物应用于透水路面结构层的思考

2021-12-30陈香庆郭沁雨

科学咨询 2021年4期

杨川陈香庆徐德郭沁雨

(中国民航大学机场学院天津 300300)

一、背景

建筑垃圾主要是指工程新建、改扩建及危旧建筑物的拆除过程中产生的固体废弃物，主要分为道路建设废弃物和建筑废弃物。到2020年，我国还将新增建筑物面积约300亿m2，建筑垃圾产生量将会达到50亿t[1]，预计占城市垃圾总量的30%～40%[2]。透水型路面是建设“海绵城市”的一个重要部分，其推广使用，可有效提升城市的透水面积，促进雨水直接向土体渗透，保持水源。若将建筑废弃物重新应用于城市基础设施建设，特别是应用于透水路面建设中，不仅能节省巨额的建筑废弃物清运处理费用，减少用于路面建设的自然资源的消耗，而且利于改善城市水环境，具有良好的经济效益、生态效益[3]。

二、建筑废弃物用于透水路面结构层的思考

（一）废旧沥青路面铣刨料用于面层

废旧沥青路面铣刨料（RAP，Reclaim asphalt pavement）是道路废弃物的一种，也是再生附加值较高的宝贵道路矿产资源，考虑将RAP材料通过再生技术再生利用为透水路面的面层是可行的方案。

赵斌通过车辙试验、汉堡车辙试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，从高温稳定性、水稳定性和耐久性等方面技术性能，评价了再生沥青混合料路用性能。结果表明，再生沥青混合料可满足沥青路面使用性能的需要[4]。赵丽华通过分析确定了3种结构的全透水沥青路面，其中面层为PAC-13，上基层和底基层均为多孔水泥稳定碎石的结构，其透水效果最好[5]。经过材料的优化设计，再生沥青混合料可满足沥青路面使用性能的需要，可考虑使用再生沥青混合料替代PAC-13结构中的沥青混合料。

（二）建筑废弃物（再生水稳层）用于基层

韩晓雪使用再生骨料替代天然骨料，制备5种不同配合比的水稳级配碎石，对再生骨料水稳层结构的力学性能和抗冻性能进行试验研究。试结果表明：在掺和水泥剂量超过3.5%情况下，再生骨料水稳级配碎石的无侧限抗压强度大于3.5MPa，劈裂强度满足0.4～0.6MPa且变异系数小于10%。再生骨料可以替代天然骨料用于道路水稳层[6]。

（三）全建筑废弃物再生路面结构计算分析

基于上述分析，研究提出全建筑废弃物再生路面结构层材料设计方案。然后，采用路面设计程序对再生路面结构进行初步验证和可行性探讨。公路路面设计程序系统（HPDS2017）是根据新发行的《公路沥青路面设计规范》有关内容编制的，共包括九个程序，本文运用沥青路面设计与验算程序HAPDS进行验算。

1.路面参数

再生材料性能指标通常不及天然新材料，基于文献的试验结果，再生材料的弹性模量等指标参数可达到天然材料的80%。面层采用PAC-13的结构形式以RAP材料为原材料，厚度50mm，模量9000MPa，泊松比0.4；基层上基层铺筑多孔水泥再生稳定碎石，下基层使用水泥石灰再生稳定碎石，总厚度为390mm，其中上基层为190mm，底基层为200mm，模量1000MPa，泊松比0.25。本文将以此种路面结构形式作为计算案例来演示软件应用并初步验证再生路面的可行性。

2.交通参数的输入

由路面等级得路面设计使用年限，并假设所设计路面限制大型车辆及货车通行，此处所对应的初始年大型客车、货车双向年平均日交通量方向系数、车道系数交通量年平均增长率、整体式货车比例和半挂式货车比例都取软件推荐范围内最小值输入。

3.路面结构验算公共参数输入

按照天津地区的季节性冻土区调整系数、气温统计资料及相应的基准路面结构温度调整系数和基准等效温度表输入路面结构验算公共参数。

4.计算结果

按设计弯沉值计算设计层厚度

LD=46.7（0.01mm）

H（3）=50mm，LS=1.8（0.01mm）

由于设计层厚度H（3）=Hmin时Ls≤LD

因此弯沉计算满足要求。

H（3）=30mm，σ（3）=0.601MPa

H（3）=30mm（第二层底面拉应力计算满足要求）