再生骨料生产调查与其在普通公路中的应用研究

赵振宇 张立群 樊旭英 于东超 许艺颖 杨欢欢

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

建筑垃圾是指建设单位、施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其他废弃物[1].据最新消息统计，2013年至2018年，中国建筑垃圾产生量从12.97亿吨飙升至17.04亿吨.结合住建部公布的最新规划，到2020年中国还将新建住宅300亿平方米，届时，我国建筑垃圾产生量将达到峰值，预计会突破30亿吨[2].如此巨量的建筑垃圾产生量不仅侵占土地、污染大气、土壤，而且还难以消解.

面临如此难题，建筑垃圾资源化是解决建筑垃圾带来危害的根本途径.在道路工程领域，天然砂石属于不可再生资源,如果不加限制的开采,不久将面临天然骨料短缺[3].而建筑垃圾中有大量的废弃混凝土，因此建筑垃圾混凝土再生骨料在道路工程领域的应用研究对节约资源是有积极意义的.

近些年来，随着北京、上海、广州、深圳等一些大城市纷纷加强建筑垃圾处理能力、提高资源循环利用的同时，一些中小城市也紧跟步伐[4].本文以河北省张家口市为例，在实地调研了张家口益源建筑垃圾综合处理厂的生产能力、处理工艺的同时，取样进行室内试验，研究建筑垃圾混凝土再生骨料用于中下面层沥青混合料的可行性.

1 处理工艺

1.1 生产工艺

建筑垃圾混凝土骨料进入生产线之前对其进行预破碎，通过挖掘机对建筑垃圾中砖瓦类和混凝土类初步分类，再将混凝土类建筑垃圾用破碎锤破碎到小于500 mm.整个生产线分为两级破碎以及两级筛分，具体生产工艺如图1.

整个生产流程对建筑垃圾的重复利用率是比较高的.在一级筛分过程中筛沙网筛出的小于50 mm土料用于外运填埋，每年约3.4万吨.人工分拣出的木头等大件会被回收，每年约2.5万吨.磁选出的钢筋等也会被回收，每年约0.7万吨.这样有效的分类方式不仅提高了建筑垃圾的重复利用率，而且还节约能源、保护环境.

这条生产线每年最终的产量是每年再生混凝土约12万立方米、再生砖约2700万块、预拌砂浆10万吨.

图1 建筑垃圾再生骨料生产工艺

1.2 生产设备

益源建筑垃圾处理厂生产设备从山东德隆某机械设备公司采购.整条生产线有颚式破碎机、反击式破碎机两台破碎机两台破碎设备，具体参数如表1所示.

表1 颚式破碎机和反击式破碎机技术参数

两套振动筛具体参数如表2所示.

表2 振动筛技术参数

磁力分选机具体参数如表3所示.

表3 磁力分选机技术参数

2 室内试验

由图1可以看出建筑垃圾混凝土再生骨料主要用于生产再生混凝土、再生砖、预拌砂浆这三种再生产品，但是再生骨料能否用于中下面层沥青混合料，需要进一步通过室内试验进行探究.

以张家口地区为例，通过调研，部分城郊等普通公路出现坑洼路面较多，需要重新铺筑路面面层.如果全部用天然集料，势必会造成极大的资源消耗.沥青混合料中粗骨料起着骨架作用，如果再生粗骨料可以部分替代天然粗骨料，在一定程度可以减少资源消耗，节约能源.

为了更加直观的了解再生粗骨料的技术指标，我们做再生粗骨料与天然集料粗骨料的三组对比试验：与沥青粘附性试验、磨耗值试验、洛杉矶磨耗率试验.再生粗骨料采用益源建筑垃圾处理厂生产出的10-31.5 mm粗骨料，天然集料采用张家口市阳原县某沥青混合料拌合站的10-20 mm粗骨料.

2.1 与沥青粘附性试验

张家口地区年降雨量在250-500 mm之间，属于半干区.《公路沥青路面施工技术规范》[5](JTG F40-2004)对半干区中下面层粗骨料与沥青粘附性等级要求是大于等于4.以AC-20沥青混合料为例，最大粒径大于13.2 mm,根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[6](JTG E20-2011)T0616规定，需采用水煮法进行粗集料与沥青粘附性试验.

