建筑垃圾在公路工程中的应用研究

徐华鑫

（1.甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030；2.公路建设与养护技术、材料及装备交通运输行业研发中心，甘肃 兰州 730030）

0 引言

近几年来，我国经济发展进入快车道，民众生活水平进一步提高的同时对于生活环境水平提出了更高的要求。而在我国加速城市化的过程中，由于旧屋改造、楼房建设、拆迁等原因会产生大量的建筑垃圾，建筑垃圾通常会因为利用价值低而被临时堆放，这不但使建筑垃圾的价值得不到发挥，而且占用了大量的土地资源，造成环境污染。随着我国城市化脚步地加快，今后还会有更多的建筑垃圾产生，因此找到一种建筑垃圾合理利用的方法，“变废为宝”尤为重要。

建筑垃圾无毒无害具有可回收的特性，但是目前我国建筑垃圾回收利用的深入研究较少，还缺少系统化利用的处理方案。如果能够对建筑垃圾作为公路工程建设中的路基材料，不仅可以使建筑垃圾得到妥善处理，而且可以缓解建筑材料资源紧张的问题，节省大笔的原材料费用。

1 建筑垃圾分类与加工

我国在2005年颁布的《城市建筑垃圾管理规定》中对城市建筑垃圾具有较为清晰的定位。城市建筑垃圾指的是在房屋建造和拆除过程中产生的废土、废料和其他废弃物。城市建筑垃圾因为其种类的不同造成了垃圾粒径的不同，同时成分也复杂多变。经过调查发现，水泥混凝土和砖块在建筑垃圾中占比最高，可以达到70%～85%，造成了大面积土地资源的浪费，并且对水资源的安全造成威胁，因此本论述探讨的建筑垃圾在公路工程中的应用研究主要是针对水泥混凝土和砖块的有效回收利用来进行的。对这两种建筑垃圾处理制备混合新料，并对其进行物理化学性能表征研究，探讨混合新料在公路工程中的实际应用。

1.1 建筑垃圾的分类

建筑垃圾的产生地域不同、途径不同、年限不同使得建筑垃圾的种类五花八门，组成成分有较大的区别，也就导致了回收后生产的混合新料有不相同的实用性和适应性。为了使建筑垃圾的回收利用研究效果最大化，对建筑垃圾的分类势在必行。现阶段我国对于城市建筑垃圾较为常用的分类方法是通过成分、粒径的区别进行分类。建筑垃圾中的废弃钢筋、铁屑可以通过回收进行重新炼化加工，减少钢铁等金属资源的浪费；建筑垃圾中的砖块、混凝土可以通过收集打碎形成混合新料重新投入公路工程的建筑中，实现废物利用；建筑垃圾中的木材以及其他高分子材料可以作为造纸的原材料。建筑垃圾中有超过95%的垃圾可以通过回收进行再利用，这不但解决了建筑垃圾的去向问题，更是减少了其他资源的消耗，建筑垃圾回收利用见表1所列。

表1 建筑垃圾回收利用表

本论述主要研究非金属材料混凝土、砖等材料在公路工程建设过程中的应用，但是由于建筑垃圾组成的复杂性，其实际应用于公路工程建设的操作性有待商榷，同时如何实现对建筑垃圾快速、高效分类仍值得研究。

1.2 建筑垃圾的加工

国外对于建筑垃圾的研究和处理起步较早，尤其以美国为首的发达国家早已形成了一整套建筑垃圾回收加工再利用的完整流程。国外对于建筑垃圾的处理一般分为人工筛选并进行一次破碎、根据需要进行二次破碎、筛分再生骨料。详细流程见表2所列。

表2 国外建筑垃圾处理流程

而反观国内的建筑垃圾处理，由于起步较晚再加上没有合适的处理方法或者处理起来代价远远高于收益，于是整体的回收利用流程还不完善，导致绝大部分建筑垃圾的处理方法就是堆放或者填埋，这不但使建筑垃圾的价值发挥不出来，而且占用了土地资源并对环境造成了污染。目前国内建筑垃圾还没有形成体系化处理，针对混凝土和砖块的破碎大多使用颚式破碎机。

2 建筑垃圾基本性能研究

2.1 主要组分特性

为了能够从基础上了解城市建筑垃圾的各组分性能，从多地对建筑垃圾中的无机材料即混凝土、砖块、石块进行组分测试，其组分特性见表3所列。

表3 建筑垃圾主要组分特性

通过表3不难看出，建筑垃圾中的无机材料只有砖块的吸水率较高，超过了20%，而且其毛体积密度与石块和混凝土块相比较少，比混凝土块的毛体积密度少了0.5 g/cm3，可见砖块的结构性较差，很容易受力破碎，难以在公路工程建设中直接使用。

