建筑廢棄物在道路全結構層位的實體工程應用

孫鐘良，張 言，汪道靜

（1.湖州南潯交通水利投資建設有限公司,浙江 湖州 313009；2.中交第一航務工程有限公司,天津市 300450）

0 引言

近年來，我國的城鎮化進程迅速推進，在這個過程中，舊建筑設施的拆除產生了大量的建筑廢棄物。目前我國建筑廢棄物堆放總量已達70億t，每年新產生的建筑廢棄物超過4億t，但其資源化利用率僅為5%[1-2]。建筑廢棄物的處理方式主要有露天堆放和填埋兩種[3]，這不僅浪費了大量的建筑廢棄物資源和土地資源，其衍生的飛塵、重金屬也對水資源和大氣造成了不可逆的影響。另外，隨著中國道路建設的高速發展，玄武巖、花崗巖、石灰巖等優質天然巖石被大量耗費，天然集料作為不可再生資源在多地已經不能滿足建設需求。建筑廢棄物在道路工程中的應用既能緩解我國道路高速發展對天然集料需求的壓力，又能減少建筑廢棄物處理的成本及其對環境的影響。因此建筑廢棄物在道路工程中的資源化利用已迫在眉睫。

目前建筑廢棄物在水泥穩定基層及路基中的應用較為成熟，但關于瀝青混合料面層的應用較少。本文對建筑廢棄物道路路基、基層及瀝青面層的設計方法進行了研究，取得初步成果后提出了四種建筑廢棄物道路全結構應用的方案。并于2016年在湖州織里舊館連接線鋪筑了200 m的試驗路，于2017年進行了現場測試。以湖州織里舊館連接線的實體工程應用為例對建筑廢棄物在道路全結構中的應用進行介紹。

1 工程概況

試驗段位于318國道湖州南潯至吳興段改建工程（南潯段）舊館連接線，試驗路段長約200 m，樁號范圍為L1K0+100～L1K0+300。每50 m為一種鋪筑方案，共四種道路全結構應用方案，見表1。

表1 四種道路全結構應用方案

2 各層位建筑廢棄物混合料配合比設計

建筑廢棄物集料與常規天然集料相比有著強度低、易破碎、孔隙發達、吸水率高等特點，由其組成的混合料配合比設計過程也與常規混合料有所差異。這里將建筑廢棄物按其主要成分分為混凝土渣和磚渣兩種。

2.1 路基

2.1.1 泥結碎石

泥結碎石建筑廢棄物的方案采用100%混凝土渣的配合比進行設計。建筑垃圾破碎后的最大公稱粒徑為37.5 mm，按照《公路土工試驗規程》（JTG E40—2007）要求，采用重型Ⅱ標準擊實方法，選取3×98擊的擊實功，按3層擊實法制樣。測得泥結建筑廢棄物碎石的擊實曲線，如圖1所示。

圖1 建筑廢棄物配比為100%混凝土的泥結碎石擊實曲線

由圖1可知，100%混凝土渣的建筑廢棄物泥結碎石的最佳含水率為10.4%，測試最佳含水率下的最大干密度為1.907 g/cm3。

2.1.2 灰土處治

灰土處治建筑廢棄物碎石的方案采用70%混凝土渣+30%磚渣的配合比進行設計。石灰摻量選擇8%和15%兩種方案。由于采用無機結合料對混合料進行改良，混合料的最佳用水量需要適當提高。仍然采用重型Ⅱ標準擊實方法進行最佳含水率測試，最佳含水率和最大干密度見表2。

表2 8%和15%石灰摻量下的最佳含水率和最大干密度

由表2可以看出，15%灰劑量的建筑垃圾穩定碎石的干密度比8%灰劑量的小，這是由于石灰的比表面積大，毛體積密度相對于建筑垃圾、素土來得小，8%質量灰劑量的石灰在石灰穩定碎石中占的體積比例約為20%。為了減輕路基自身重量，以減小固結沉降，提高道路整體性能，宜摻入較高的石灰劑量。但同時仍需考慮石灰劑量對石灰穩定碎石整體力學性能，以及工程經濟性等因素的影響。從經濟技術角度來講，最終采用70%混凝土+30%磚的建筑垃圾組合方案+8%的摻灰方案。

2.2 水泥穩定基層

為了盡可能提高回收混凝土骨料的利用率，采用100%的回收混凝土骨料應用于基層、底基層混合料中。根據《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50—2006)中關于骨架密實型水泥穩定類集料級配要求進行了配比設計，最終確定合成級配，如圖2所示。

圖2 水泥穩定建筑廢棄物混合料（100%混凝土）合成級配曲線

據《公路瀝青路面設計規范》要求，和《318國道南潯至吳興段改建工程 第七合同 兩階段施工圖設計》（2012年8月）建議，確定應用于基層的回收混凝土混合料的水泥摻量為4.0%，應用于底基層的回收混凝土混合料的水泥摻量為3.5%。

2.3 瀝青混合料面層

鑒于建筑廢棄物強度低、易破碎、空隙發達的特性，本文采用AC-20的級配進行建筑廢棄物瀝青混合料設計，且建筑廢棄物均采用分揀后得到的混凝土渣，即100%混凝土。按4.75 mm為界將建筑廢棄物集料分為粗建筑廢棄物和細建筑廢棄物，本文對40%粗建筑廢棄物+60%天然集料和20%細建筑廢棄物+80%天然集料兩種配合比進行混合料設計。合成級配如圖3和圖4所示。