将建筑垃圾再生骨料和天然集料用13.2 mm和19 mm标准筛过筛，分别取13.2-19 mm粗骨料各5粒，用水洗净，用细线将集料中部系牢，放于105℃±5℃烘箱中1小时.逐个用线提起，浸入事先预热好(预热温度为130℃-150℃)的沥青中，提起，空气中冷却15分钟后放入沸水观察集料表面沥青膜的剥落程度.试验结果表4.

表4 再生骨料及天然骨料与沥青粘附性等级

通过表4可以得出以下结论：再生骨料与天然骨料均满足与沥青粘附性等级要求.虽然等级相同，但是再生骨料的平均剥落程度略高于天然骨料的平均剥落程度，说明再生骨料与沥青粘附性比天然骨料稍差一些.

水泥砂浆内部结构是疏松多孔的，这些孔隙内部有空气，在水煮过程中内部空气温度升高后会溢出，在气泡溢出上升到水面的过程中会带走一部分沥青.而天然骨料表面是密实的所以剥落程度会低于再生骨料.

2.2 压碎值试验

压碎值用于衡量粗集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，是衡量粗集料力学性能的重要指标.《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对普通公路沥青混合料用粗骨料压碎值规定如表5.按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0316规定步骤分别对再生骨料和天然骨料进行压碎值试验.

将再生骨料和天然骨料分别用9.5 mm和13.2 mm方孔筛过筛，取9.5-13.2 mm试样各3组，每组3000 g.分三次将试样装入压碎值试膜，将试膜装上压力机均匀加载，在10 min左右时间达到总荷载400 KN,稳压5 s，然后卸荷.用2.36 mm标准筛筛分全部压碎试样，天然集料和再生骨料压碎值如表5.

表5 再生骨料及天然骨料压碎值

通过表5可以得到以下结论：虽然再生骨料压碎值满足≤30%的规定，但是跟天然骨料相比较，其抗压碎能力跟天然骨料还是有比较大的差距.

从宏观角度分析，再生骨料表面附着大量的水泥砂浆.从微观角度分析，再生骨料在破碎过程中在骨料内部产生很多微裂纹.这些综合因素导致水泥砂浆在压碎值实验中轻松就被压碎，而天然骨料与其相比压碎值自然要小很多[9-10].

2.3 洛杉矶磨耗率试验

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对普通公路沥青混合料用粗骨料磨耗率的规定如表6.按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)T0317规定步骤分别对再生骨料和天然骨料用洛杉矶法进行磨耗率试验.试验仪器是北京某公司生产的DM-2型数显洛杉矶磨耗试验机.

根据AC-20粗骨料规格，选择粒度组成为C类试样进行磨耗率试验.每组试验分别取4.75-9.5 mm粗骨料2500 g，9.5-16 mm粗骨料2500 g放入试验机，同时放入8个钢球，盖上机盖，拧紧螺栓，转动500次.试验后，用1.7 mm筛去磨碎的细屑，得到的磨耗率如表6所示.

表6 再生骨料及天然骨料磨耗率

通过表6可以得到以下结论：再生骨料磨耗率比天然骨料磨耗率大，但是再生骨料的20%左右的磨耗率足够规定的≤35%的要求，甚至还达到了高速公路的≤30%的要求.

从宏观角度，同样是由于再生骨料表面有大量强度较低的硬化水泥砂浆，在磨耗率实验中在与钢球和磨耗仪内壁接触的过程中轻松就被磨碎，导致其磨耗率高于天然骨料.从微观角度来看，在整个再生骨料生产流程中通过颚式破碎机和反击式破碎机的强力破碎，低强度的再生骨料由于运动损伤导致其内部明显多了很多微裂纹，这些微裂纹也会导致最终再生骨料的磨耗率会低于天然骨料的磨耗率.

3 结 语

通过调查张家口益源建筑垃圾处理厂，了解了其生产能力、处理工艺.取其生产出的再生粗骨料与天然骨料分别做对比试验得到以下结论：

(1)以张家口地区为例，国内一些中小城市都在积极加强垃圾处理能力，具备完整的生产线与成熟的生产技术.

(2)再生骨料与沥青粘附性、压碎值、磨耗率均满足普通公路中下面层对这三个指标的技术要求.

(3)再生骨料由于有水泥混凝土的因素，导致其与沥青粘附性能、抗压碎性能、抗磨耗性能均差于天然骨料.

(4)从低廉的制造成本以及从环保角度来看，混凝土再生骨料应用于普通道路中下面层具有一定的优越性，符合绿色建筑、建筑节能的发展趋势.