建筑垃圾路基填料力学性能研究

林京松,黄岩峰

(广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

目前,我国处理建筑垃圾的主要方式是找一块空地堆放或将其埋入地底[1-2]。但这样的处理方式会浪费很多的土地资源,而且会对周围环境带来难以预测的不良后果。所以,将建筑垃圾用来填筑路基是一个非常好的资源利用方法[3-4]。为了更好地将建筑垃圾用于路基填筑,本文对建筑垃圾力学性能进行研究。

近年来,一些学者也对建筑垃圾材料用于路基进行深入探讨[5-7],通过对建筑垃圾进行击实、CBR试验,了解到小颗粒可以帮助大颗粒建筑垃圾达到更密实的状态,并提高其最大干密度和CBR值;在相同条件下,建筑垃圾与普通路基填料相比具有更好的强度和稳定性。另外王新宇等[8-10]分析了建筑垃圾中含有许多杂质,其中有三种含量最多,分别为砖、混凝土块以及砂浆,且吸水率和压碎值最大的是砖,而混凝土块恰好相反。有学者[11-13]了解到在建筑垃圾中大颗粒在外力的作用下容易转换为小颗粒,进而能够提高总体建筑垃圾路基填料的密度和承载力。

本文通过研究总结国内外已有技术和科研成果,对建筑垃圾路基填筑材料进行力学性能试验,提出建筑垃圾的各项技术指标,了解在不同比例下的建筑垃圾击实结果和CBR值。

1 建筑垃圾技术指标分析

1.1 建筑垃圾的组成

试验用的建筑垃圾需从施工现场取料,对其进行风干处理。试验结果如表1所示。

表1 建筑垃圾各成分比例表(%)

由表1可知,建筑垃圾填筑材料中所含有的物质十分复杂,以砖块、废旧混凝土和砂浆等为主,掺杂一些对工程不利的物质,如木质材料、金属材料以及泡沫等,施工前需要清除这些物质。

1.2 技术要求

在利用建筑垃圾填筑路基时,需要了解关于建筑垃圾材料物理性能指标,如吸水率、密度、承载比等,结果如表2所示。从表2可以看出,由于建筑垃圾填料中含有大量的砖块和砂浆,导致填料具有内部孔隙大,吸水率高以及强度低等特点。

表2 建筑垃圾材料的检测结果表

2 建筑垃圾室内试验结果分析

2.1 筛分试验

对原始建筑垃圾材料进行筛分,了解其级配情况,试验结果如下页图1所示。

图1 原始建筑垃圾材料筛分曲线图

通过图1可知,建筑垃圾颗粒之间是连续的,通过筛分曲线计算得出建筑垃圾的不均匀系数与曲率系数分别为Cu=30.5、Cc=2.53,满足规范要求的Cu≥5,Cc=1～3,因此原始骨料级配良好。

2.2 击实试验

为了解建筑垃圾中砖块、废旧混凝土以及砂浆在不同比例组合下对其路基填料的最佳含水率和最大干密度的影响,选用5种比例进行击实试验,配合比情况如下页表3所示。

表3 建筑垃圾配合比情况表

根据表3中建筑垃圾的配合比进行击实试验,试验结果如图2所示。

图2 不同配合比下的建筑垃圾击实试验结果曲线图

根据上述击实曲线,了解到建筑垃圾的含水率与干密度在不同比例下的变化趋势如图3、图4所示。

图3 不同配合比下最佳含水率变化曲线图

图4 不同配合比下最大干密度变化曲线图

由图3、图4可知,在建筑垃圾路基填料中,砖块含量越高其含水率就越大,而最大干密度则逐渐变小;填料的最佳含水率为12.11%～17.12%,最大干密度为1.45～1.67 g/cm3。其中,纯砖块的最佳含水率达到最高,但最大干密度却降为最低;与之相反的是当砖块∶废旧混凝土∶砂浆=2∶5∶3时的建筑垃圾路基填料。由此可以说明,影响建筑垃圾中含水量、干密度的大小与砖块含量有很大的相关性,原因在于砖块表面孔隙率较大,吸水性强,强度低,在外力的作用下容易破碎;而废旧的混凝土强度高不易破碎,吸水性弱。

2.3 CBR试验

通过控制压实度来进行不同配合比下的建筑垃圾CBR试验,其中压实度的控制参数分别是96%、93%、90%。试验结果如表4所示。

表4 承载比试验结果表

由表4可知,各个配合比建筑垃圾的膨胀量随着压实度的增加均逐渐增加,因为建筑垃圾在压实度偏小时,相同体积下的质量较少,导致密度变小。当建筑垃圾压实度偏大时,相同体积下质量会增加,密度变大。建筑垃圾膨胀率较小,为0.6×10-5～9.5×10-5,说明建筑垃圾在吸水后膨胀量小,水稳定性好。建筑垃圾在不同压实度的作用下,CBR值为24.56%～94.76%。由规范可知,对路基填料CBR值要求为≥8%,因此,在不同配合比下的建筑垃圾路基填料的CBR值均可达到设计指标。综上所述,建筑垃圾可以作为很好的路基填筑材料,且力学性能良好。根据上页表4,可以得到各个配合比的建筑垃圾在不同压实度下,干密度、CBR的变化曲线,如图5～6所示。

图5 各配合比下CBR与压实度关系曲线图

由图5可知,随着建筑垃圾中砖块含量逐渐增大,其CBR值没有呈现出一直减小的状态;当建筑垃圾中的砖块∶废旧混凝土∶砂浆=3∶4∶3时,压实度处于90%、93%以及96%都达到最大值,均大于配合比为2∶5∶3、4∶3∶3的CBR值。原因在于:配合比为2∶5∶3的建筑垃圾中砖块含量较少,在外力的作用下破碎后的小颗粒含量较少不足以填满大颗粒形成的孔隙;而配合比为4∶3∶3的建筑垃圾砖块含量较多,废旧混凝土含量较少,填料的总体支撑力下降,导致CBR值不高。由图6可知,5种配合比下的建筑垃圾干密度都随着压实度的增大而逐渐增大,在不同压实度条件下,干密度最小的是纯砖块,干密度最大的建筑垃圾配合比为2∶5∶3。

图6 各配合比下干密度与压实度关系曲线图

3 结语

本文对建筑垃圾进行力学性能试验,通过分析总结,提出关于建筑垃圾的各项指标要求,由此得出如下结论。

(1)通过室内试验如吸水率、密度以及塑性指数等,了解到建筑垃圾中含有孔隙率比较大的颗粒,导致吸水性高,强度较低。

(2)随着建筑垃圾中砖含量所占比例的增加,其最佳含水率值也随之上升,最大干密度值则随之下降。在配合比为2∶5∶3时最佳含水率值达到最小,最大干密度值达到最大,而当建筑垃圾中只含有砖块时,含水率和密度值与其恰好相反。

(3)根据承载比试验表明,建筑垃圾的膨胀率很小,仅介于0.6×10-5～9.5×10-5;每种配合比下建筑垃圾的CBR值、干密度都随着压实度的增加而增加。

(4)建筑垃圾的干密度值随着砖块含量的减少逐渐增加;当建筑垃圾的配合比为3∶4∶3时CBR值达到最大值,其最小CBR值为24.56%时,满足规范要求。