基于建筑垃圾再生集料的水泥稳定基层试验研究

安振源

（郑州市市政工程勘测设计研究院，河南 郑州 450000）

0 引言

由于城镇化进程的加快和旧城改造工作的深入，大量的建筑垃圾正严重影响人们的生活和环境，而且日趋严重。目前，建筑垃圾的处理方式主要是露天堆放、填埋或作为地基处理的填筑材料，以及通过初级加工做成行道砖、植草砖等。堆放或填埋不仅耗费了大量的土地和清运费用，而且容易对环境产生二次污染。通过初加工制作各种构件，虽然在一定程度上能够消耗建筑垃圾，但这种方式处理能力有限，无法从根本上解决问题。

为了有效减少城市建筑垃圾产生的各种不利影响，缓解天然骨料逐渐枯竭的现状，学者们开始研究将建筑垃圾就近用于城市道路建设中，对此也取得了一些成果，比如沧州市已将建筑垃圾应用到实际工程中[1]，北京和河南等地也出台了相关地方标准[2-3]。随着建筑垃圾粉碎、分拣技术的成熟，建筑垃圾的资源化利用将会迅速发展。本文不仅对建筑垃圾再生集料的材料特性进行了研究，而且还对其混合料的力学性能及在城镇道路中的应用特点进行了研究。

1 原材料试验

拆建过程中的建筑垃圾主要是由砂浆块、烧结砖、混凝土块、土及钢筋等材料构成。目前的粉碎、分拣设备能够将砂浆块、烧结砖及混凝土块等可利用的材料分拣出来，并按照预定的大小进行粉碎。建筑垃圾再生集料与天然碎石相比，具有弹性模量小、压碎值大、吸水率高、渗透系数大等特性。为了在不影响道路结构安全的情况下有效地利用建筑垃圾，必须对建筑垃圾再生集料性能进行试验研究。

1.1 成分分析

为了研究建筑垃圾再生集料的组成，本文选取了不同区域的六种建筑垃圾料源进行相关试验。经分析，再生集料的主要成分有烧结砖、石灰砂浆块、混凝土块、瓷片、玻璃碎片、木屑等。分析时将瓷片和烧结砖计入砖渣成分，砂浆和混凝土块单独列出，玻璃碎片和木屑的含量小于1%，忽略不计，测定方法为网篮法。再生集料的成分分析结果如图1所示。从再生集料的成分结果可以看出，混凝土块和烧结砖的比例基本在40%以上，砂浆比例在10%左右。

图1 再生集料颗粒成分结果

1.2 压碎值

对各料源的再生集料和当地常用的天然碎石进行压碎值试验，结果见表1。按照规范[5]要求，水泥稳定类基层粗集料的最小压碎值为35%。从表1可以看出，再生集料的压碎值基本都大于40%。为了满足要求，本文对各料源掺入一定比例的碎石再次进行压碎值试验。结果表明：当碎石掺入比例为40%时，混合集料的压碎值均小于30%；当掺入量为50%时，混合集料的压碎值均小于35%。从而说明当再生集料中掺入一定比例的碎石后，再生混合集料的压碎值能满足道路基层设计要求。

表1 再生集料及碎石的压碎值

1.3 最大干密度及最佳含水量

对试验中的六种再生集料和试验所用的天然碎石做了击实试验，试验结果见表2。从试验结果可知，再生集料的最大干密度在1.717～1.738 g/cm3，最佳含水量在11.4%～12.8%，总体相差不大，但再生集料与天然碎石的最佳含水量相差较大。为了研究再生集料中加入碎石后最大干密度和最佳含水量的变化情况，分别取两种料源加入不同比例的碎石进行试验，试验表明最大干密度基本为线性变化，变化幅度较小，最佳含水量随碎石掺入量的增加逐渐减小，如图2所示。

图2 再生混合集料最佳含水量

2 再生混合料试验

再生混合料试验中选取两种料源做并行试验。试验水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，用量均为4%。本节主要研究再生混合料掺入不同比例碎石的7 d无侧限抗压强度、抗压回弹模量及劈裂强度等力学特性。

