浏览次
近几年我国拉动内需的投资计划使公路、铁路等基础设施建设迅猛发展。公路工程中应用的大多数集料主要来源于碎石、砂砾等自然资源，这既可能破坏了环境，又提高了工程成本。而建筑业中的棚户区改造，危旧建筑拆迁，产生了大量可再生资源——建筑垃圾[1]，据粗略统计我国每年至少要产生数亿吨建筑垃圾。建筑垃圾中的主要成分是砖、砂浆和废混凝土，本项研究设计了一系列配合比方案并进行力学性能试验[2]，实现了建筑垃圾在公路工程中的应用，经济与环保效益十分显著。
1 建筑垃圾成分与比例
为符合生产实际情况，调查统计了多个地点的建筑垃圾，测定其中砂浆与废砖的平均质量比为0.46，变异系数Cv=3.6%，比较均衡，具有一定的普遍性。本项研究将砂浆、碎砖和废混凝土分为两部分。由于破碎后的废混凝土其强度满足各级道路基层材料要求，因此不考虑混凝土的含量(因其强度高)。当加入一定量的骨料和水泥后，砂浆和碎砖的质量比在0.25~0.61之间的建筑垃圾均满足道路基层的材料性能要求。
2 建筑垃圾筛选
与破碎先将建筑垃圾中的木材、金属、玻璃等废料筛选出去，再通过破碎机将建筑垃圾破碎成符合要求的粒径大小。为防止试验或生产中碎砖被进一步碾压破碎，结合击实试验和压碎值试验得出将建筑垃圾破碎成细粒土[3](颗粒的最大粒径为9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不少于80%)，可极大降低其压碎性。由于废混凝土的强度高于道路基层材料的性能要求，因此仅侧重对碎砖和砂浆的性能进行研究，如表1。
表1筛分后的颗粒比例 
取代表性的样品进行压碎试验，测得其压碎值为26.4%，满足公路路面基层施工技术规范中水泥稳定基层的材料要求[3]。
3 方案设计
依据工程经验，水泥剂量分别为4%，5%，6%，7%，混合集料方案分别为单一建筑垃圾、建筑垃圾掺40%碎石、建筑垃圾掺40%以下碎石，应用正交试验设计L16(45)，经数据处理，得出掺40%以上碎石的方案为最佳。为调整混合料的合成级配，掺入碎石和石屑的公称粒径为：二级和二级以下用S11，高速和一级公路用S8或S7(S8最大粒径为26.5mm，S7最大粒径为31.5mm)，其岩质为石灰岩，压碎值<28%。
4 混合料配合比
为获得较好的级配，利用电算软件，经过不断调整试配，得出在混合料中满足要求的建筑垃圾、碎石和石屑的比例范围：建筑垃圾20%~60%，碎石80%~20%，石屑0%~20%。再经成本核算，寻找经济技术平衡点后得出，建筑垃圾含量在60%时的成本最低。掺入S11碎石的混合料合成级配如表2、图1。
图1合成级配曲线
表2掺入S11碎石的混合料合成级配
根据工程经验，同时考虑混合料的经济性，按表2的级配对同一种混合土样分别按4%，5%，6%，7%的水泥剂量配制稳定土混合料。再分别进行标准击实试验[4]，得到各个水泥剂量下的最大干密度和最佳含水量[4]，如表3。
表3掺水泥稳定土混合料最大干密度和最佳含水量
5 无侧限抗压强度试验与分析
以试验所得的最佳含水量为标准，以水泥稳定细粒土93%的现场压实度相应的干密度ρ试件=ρmax93%[5]制取(S11碎石用10cm×10cm试件，S8或S7用15cm×15cm试件)圆柱形试件，经过6天保湿养生和1天的保水养生，检测不同水泥剂量下无侧限抗压强度，如表4。
表4不同水泥剂量试件的无限抗压强度MPa 《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)的要求标准，如表5。
表5公路路面基层抗压强度标准
不同公路等级，不同层次，按公式R-≥Rd/(1-ZaCv)对试验数据进行处理，如表6：当采用S11的碎石和石屑时，在水泥剂量为4%的情况下，仅满足二级和二级以下公路底基层的强度要求；在水泥剂量为5%的情况下，刚好满足二级路基层要求，同时满足二级以下公路基层、底基层要求；在水泥剂量为6%的情况下满足二级路基层要求，同时满足二级以下公路基层、底基层要求；在水泥剂量为7%的情况下，虽然力学性能满足二级公路和二级以下公路的基层、底基层要求，但水泥用量较多，经济性较差。
表6试验抗压强度处理结果
6弹性模量与劈裂强度
经30天的保湿养生，测得建筑垃圾稳定土弹性模量在500~700MPa之间。经90天的保湿养生，建筑垃圾稳定土动弹性模量在6•31~9•64GPa之间，平均可达7•97GPa。经90天的保湿养生，试件的劈裂强度在0•8~1•0MPa，平均为0•9MPa。足以满足路面基层、底基层技术要求。
7性能验证与经济分析
(1)为验证配比方案的可行性，以5%的水泥剂方案配制再生材料，铺筑了长为100•0m、宽为12•0m、厚为0•2m的路面基层试验路段。在93%压实度的条件下，混合料的松铺系数为1•52~1•56，钻芯试件强度为1•615~1•896MPa，弯沉值为78×10-2mm，各项指标都满足二级道路基层材料技术规范要求。
(2)工程经济分析。以宽度为12m，厚度为0•2m，长度为1km的二级公路路面基层为例，共需稳定半刚性混合料实体为2400m3，如果铺筑比例为5%水泥剂量的水泥稳定砂砾，造价为211920元[6]；如果铺筑比例为石屑：S11碎石：建筑垃圾=20%：20%：60%，水泥剂量为5%的水泥稳定破碎土，造价为134136元[6]。两者差价77784元/公里。可见，使用建筑垃圾破碎土稳定类基层或底基层可降低道路材料成本30%左右，具有推广价值。
8结语
通过试验研究与试验路段验证，得到了建筑垃圾用于路面基层的配合比方案，同时验证了此类水泥稳定材料完全满足路用性能的要求，实现了建筑垃圾在道路工程中的应用。试验中所使用的建筑垃圾是在不含有废混凝土的情况下进行的，而实际生产中掺杂的废混凝土能满足更高等级道路基层的材料要求。若将成果广泛应用于实际工程，既能保护环境，又可降低路面材料成本30%，一举两得，值得倡导。
参考文献：
[1]建筑垃圾处理与资源化[M].北京：化学工业出版社，2004：84-86.
[2]JTJ057-94，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，1994：12-1.
[3]JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2000：2-27.
[4]JTGE40-2007，公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，2007：271-275.
[5]路基路面试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2004：44-50.
[6]JTGB06-02-2007，公路工程预算定额[S].北京：人民交通出版社，2007：109-112.