圖3 40%粗建筑廢棄物+60%天然集料合成級配曲線

圖4 20%細建筑廢棄物+80%天然集料合成級配曲線

采用常規的馬歇爾試驗方法確定兩種方案的最佳瀝青用量。每個方案選用五個油石比，每個油石比間隔0.5%，每個油石比對應三個平行試件，測試其相應的物理參數、馬歇爾穩定度及流值，求出其最佳油石比OAC。《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）對AC-20瀝青混合料馬歇爾試驗各項指標的要求見表3和表4。

表3 40%粗建筑廢棄物+60%天然集料最佳瀝青用量

表4 20%粗建筑廢棄物+80%天然集料最佳瀝青用量

3 建筑廢棄物全結構施工

3.1 建筑廢棄物瀝青面層施工技術指標

室內試驗結果表明，適當提高建筑廢棄物瀝青混合料的拌合和壓實溫度有利于提高建筑廢棄物的路用性能。根據室內試驗結果和《公路瀝青路面施工技術規范》確定建筑廢棄物瀝青面層施工溫度。具體工序的混合料溫度要求見表5。

表5 熱拌瀝青混合料的施工溫度 ℃

由室內試驗研究結果可知，建筑廢棄物瀝青混合料的空隙率較大，較難壓實。因此根據《公路瀝青路面施工技術規范》和室內試驗研究結果，適當提高壓實功，即增加現場碾壓次數，確定建筑廢棄物瀝青面層的現場碾壓工藝。具體工序要求見表6。

4 建筑廢棄物全結構路面質量檢測

2017年10月，318國道湖州南潯至吳興段改建工程（南潯段）舊館連接線已經經歷了一年半的行車考驗。對其進行現場質量檢測，包括瀝青面層厚度、壓實度、平整度、車轍深度及現場彎沉測試。

表6 現場碾壓工藝

4.1 瀝青面層厚度及其壓實度

對瀝青面層進行鉆芯取樣，以觀測建筑垃圾瀝青路面下面層的成型情況。從芯樣的外觀來看，芯樣完整、密實。測量芯樣的高度見表7。

表7 建筑垃圾瀝青路面下面層厚度

由表7可知，建筑垃圾瀝青路面下面層的厚度為5.4～6.2 cm，滿足鋪筑厚度要求。

本文采用鉆芯法測試建筑垃圾瀝青路面下面層的壓實度。以施工過程中建筑垃圾瀝青混合料的密度為標準密度，計算再生層的壓實度。在施工過程中，當所用的再生料配合比進行調整后，都需要重新測定再生料的最大干密度。通過現場抽取建筑垃圾瀝青混合料下面層混合料并進行擊實試驗，得出現場建筑垃圾下面層的實測馬歇爾試件的密度，見表8。

表8 建筑垃圾瀝青路面下面層標準密度

表9 建筑垃圾瀝青路面下面層表觀密度及壓實度測試結果

以表8測定的建筑垃圾下面層毛體積密度為標準密度，測定各樁號芯樣的表觀密度并計算壓實度，見表9。

由表9可知，試驗段的壓實度均在99.6%以上，滿足壓實度要求。

計算兩種方案的平均壓實度、標準差、變異系數：

式中：K0為該評定路段的平均壓實度，%；S為一個評定路段的壓實度測定值的標準差，%；CV為一個評定路段的壓實度測定值的變異系數，%；K1、K2、…、KN為該評定路段內各測定點的總數，其自由度為N-1；K'為一個評定路段的壓實度代表值，%；tα為t分布表中隨自由度和保證率而變化的系數。

計算結果見表10。

表10 兩種方案的平均壓實度、標準差、變異系數和壓實度代表值 %

4.2 平整度、車轍深度及現場彎沉測試

按《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60—2008）要求，利用3 m尺對兩種方案進行連續測量，并計算平均值、不合格尺數及合格率，見表11。

表11 兩種方案平均值、不合格尺數及合格率

由表11可知，兩種方案均無不合格尺數，其平均值均在2 mm以下。

利用橫斷面尺測定兩種方案的車轍深度及平均車轍深度，結果見表12。

表12 車轍深度及平均車轍深度

平均車轍深度分別為2 mm和2.43 mm。

建筑廢棄物現場彎沉測試結果見表13。

由表13可知，各方案彎沉值的代表值都低于設計彎沉值。而方案一、二即40%粗建筑廢棄物+60%天然集料的彎沉標準差比方案三、四即20%細建筑廢棄物+80%天然集料的彎沉標準差更小。同時方案一、二的彎沉代表值也比方案三、四低。

5 結語

（1）100%混凝土渣的建筑廢棄物泥結碎石的最佳含水率為10.4%；灰土處治建筑廢棄物宜采用70%混凝土+30%磚的建筑垃圾組合方案+8%石灰，其最佳含水率為16.1%；建筑廢棄物瀝青混合料的最佳油石比較高，40%粗建筑廢棄物+60%天然集料的最佳油石比為6.5%，20%細建筑廢棄物+80%天然集料的最佳油石比為5.3%。

（2）建筑廢棄物瀝青混合料較難壓實，宜提高拌合和壓實溫度，并增加碾壓次數。

表13 現場彎沉測試結果

（3）建筑廢棄物全結構道路通車一年后，現場質量檢測指標（面層厚度、壓實度、平整度、車轍深度和現場彎沉等）均滿足現行技術規范，路況處于良好狀態。

[1]國家發展和改革委員會.中國資源綜合利用年度報告[J].中國經貿導刊，2014，7(30)：49-56.

[2]肖緒文,馮大闊,田偉.我國建筑垃圾回收利用現狀及建議[J].施工技術,2015,44(10)：6-8.

[3]侯月琴.水泥混凝土再生集料在瀝青路面中的應用研究[D].西安：長安大學,2014.