建筑固体废弃物再生填料制备及应用技术研究

慎 莉

（中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023）

新型城镇化建设的不断推进，产生了大量建筑固体废弃物。而我国建筑固体废弃物大多采用露天堆放或填埋的方式进行处理，不仅占用土地资源、污染环境，也给城市生态文明建设带来不利影响。由此，如何对建筑固体废弃物进行再生利用已成为政府、企业关注的热点。但目前建筑固体废弃物的循环利用主要存在以下三个方面的问题：一是缺乏针对建筑固体废弃物这种复杂料源（含钢筋、钢丝、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃）的成套加工设备；二是无成规模成体系再利用建筑废弃物施工案例可借鉴；三是无相关规范和标准，仅有区域试行标准可以借鉴。

南京南部新城在开发建设过程中，需要拆除大量既有建（构）筑物，因而也将产生大量的建筑固体废弃物。为保护环境，降低建设成本，实现南京南部新城建设绿色施工，中铁四局集团联合相关高校、设备厂家就大规模建筑固体废弃物再利用展开系统研究，包括再生填料制备技术、再生填料性能参数及应用、再生填料路基施工及质量控制等方面，并形成了相关规范、标准。

1 再生填料制备技术

通过调研统计，南京南部新城开发建设项目预计将产生超过110万方的建筑固体废弃物，可分为三大类：混凝土（既有建筑物地坪、基础、圈梁、楼板以及周边道路拆除产生的混凝土，约25万m³）；粘土砖（既有砖混结构建筑物墙体拆除产生的粘土砖，约65万m³）；不可利用废弃物（主要包含钢筋、钢丝、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃，约20万m³）。针对如此大规模的料源复杂的建筑固体废弃物，在现有矿山生产线的基础上，进行功能完善、分类细化等改造，并经多次试验运行调整，最终确定了再生填料制备工艺流程和生产线设计流程。

1.1 工艺流程

再生填料制备工艺流程见图1。

图1 再生填料制备工艺流程图

再生填料制备过程主要包括装载机上料、破碎、筛分、水洗、磁选、再筛分等工序。

破碎：选用了两种破碎机进行合作破碎，其中鄂式破碎机通过挤压、弯折和劈裂作用对振动给料机提供的超大粒径料进行破碎，具有抗压强度高、破碎比大、产品粒度均匀等特点；反击式破碎机能处理细碎物料，具有破碎规格多样化的特点。

筛分：在鄂式破碎机后设置了重型筛分机，用于筛分0-25mm、25-50mm、50mm以上三种粒径的混合料；在重型筛分机0-25mm出料口设置了小型筛分机，用于筛分0-25mm混合料中0-10mm、10-25 mm两种粒径的混合料。

水洗：分别在两个节点设置了常规水洗机、小型水洗机，利用浮力原理将轻质物垃圾与砖渣分离。

磁选：分别在颚式破碎机、反击破碎机连接的皮带上设置吸铁器，用于将金属垃圾与砖渣分离。

再筛分：在反击破碎机后设置了成品筛分机，用于筛分0-60mm粒径的合格料及大于60mm粒径的不合格料。

1.2 设备改造及生产线设计

生产线设计流程见图2。

再生填料加工设备的改造主要体现在以下方面：

①在筛分机进料口增设棒条筛。棒条筛由棒条组成并固定在筛框上，可以承受大块建筑固体废弃物的快速冲击，保证筛网侧壁安全。经过改良的振动筛分机结构合理，自动化程度高，机体抗冲击能力强，降低了机械维修频次和难度，提高了筛分机工作效率。

②设置水洗机械对物料进行清洗和分选，并对污水进行循环利用,节水性好，且减少了扬尘。

通过对破碎机械的改造，提升了建筑固体废料精细化分类程度。试运行结果表明，该生产线结构设计合理、自动化程度高，且具有降噪、除尘和杂物处理干净的优点，这样处理后的再生填料在颗粒级配和粒型特征等方面均满足路用性能基本要求。

2 再生填料路用性能研究

在生产线基本稳定及所生产的再生填料基本满足技术指标要求的基础上，从最优级配、成型技术和配比技术等方面开展再生填料技术参数及应用研究。主要方法是将建筑固体废弃物经过合适破碎、筛分，在少掺或者不掺掺合料的情况下，通过实验室系统试验，获得合适颗粒级配和组成，实现建筑固体废弃物转变成再生填料直接用于道路结构中的目的。

图4 水洗机示意图

针对再生填料作为市政道路底基层及以下部位的应用，通过对再生填料的性能试验，并结合试验路段现场检测，得到以下几点结论：

①针对以烧结粘土砖为主要成分的再生填料，借鉴土、碎石等传统填料的性能测试方法，对再生填料的压碎值、自由膨胀率、有机质含量以及易溶盐含量等基本物理性能进行测试；并根据再生填料的特点，在参照相关标准的基础上对再生填料的杂物含量进行测试，再生填料的杂物含量小于1.0%，有机质含量小于 5.0%，易溶盐含量小于0.3%，相关测试结果均满足现行标准要求，为再生填料在市政道路中的应用提供了先决条件；由于再生填料的主要成分为烧结粘土砖，压碎值低于级配碎石，再生填料的压碎值＜35%，略高于标准《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）中对城市快速路和主干路底基层级配碎石或级配碎砾石的要求，结合再生填料的性能测试结果，对其压碎值要求进行了适当放宽，以保证再生填料在市政道路上的应用。再生填料基本参数测试结果见表1。