为便于天然碎石与再生集料能混合，试验前分别确定原材料的毛体积密度或表观密度，换算为质量比例，并进行相关试验。

2.1 级配

集料的颗粒范围采用规范[5]推荐的快速路、主干路基层级配范围，根据再生集料与碎石的颗粒组成分析，分别进行级配合成。在进行碎石的级配合成时，将碎石的合成级配调整为偏粗状态，以弥补试件成形过程中被压碎的再生集料，使碎石与再生集料的混合料仍能满足级配要求。

2.2 7 d无侧限抗压强度

试验过程为在两种料源中掺入不同比例的碎石分别试验，试验结果如图3所示。结果表明料源A的强度值高于料源B，而且与碎石掺入比例正相关。同时，再生混合料的强度能满足不同交通等级下水泥稳定基层的规范[6]值。

图3 再生混合料7 d无侧限抗压强度

2.3 抗压回弹模量

为研究水泥再生混合料在不同龄期抗压回弹模量下的变化规律，试验中分别选取了四个时间段进行测试，试验结果见表3。从结果可以看出，在掺入一定比例的碎石后，再生混合料的回弹模量与掺入碎石正相关，随着龄期的增加而增加。当碎石掺入比例达到40%以上时，满足规范[6]推荐的低限值。

表3 不同龄期的抗压回弹模量试验结果

2.4 劈裂强度

劈裂强度试验过程与抗压回弹模量试验相似，试验结果见表4。试验结果表明劈裂强度与碎石掺入量基本为正相关，随着龄期增加劈裂强度也在增加。料源A在90 d的劈裂强度要优于料源B，料源A在不同碎石掺入量下均在规范[6]推荐范围内，当碎石掺入比例大于20%，料源B的劈裂强度值亦满足要求。

3 再生集料的应用

根据对再生集料的材料特性、再生混合料的力学性能研究及城镇道路的构造特点，本文推荐采用以下几种方式在道路基层中应用建筑垃圾再生集料。

（1）人行道和非机动车道基层可全部采用。

（2）主干路可用于重交通、中交通、轻交通的下基层和底基层，特种交通不推荐使用。

（3）次干路、支路可用于特重交通底基层，重交通下基层、底基层，中交通、轻交通基层、底基层。

（4）快速路不推荐使用。

根据试验结果，再生集料的掺入比例上基层宜为15%～25%，下基层比例宜为35%～45%，底基层宜为75%～85%。

表4 不同龄期的劈裂强度试验结果

4 结语

因建筑垃圾一般分布在城市周边，因此只有将其应用到城市建设的相关领域才能更加有效地利用。建筑垃圾能够在城市道路底层中得到应用一方面要归功于现有建筑垃圾处理设备的发展，另一方面还需要道路研究人员能够对其进行更深层次的研究和大量工程实例的验证。本文通过大量的室内试验，从建筑垃圾再生集料的材料特性、再生混合料的力学性能进行了全面的研究，试验结果既能满足现行道路设计规范的要求，又能提高建筑垃圾的利用价值，同时还能为道路设计者或其他研究者提供参考数据。

由于基于再生集料和天然碎石混合料作为骨料的道路基层工程应用较少，因此还需要进一步研究其在实际工程中的应用效果，系统化地解决再生基层的拌合、施工、检测及定额等问题。

[1]吴英彪，石津金，张秀丽，等.建筑垃圾再生集料在道路工程中的应用[J].建设科技，2014（1）:45-48.

[2]DB11/T 999-2013，城镇道路建筑垃圾再生路面基层施工与质量验收规范[S].

[3]DBJ41/T 166-2016，城镇道路建筑垃圾再生集料路面基层施工技术规范[S].

[4]JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].

[5]CJJ 1-2008，城镇道路工程施工与质量验收规范[S].

[6]JTG E51-2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[7]CJJ 169-2012，城镇道路路面设计规范[S].

[8]郭远臣,孙可伟.砖混类建筑废弃物配制二灰性能研究[J].市政技术,2011，29（4）:131-133.

[9]黄开正.建筑再生材料用作路面水稳层的试验研究[J].安徽建筑,2012，19（3）:198-199.