固体建筑拆迁废弃物资源循环综合利用技术研究

关键词：高速公路；筑基材料；建筑废渣；环境影响因子；工程示范

中图分类号：X705 文献标志码：A

前言

开展绿色公路示范工程的创建，是贯彻落实五大发展理念，贯彻落实科技强国、质量强国、生态文明建设要求，践行交通强国建设战略等国家战略的需要。花都至东莞高速公路项目处于路网规划多，立交、管线布设密集城区，土地资源紧张，交通安全风险大，迫切需要贯彻落实绿色公路建设及智慧发展等要求。

由于石灰石资源的不可再生性，石灰和水泥资源的替代就成为新材料学科所关注的话题。路基修筑需要的回填材料应因地制宜，并考虑消纳固废为主，提高资源的循环和综合利用率。建筑固废主要来源于土建拆除的废弃物，砖渣和混凝土孔隙较大、干密度较小导致吸水率高，不稳定。在利用建筑固废进行路基修筑时，还要考虑重有害物质迁移的风险，油漆、涂料、隔层以及废弃的电线电缆等物质中多含有重金属、防腐剂以及阻燃剂等。关于建筑废弃物带来的环境风险，以及污染迁移特性研究不多，原因可能为该类材料最终以固定化形式存在，而以砖石为主的填料往往可以忽略污染物下渗风险，但仍然无法忽视对环境的影响。此研究是综合了前度理论和试验研究的成果，实践了建筑固废在城市高速公路路基修筑中的应用，全面评估了各种建筑肥料的环境风险，并提出了降低有害物迁移的建议。

1固废循环利用实践

1.1不同建筑废料中重金属评估

利用建筑废弃物作为材料最大的问题是固废成分复杂性会导致最终填充的不稳定性，废弃物含水泥、砖块、钢筋等成分，需去杂质。采用固定鄂式粉碎机，将建筑固废进行深度破碎，并根据路基建设要求进行一定尺寸的筛分。建筑废物中的可转移污染物主要是锌、铬、镉、铅、铜、砷、钡，这些重金属元素都是土壤污染的限制因子。降雨是导致重金属迁移的主要因素，在评价风险迁移时主要考虑降雨导致下渗水中的重金属含量。

对此研究中收集到的建筑废弃材料进行采集和初步分选，按照《工业固废采样制样技术规范》（HJ/T 20-1998），此研究所获得的建筑废物主要是混凝土块，占到41%；其次是废砖块，占比为32%；砂浆泥块占比为10%；瓷砖块占7%；金属废料占比为6%；其他材料占4%。

不同材质中重金属的含量差异较大，其中，Zn是含量较高的重金属，经检测，废弃砖块和瓷砖中的Zn含量较高，其次是Pb、Cu含量，Cd的含量总体较低，但仍然高于原土，原土中Cr的含量本底值较高，远高于建筑废料中的重金属含量。混凝土块是废弃物中占比最大的，而其中的各项指标相对较低，Zn含量为24.5mg/kg，Pb含量为10.6mg/kg，Cu含量为7.3 mg/kg，Cd含量为0.52mg/kg，均为土壤安全范围值，而各项指标含量较高的废砖块中Zn含量为101.2mg/kg，Pb含量为81.9mg/kg，Cu含量为29.2mg/kg，Cd含量为0.52mg/kg，也未超出使用限制，总体来说较为安全。

1.2粉碎后堆存物对环境的影响

将建筑废料全部混合，经过粉碎筛分，得到三种颗粒大小混合的废料材料，塑性为19.3，低于建筑行业标准26，承载比为152.34，远高于行业标准规定的30%，完全满足作为公路建材的标准。将建筑固废粉碎后颗粒直接进行堆存淋洗实验（以本地全年以及最大降水量为依据），以探究其是否可能影响地表水。经检测，除了总磷含量为国家地表水II类指标，其他重金属含量均低于地表I类水指标，短期堆存无环境风险。大颗粒和小颗粒中总磷含量较低，而中颗粒中总磷含量较高。总体来说，混合使用，渗滤液对环境风险较小。（见表1）

1.3压实后对环境的影响

CBR是加州承载比，是评价路基强度的重要指标以及路基填料选择的重要依据。通过对不同级配的建筑固废进行CBR实验，分别控制路床、上路基和下路基压实度达到96%、93%和90%。为了更好的表征材料性能，本实验利用中等颗粒进行，在相同灌入量下（2.5 mm和5 mm），比较三个不同部位的CBR指数。

根据《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）要求，需要比较2.5 mm和5mm灌入量时的CBR能够达到的最大值，结果表明，压实度与CBR值和膨胀量成正比，当压实度为96%时，CBR值达到143.45，相比压实度为93%时提高了50%，可见对CBR贡献最大的是压实率。由于砖渣属于骨架结构的材料，压实之后，颗粒发生变化，含水率相应发生变化，但吸水对于骨架的影响并不大，因此膨胀平均值没有明显的变化。（见表2）

压实后检测不同区位下渗液对环境的影响，总磷、砷、汞、硒、铜、锌、铅、镉、铁、锰的含量均低于地表Ⅰ类水的标准，压实可以显著降低渗滤液中环境影响因素的含量。无环境影响风险。（见表3）

2工程实践

基于实验室实验结果，此项目最终选用大颗粒和中颗粒的建筑砖渣作为路基筑基材料进行工程实践。在项目仙村北立交AKO+095～AKO+200软基段利用建筑废弃物进行软基换填试验段施工，总结利用建筑废弃物进行软基换填施工工艺，根据试验路结果，指导后续采用建筑废弃物进行软基换填施工。项目后期将持续关注路基的稳定性。在进行压实之后，定期对周边土样和水样进行重金属检测。

3结束语

此项目通过室内试验，确定了材料的基本性质，包括单质材料的颗粒、孔隙、吸水性等，全面评估了从原料、粉碎制备过程到压实的环境影响因素。通过试验得到的颗粒粉碎和压实比例最终在仙村北立交AKO+095～AKO+200软基段得到工程示范。来自建筑废材的筑基材料孔隙较大，较松散，吸水性强，获取的单质化材料中环境影响因子含量较低，无直接环境风险。混合粉碎后路基材料符合建筑用路基材料的要求，经淋洗实验表明，渗滤液中环境影响因子含量较低，堆存对环境影响较小。渗滤液可达到地表Ⅱ类水指标，无重金属迁移风险。CBR指数随着压实度的增加显著增加，淋洗液中环境影响因子含量较低，对环境影响较小。渗滤液可达到地表Ⅰ类水指标，无重金属迁移风险。