建筑垃圾再生料的工程分類及其特性研究

陳 冬 梅

(喀什大學(xué)，新疆 喀什 844006)

建筑垃圾再生料的工程分類及其特性研究

陳 冬 梅

(喀什大學(xué)，新疆 喀什 844006)

介紹了建筑垃圾的組成和加工工藝，參考已有的研究成果及工程實(shí)例，摸索出一套室內(nèi)試驗(yàn)研究方案，旨在通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)了解建筑垃圾再生料的基本路用性能，研究建筑垃圾的基本物理力學(xué)性質(zhì)，并得出相應(yīng)指標(biāo)。

建筑垃圾，再生料，配合比，吸水率

1 選題背景及依據(jù)

隨著城市建設(shè)持續(xù)不斷地發(fā)展，越來(lái)越多的建筑垃圾產(chǎn)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)如今我國(guó)建筑垃圾總量已占到城市固體廢物總量的40%。然而，目前這些建筑垃圾基本都是未經(jīng)任何處治，直接運(yùn)往城郊露天堆放或者填埋，占用大量的土地資源，并且會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成嚴(yán)重的污染。另一方面，隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷加快，每年對(duì)混凝土的需求量達(dá)到了約14億m3，約占全世界混凝土總需求量的50%。骨料在工程建設(shè)中具有重要地位，尤其是粗骨料。既可作為混凝土的組成部分，也可直接作為地基處治的原材料。從保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約空間資源及建設(shè)資金的出發(fā)點(diǎn)，有效利用建筑垃圾，將其資源化，作為工程建設(shè)中的粗骨料，對(duì)于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

高速公路項(xiàng)目，其沿線居民住宅、工業(yè)廠房眾多，部分路段處于市區(qū)，拆遷量十分巨大，現(xiàn)場(chǎng)若采用建筑垃圾樁處治路基，不僅能夠給公路建設(shè)節(jié)約建設(shè)資金，還能夠減少垃圾堆填進(jìn)而保護(hù)環(huán)境。因此需對(duì)建筑垃圾的工程特性進(jìn)行系統(tǒng)的討論研究。

2 建筑垃圾的組成和加工

2.1 建筑垃圾的組成

為了便于管理，建設(shè)部頒布《城市建筑垃圾管理規(guī)定》[1]：目前對(duì)建筑垃圾的分類主要是根據(jù)建筑垃圾產(chǎn)生源、組成和資源化利用難易程度進(jìn)行劃分。

據(jù)此可總結(jié)出建筑垃圾的四個(gè)特點(diǎn)：1)粗集料的強(qiáng)度變化大，但總體強(qiáng)度均偏低，且分布不均；2)粗集料的粒徑變化較大，超大顆粒含量較高；3)含有小部分表層雜填土，植物根系和腐殖質(zhì)含量也較高，不符合路用材料的基本要求；4)建筑廢渣與土混雜，粗、細(xì)集料比例不穩(wěn)定，級(jí)配很差。

2.2 公路用建筑垃圾的加工

現(xiàn)階段應(yīng)用于公路路基工程的建筑垃圾主要是指拆除物中的混凝土塊、磚塊、砂漿塊、陶瓷、玻璃以及由這些成分所產(chǎn)生的細(xì)料。由于建筑垃圾中所含成分非常復(fù)雜，含有大量不利于公路工程質(zhì)量的雜物如木塊、塑料制品、棉布、泡沫等有機(jī)輕質(zhì)材料，并不是能全部應(yīng)用于公路工程，而且建筑垃圾的顆粒組成極不均勻，有大量超大粒徑顆粒存在，不利于公路路基的壓實(shí)。所以在建筑垃圾利用到公路工程之前需要對(duì)其進(jìn)行加工。