再生填料基本参数测试结果 表1

②再生填料的室内研究结果表明，在不掺加任何稳定材料的条件下，通过合理控制再生填料的最大粒径与级配，能够保证再生填料具有良好的成型性；再生填料的抗压强度较高，承载比（CBR）等性能也能满足各等级市政道路路床及以下部位对路基填料的要求，表明以建筑固体废弃物生产的再生填料具有应用于市政道路的强度基础。表2为石灰或土掺量对最大粒径60mm再生填料承载比的影响；表3为12%灰土与不同石灰掺量对最大粒径40mm再生填料承载比的影响测试结果。

石灰或土掺量对最大粒径60mm再生填料承载比的影响 表2

12%灰土与不同石灰掺量对最大粒径40mm再生填料承载比测试结果 表3

石灰掺量对最大粒径40mm再生填料7d无侧限抗压强度与承载比的影响 表4

最大粒径为40mm的再生填料掺加3%石灰的7d无侧限抗压强度大于2.5MPa，承载比大于250%，相关性能均满足市政道路底基层的性能要求，且高于12%灰土的相关性能；掺加水泥后的再生填料的相关性能明显高于掺加石灰后的再生填料的性能，水泥掺量3%时的7d无侧限抗压强度已达到3.5MPa。表4为石灰掺量对最大粒径40mm再生填料7d无侧限抗压强度与承载比的影响；图5为石灰掺量对最大粒径40mm再生填料7d无侧限抗压强度与承载比的影响。

图5 石灰掺量对最大粒径40mm再生填料7d无侧限抗压强度与承载比的影响

③结合再生填料的室内研究结果以及相关技术资料，将最大粒径为60mm的再生填料用于软基处理顶部褥垫层与路基下路床及以下部位，最大粒径为40m的再生填料用于市政道路上路床，掺加3%石灰的最大粒径为40mm的再生填料用于底基层，对于性能要求较高的市政道路底基层，可使用掺加3%水泥的最大粒径为40mm的再生填料。并提出不同种类再生填料用于不同等级市政道路底基层及以下部位的技术指标要求以及再生填料施工质量检验技术要求。

④试验路段的现场检测结果表明：随着碾压遍数与填筑层数的增加，再生填料的压实度与地基承载力都有一定程度的增加；增加碾压遍数对弯沉值的影响较小，但增加填筑层数能显著降低弯沉值；再生填料掺加石灰后，相关性能有明显提升，且随着龄期的增加也有明显的改善。

3 再生填料路基施工及质量检测

3.1 再生填料路基施工工艺流程

试验段按设计要求选定两种填料：再生填料加工厂生产的最大粒径不大于30cm大粒径砖渣原料（填料A）；破碎后的砖渣（填料B）。每层填筑前均按照要求对级配、杂物含量、含水率等项目进行检测，相关指标均符合要求后再进行填筑施工。在试验段基槽开挖后底部采用填料A填筑80cm，顶部至设计路床底部采用填料B填筑60cm。

借鉴传统路基填筑方法，采用网格法在试验段进行施工，在每个网格内倒1车料（约20m³），摊平后松铺厚度约为35cm。用水准仪测出各高程控制点的原始高程。填筑时先填筑两侧再填筑中央，中央填料要比两侧稍厚，以形成2%路拱横坡，填筑卸土时保证填料均匀。碾压时从路基边缘向中部碾压，路基施工配备22t单钢轮振动压路机一台，碾压组合为单钢轮压路机静压1遍、弱震1遍、强震4遍（共6遍）。

再生填料具体施工工艺流程见图6。

图6 再生填料施工工艺流程图

施工完成后对路基压实度、地基承载力、弯沉值等进行检测。再生填料用于路床的压实度高于97%，地基承载力大于400kPa，弯沉值小于2mm；再生填料用于底基层的压实度大于98%，地基承载力大于800kPa，且随着龄期的增加，再生填料的弯沉值与回弹模量都有显著的改善，30d时的弯沉值为0.54mm，回弹模量大于180MPa。

已施工路段实测结果表明：再生填料的相关性能可以满足市政道路软基处理顶部褥垫层与底基层及以下部位对填料的性能要求，可用于道路结构的换填层以及路基结构中。

4 结语

通过对既有建筑拆除产生的固体废弃物再利用，南京南部新城开发建设项目共减少占用土地面积约24万m²，节约投资成本约10800万元，社会、环境和经济效益显著，具有广阔推广应用前景。此外，依托南京南部新城开发建设项目，由中铁四局集团主编的南京市地方标准《建筑废弃物在道路工程中应用技术规范》以及《建筑废弃物用于南京南部新城市政道路工程路基下路床及以下部位的设计施工及验收导则》等文献，也可为今后类似工程施工提供借鉴与参考。