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填筑路基用建筑垃圾试验研究与应用

发布日期:2017-08-03   浏览次数:

填筑路基用建筑垃圾试验研究与应用

 

张玉斌

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心)

 

摘要:随着经济的发展,城镇化进程地加快,不可避免地产生了大量的建筑垃圾,若不加以处理必然会对环境造成不利的影响。鉴于建筑垃圾材料组成、粒径大小等不均匀性,笔者通过对路基建筑垃圾填料的室内试验分析研究以及实体工程应用,表明建筑垃圾作为路基填料完全满足规范要求,是一种良好的修筑路基材料,并且能够大量地消化掉给环境带来不利影响的建筑垃圾,具有显著的社会效益。

关键词:建筑垃圾 路基 试验 应用

1概述

随着大规模基础设施建设和城市化进程的加快,交通基础设施对砂石骨料的总需求不断增加,长时间对青山绿水中砂石骨料的随意开采,致使砂石资源缺乏,河床改道,山体滑坡,严重破坏生态环境。

另一方面,随着城市化进程的迅速发展和大量旧建筑物寿命逐渐达到使用年限,我国建筑垃圾排放量呈现逐年上涨的趋势。我国建筑废料的回收利用率较低,绝大部分建筑垃圾未经任何处理,便被施工单位运往郊外或乡村,采用露天堆放或填埋的方式进行处理,占用了大量的临时用地,并且耗费了一笔不菲的垃圾清运经费。同时,在清运和堆放过程中,不可避免出现遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题;在垃圾堆放以后,由于废木材、涂料、油漆等装修材料,在雨水、阳光的作用下,发酵、反应而产生的物质会对周边的土壤、水源、空气产生污染。

如何处理好基础建设中砂石材料的大量需求与建筑垃圾不断产生堆积而严重影响环境的矛盾,是当前经济发展中亟需解决的重要问题。

2 建筑垃圾在道路路基中应用存在的问题

建筑垃圾是指对各类建筑物和构筑物及其辅助设施进行建设、改造、安装、拆除、铺设等过程中产生的各类固体废物,主要包括废旧混凝土、碎砖瓦、废沥青、废旧管材、废旧木材、渣土等。

笔者通过对蚌埠市多处堆放点的建筑垃圾调研发现,建筑垃圾成分相当复杂。有混凝土、砖块、木材、钢筋、玻璃、塑料等,部分建筑垃圾还掺杂一些生活垃圾,并且大部分颗粒尺寸过大,不能直接作为路基填料使用,否则必然会使得路基出现不均匀沉降,造成路基路面早期损坏。

从前述调研情况来看,建筑垃圾用作道路路基填料主要存在以下几个问题:

1)颗粒尺寸不均匀,尺寸偏大,有的建筑垃圾都有数米长;

2)同堆放点的建筑垃圾组成材料复杂,部分材料不适合作为路基填料,如塑料、木材等;

3)各处建筑垃圾材料组成及性能差异较大;

4)建筑垃圾路基填料在材料控制与施工控制方面没有统一的标准。

3 室内试验

3.1 破碎、分选

考虑到建筑垃圾组成材料及尺寸大小的不均匀性,采用建筑垃圾作为路基填料时,应对建筑垃圾进行适当的加工与分选。试验用的建筑垃圾填料采用破碎分选一体化设备进行破碎、磁选、风选等措施,将建筑垃圾破碎成如表1的颗粒组成。

表1 破碎后建筑垃圾的颗粒组成

值得一提是,通过磁选,风选以及人工分拣措施后,试验用建筑垃圾填料中含有的杂物,如木块、塑料制品、衣服棉被、泡沫等有机轻质材料,含量约为总重量的0.5%。

3.2最大干密度与最佳含水量

由于试验用建筑垃圾个别超粒径,约60mm以上,不宜直接采用击实试验确定最佳含水量与最大干密度。因此笔者采用密度调整法,即调整超尺寸建筑垃圾路基填料的室内所得最大干密度与最佳含水量。

该密度调整法是假定材料中“加进”超尺寸颗粒时,超尺寸颗粒简单地“悬浮”在较细的材料中。当超尺寸颗粒含量少于30%时,按下列公式1进行调整计算:

(公式1)

式中:
——超尺寸颗粒的质量、合适尺寸颗粒的质量;
——超尺寸颗粒的体积、合适尺寸颗粒的体积;
——现状试验位置的超尺寸颗粒质量百分率;
——室内用合适尺寸材料确定的最大干密度;
——超尺寸颗粒的毛体积密度,用超尺寸颗粒的质量及其毛体积计算确定;
——含超粒径颗粒的材料最大干密度计算值。