建筑垃圾的加工工藝流程如圖1所示。

3 建筑垃圾再生料的特性研究

為了更加深入地了解建筑垃圾再生料的工程特性，特對(duì)再生骨料的級(jí)配、壓碎指標(biāo)、吸水性、壓縮性等基本性能進(jìn)行試驗(yàn)，本節(jié)主要包括有再生料的篩分試驗(yàn)、再生料密度及吸水率試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、大型固結(jié)儀壓縮試驗(yàn)以及再生混凝土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.1 再生料的篩分試驗(yàn)

為了更加清楚地了解建筑垃圾力學(xué)特性，參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》[2]中對(duì)粗粒土的粒徑大小及顆粒含量的級(jí)配要求，配制了三組不同級(jí)配：Ⅰ連續(xù)開(kāi)級(jí)配、Ⅱ連續(xù)密級(jí)配、Ⅲ間斷級(jí)配，進(jìn)而配比集料。不同級(jí)配的具體粒徑含量大小見(jiàn)表1。

表1 磚塊級(jí)配組成

3.2 再生料密度及吸水率試驗(yàn)

對(duì)于配制得到的集料，我們需進(jìn)行基礎(chǔ)性能試驗(yàn)，以了解其基本工程特性。首先做的是再生料密度及吸水率試驗(yàn)。本研究選用網(wǎng)籃法對(duì)粗集料密度及吸水率進(jìn)行試驗(yàn)研究。

本試驗(yàn)的具體操作流程可見(jiàn)圖2。

本組試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果為接下來(lái)的擊實(shí)試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。其所測(cè)試的結(jié)果：密度及吸水率，用以計(jì)算擊實(shí)試驗(yàn)試件的質(zhì)量及配置不同含水率時(shí)所對(duì)應(yīng)的不同質(zhì)量的用水量。

4 再生料的擊實(shí)試驗(yàn)及破碎率分析

本研究所涉及的建筑垃圾再生料為破碎磚塊，其表面粗糙，棱角尖銳，顆粒松散，且受力后極易破碎。由于骨料在受力形變后，隨顆粒粒徑含量的變化，其級(jí)配也相應(yīng)變化，物理力學(xué)性質(zhì)也會(huì)改變，為此我們需研究建筑垃圾再生料經(jīng)歷擊實(shí)，破碎，其的變化趨勢(shì)及變化范疇。

按照三種級(jí)配配制粗骨料，由抽樣試驗(yàn)可知天然狀況下的碎磚含水率為4.73%，并且由粗集料密度及吸水率試驗(yàn)的結(jié)果可知，建筑垃圾再生料的平均吸水率可達(dá)19%左右。那么擊實(shí)試驗(yàn)的含水率設(shè)計(jì)不能高于磚塊的平均吸水率，其設(shè)計(jì)含水率最大為20%。

圖3是擊實(shí)試驗(yàn)取得的第一組試驗(yàn)結(jié)果，三種級(jí)配集料的最佳含水量是17.0%。

圖4是擊實(shí)試驗(yàn)取得的第二組試驗(yàn)結(jié)果，三種級(jí)配集料的最佳含水量是16.67%。

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果，得到最佳含水量與最大干密度隨級(jí)配變化的曲線，見(jiàn)圖5，圖6。

由圖5可知，三種級(jí)配試樣的最佳含水量范圍是16.80%～16.88%，差異性并不明顯。主要原因是三種試樣僅僅是級(jí)配不同，材料屬性一致，其吸水率相同，最終的擊實(shí)效果接近。而三者之間存在的小差異性，則是由于三者的顆粒含量不同，由篩分試驗(yàn)的結(jié)果可知，三者的大骨顆粒依次增多，不均勻系數(shù)亦呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，試樣間的孔隙比也隨之增大，其體表面積也相對(duì)增大，對(duì)水的吸收能力也隨之增強(qiáng)。同時(shí)相對(duì)的大骨顆粒越多，擊實(shí)受力時(shí)，骨顆粒間的棱角應(yīng)力集中越明顯，破碎程度也越加劇。