2.2 杂物含量

在建筑垃圾中除了混凝土、砖块、石块外通常会夹杂着如旧衣物、木块木条、管线、金属、玻璃等，这一部分就属于建筑垃圾杂物。经过研究发现，建筑垃圾所形成的混合料的质量与建筑垃圾中的杂物含量具有直接关系，杂物含量越高，混合料的机械性能越差。所以为了保证建筑垃圾混合料的性能，在建筑垃圾破碎前的一道工序是需要进行杂物清除，确定好杂物含量后，超出标准则通过筛选进行杂物清除，符合标准直接进行破碎。本论述研究所使用的建筑垃圾杂物含量为0.40%，符合相关使用标准。

2.3 压碎值

建筑垃圾回收利用到公路工程建设中所形成的无机骨料必须符合力学性能测试，满足公路工程材料性能要求才可以，只有这样才能经受住各种恶劣环境，且在各种吨位车辆的反复作用力下完好无损，保证公路工程的寿命，避免不必要的损失。建筑垃圾的骨料性能一般用压碎值来衡量，根据我国相关规定，进行压碎值测试时，粒径需控制在13.2～16 mm，公路工程基材的压碎值不能超过30%，压碎值的计算公式如下：

其中m0为初始质量，m1为实验后过筛质量，共做两组实验，实验后质量经2.36 mm筛后称量，实验结果见表4所列。

表4 实验样品压碎值

通过表4可以看出，两组平行实验结果压碎值相差只有0.2%，几乎忽略不计，这说明建筑垃圾回收利用的混合料力学强度较为普通，可能是建筑垃圾中有砖块存在导致的，但是两组实验的平均压碎值均为15.5%，在公路工程基材压碎值范围内，可以用做公路建设工程的基材。

3 建筑垃圾混合料性能研究

3.1 击实试验

为了准确测定建筑垃圾是否符合公路工程基材的标准，进行击实实验加以验证，得出建筑垃圾的最佳含水率和最大干密度。为了增强实验的说服力，从多地进行建筑垃圾取样，并采用了五种合理取样方式，具体取样方式见表5所列。通过对特定取样的样品进行破碎，达到一定粒径的要求后进行击实实验。

表5 建筑垃圾取样表

根据我国道路工程无机结合料稳定材料试验规程规定，由于本次击实试验的建筑垃圾粒径超过了5 mm，所以不适用轻型击实试验，故选用重型Ⅱ标准击实方法。具体实验结果见表6所列。

表6 击实试验结果

序号5试验采用了建筑垃圾土和2.5%的水泥混合作为样品进行击实试验，其最大干密度为2.03%。

3.2 CBR试验

承载比（CBR）这一概念最早由美国提出，以高质量标准碎石作为标准，并得到其他国家广泛认可。因此本论述通过采用CBR试验的方法进一步验证建筑垃圾性能是否符合公路工程基材要求，其中压实度为98%，方法为单轴贯入得到CBR值，见表7所列。

表7 CBR试验结果

经过CBR试验得出建筑垃圾的CBR值为42.9%，这说明建筑垃圾的力学性能完全符合其作为公路工程路基填料的要求。但通过实验发现，建筑垃圾中的渣土虽然粒径较小，但其力学性能较差，单独使用不符合使用要求，将其与水泥进行混合使用，力学性能能够有较大提升，符合路基填料要求，在实际的公路工程应用中可以将渣土与水泥进行混合配比使用。

通过击实试验和CBR试验的结果发现，建筑垃圾的承载比（CBR）在37.7%~82.2%之间，符合公路工程路基填料的要求，建筑垃圾所生产的骨料其膨胀率也符合标准。

4 建筑垃圾回收利用的社会效益

建筑垃圾的回收再利用具有重要的经济意义和环保意义，不但解决了让人困扰的建筑垃圾堆放问题，而且还解决了土地资源占用问题、减少了环境污染问题，变废为宝将建筑垃圾经过破碎形成不同粒径大小的骨料投入到公路工程建设中，有效缓解了城市交通压力。根据调查统计发现我国每年建筑垃圾的产量为15亿t以上，未来还有增加的趋势，因此如果能够对这部分庞大的建筑垃圾有效利用，就能够直接减少填埋、堆放用地几千亩，形成巨大的社会效益。

5 结束语

本论述首先对建筑垃圾的分类进行详细研究，然后针对无机建筑垃圾的混凝土、砖块、石块等建筑垃圾的回收利用进行击实试验和CBR试验，最后得到建筑垃圾的承载比为37.7%～82.2%，符合建筑垃圾作为公路工程路基填料的路用性能要求。在实际的公路工程应用中，需要对建筑垃圾进行一定的配比，这样才能确保骨料力学强度，发挥其最大作用。