公式1表示的是一种极为理想的状态,即超径料的间隙完全被细粒土所充填。但实际上,仅超尺寸颗粒的互相嵌锁和“架桥”作用会降低(干扰)合适尺寸材料的密实度。适用于超尺寸颗粒含量少于30%的情况。

当超尺寸颗粒含量过高时,超过30%,根据《测定粗粒料最大密度之Humphrey公式的校正》的研究得到的经验公式进行调整,即采用公式2进行修正计算。

(公式2)

式中:

——超尺寸颗粒的不均匀系数,
——为超尺寸颗粒的最大粒径;
——为超尺寸颗粒的最小粒径;
——含超颗粒尺寸的材料修正后最大干密度的计算值;
——含超颗粒尺寸的材料最大干密度的实际值与计算值之间的差。

同理,含超颗粒尺寸的材料最佳含水量也应按公式3进行调整:

(公式3)

式中:
——调整后的最佳含水量,%;
——超尺寸颗粒的吸水率,%;
——合适尺寸材料的最佳含水量,%。

根据上述公式,可以快速准确的确定超尺寸建筑垃圾路基填料的最大干密度与最佳含水量。

另一方面建筑垃圾里最主要是由砖、石(含水泥砂浆)组成,而砖、石的密度及吸水率差别较大,所以不同砖石比例的建筑垃圾作为路基填料,最终的最大干密度与最佳含水量也有明显不同,分别测定了砖、石的密度与吸水率,以供实验室快速确定初始含水量,试验结果见表2所示。

表2 建筑垃圾的密度与吸水率试验结果

从表2可以看出,砖的吸水率约是石的2.5倍以上;砖的密度约是石的80%。试验人员可以根据砖石比例快速确定初始含水量。

3.3 性能试验

根据路基设计规范要求,路基填料需要满足最小加州承载比(CBR)的要求,对于二级公路以上,路堤一般不小于2%,下路床不小于4%,上路床不小于6%,高速公路要求应更高。

笔者通过对建筑垃圾细料(不大于4.75mm)、纯砖的建筑垃圾路基填料(不大于40mm)、建筑垃圾砖石通料(不大于40mm)分别进行CBR试验,室内试验结果见表3所示。

表3建筑垃圾路基填料CBR试验结果(%)

从表3可以看出,不管是哪一种建筑垃圾的试验材料都远高于规范关于路基填料的技术要求。纯砖建筑垃圾的CBR数值较建筑垃圾通料明显偏小,约是建筑垃圾通料的40%左右。当建筑垃圾粗骨料被应用到其他部位仅剩细料时,其CBR值也完全能够满足路基填料要求。

4 试验路工程

在蚌埠市用建筑垃圾作为路床填料的试验段实体工程中,采用的建筑垃圾砖石比例约为45%,超尺寸粒径(37.5mm以上)含量约为15%,采用的级配见表4所示。

表4试验路建筑垃圾填料级配组成

依据相关试验规程,进行标准击实试验,并绘制含水率-最大干密度关系曲线,从而确定试验路建筑垃圾最大干密度1.77g/cm3,最佳含水率为14.7%。

建筑垃圾路基施工时,应采用大功率推土机或挖掘机进行初平将建筑垃圾骨料推平,推平宜为先中间后两侧。根据布料时测得建筑垃圾填料的含水量和实验室确定的最佳含水量,填料在碾压前应采用洒水车进行两次洒水,以保证其含水量处于最佳含水量±2%之内。配备大吨位振动压路机(不小于18t)进行碾压,总遍数不少于6遍。

试验段松铺系数为1.19,压实度达到97%,路床顶面弯沉代表值为120(0.01mm),较铺筑20cm建筑垃圾填料路床之前的下承层提高约50%。

5结束语

1)试验段宽30m,长度约500m,20cm厚路床,消化掉3000m3建筑垃圾。另一方面,若不采用建筑垃圾填料,而采用习惯上用的土,按照4m深进行取土,需要1.1亩临时用地作为取土坑,社会效益显著。

2)建筑垃圾的不均匀性可以通过破碎分选一体化设备配备人工分拣进行处理,得到建筑垃圾填料能够满足道路路基的要求。

3)超粒径的建筑垃圾填料的最大干密度与最佳含水量可以通过密度调整法进行修正计算,并可按照砖石比例快速估算室内试验的初始含水量。

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中国砂石协会

2017年08月03日