擊實(shí)后的破碎率對(duì)比分析：

建筑垃圾按粒徑劃分屬于粗粒土，作為混凝土再生骨料，在被碾壓過(guò)程中極易破碎，其粒徑級(jí)配對(duì)地基的穩(wěn)定性具有重要影響。通過(guò)對(duì)建筑垃圾再生骨料分層擊實(shí)、篩分，研究其碾壓前后級(jí)配變化以及分層差異。

根據(jù)再生料擊實(shí)回收的篩分結(jié)果，可以做出建筑垃圾再生料破碎后的粒徑級(jí)配累計(jì)曲線，分層擊實(shí)破碎后顆粒級(jí)配曲線變化見(jiàn)圖7；將其與再生料擊實(shí)前的粒徑級(jí)配累計(jì)曲線(如圖8所示)做對(duì)比，并計(jì)算提取其不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)，再生料擊實(shí)前后篩分參數(shù)變化見(jiàn)表2。

表2 再生料擊實(shí)前后篩分參數(shù)變化

級(jí)配ⅠⅡⅢ不均勻系數(shù)曲率系數(shù)d10d30d60原始材料12.0037.8047.83壓碎材料17.3840.0032.67原始材料1.713.322.09壓碎材料1.821.091.04原始材料1.500.500.60壓碎材料0.800.500.60原始材料6.805.606.00壓碎材料4.503.303.50原始材料18.0018.9028.70壓碎材料13.9020.0019.60

查閱有關(guān)文獻(xiàn)[3]得知，在工程上所謂的級(jí)配良好，要求：1)土的級(jí)配不均勻系數(shù)不小于5(Cu≥5)；2)級(jí)配曲線連續(xù)，即曲率系數(shù)在1～3之間取值(Cc=1～3)。不能滿足上述兩個(gè)條件的土在工程上視為級(jí)配不良的土。將擊實(shí)后的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)與原級(jí)配集料的不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)相比較而知，雖然建筑垃圾再生料受力后極易破碎，但顆粒大小的相互轉(zhuǎn)換反而將其級(jí)配情況改良了，不均勻系數(shù)變大，曲率系數(shù)大致變小，在工程上屬于級(jí)配良好的集料。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上的一系列室內(nèi)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究成果，可知建筑垃圾具有強(qiáng)度高、吸水強(qiáng)、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。具體表現(xiàn)為：

1)建筑垃圾具有顆粒大，比表面積小，透水性好的特點(diǎn)。

2)三種級(jí)配試樣的最佳含水量范圍是16.80%～16.88%，差異性并不明顯。主要原因是三種試樣僅僅是級(jí)配不同，材料屬性一致，其吸水率相同，最終的擊實(shí)效果接近。

3)通過(guò)對(duì)擊實(shí)試驗(yàn)的試樣材料回收篩分分析，盡管建筑垃圾再生料受力后極易破碎，但顆粒大小的相互轉(zhuǎn)換反而將其級(jí)配情況改良了，不均勻系數(shù)變大，曲率系數(shù)大致變小，在工程上表現(xiàn)為級(jí)配良好的集料。

[1] JTG G23—2005,城市建筑垃圾管理規(guī)定[S].

[2] JTJ 034—2000,公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG E40—2007,公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

Study on construction waste recycling material engineering classification and their properties

Chen Dongmei

(KashgarUniversity,Kashgar844006,China)

The paper introduces construction waste composition and manufacturing technologies, refers to existing research achievements and engineering examples, and explores a set of indoor experimental research scheme, with a view to understand basic highway performance of construction waste recycling materials through the indoor test. And then, it studies basic physical and mechanical properties of construction waste, and finally draws corresponding indicators.

construction waste, recycling material, mixing proportion, water absorption

1009-6825(2017)22-0194-03

2017-05-26

陳冬梅(1989- )，女，碩士，助教

X705

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