建筑垃圾在市政道路中的使用性能研究

馬俊梅

（中設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210001）

0 引言

自20世紀90年代以來，很多發達國家已經將城市建筑垃圾資源化處理作為環境保護和可持續發展戰略目標之一，有些國家的建筑垃圾再生利用率已達90%以上，并形成了較為完備的政策法規體系，為建筑垃圾資源化利用保駕護航，例如日本《再生骨料和再生混凝土使用規范》《資源重新利用促進法》，德國《固體廢物循環經濟法》《在混凝土中采用再生骨料的應用指南》，美國《固體廢棄物處理法》與《超級基金法》。

我國建筑垃圾資源化產業起步晚，雖然國家層面制定了《中華人民共和國循環經濟促進法》《城市建筑垃圾管理規定》等法律法規，但這些法律法規更多關注建筑垃圾造成的環境污染及對市容的影響，缺乏對開展建筑垃圾資源化利用的系統性支持和保障。地方政府層面，北京、上海、廣州、深圳等一線城市受制于國土面積較少與發展程度較高間的突出矛盾，出臺了針對建筑垃圾資源化利用的法規、規范、標準。例如，北京市出臺了《建筑垃圾分類消納管理辦法（暫行）》，上海市出臺了《上海市建筑垃圾處理管理規定》，深圳市出臺了《深圳市建筑垃圾處置和綜合利用管理辦法》，廣州市出臺了《廣州市建筑垃圾管理條例（征求意見稿）》《廣州市建筑廢棄物管理條例》《廣州市余泥渣土管理條例》等，但地域廣闊的二、三線城市仍處于政策、規范、標準的空白狀態。

由此可見，我國在建筑垃圾再生骨料、建筑垃圾透水鋪裝以及建筑垃圾路基填料等產業方向具有巨大市場潛力，對上述應用方向深入研究有利于拓展其利用空間和利用范圍。本文著重對公路建設中磚塊、混凝土兩種集料配合比情況下的壓實度、承載比等強度性能進行分析，同時對德國阿吉斯（ARJES）生產的可移動履帶建筑垃圾處理設備的工藝流程進行系統介紹。

1 建筑垃圾作為路基填料的應用研究

建筑垃圾由渣土、砂漿和混凝土、磚塊磚渣、樁頭、金屬、木材、裝修廢料和其他廢棄物等組成［1］。建筑垃圾具有成分復雜，粗細骨料級配差，強度不均等特性。結合市政道路路基的工程要求，建筑垃圾中的磚塊、混凝土是能夠進行資源化利用的兩種主要集料，為確保建筑垃圾作為路基填料的安全性和穩定性，分析磚集料、混凝土集料不同配合比下壓實度、承載比等強度性能，得出不同配合比條件下建筑垃圾作為路基填料的生產控制要求，才能提高建筑垃圾的利用效率。

1.1 試驗原材料

試驗原材料主要為建筑垃圾中的磚集料、混凝土集料，試驗過程通過四分法確保試驗樣品的代表性。根據《公路路面基層施工技術細則》（JTGT F20—2015）［2］規定：用于二級和二級以上公路基層和底基層的級配碎石應用預先篩分成幾種不同粒徑的碎石及4.75 mm以下的石屑級配組成。試驗前利用9.5 mm標準方孔篩篩除超大粒徑顆粒，試驗用水為普通生活用水。兩種集料篩分試驗結果如表1所示。

表1 磚集料、混凝土集料篩分試驗結果

1.2 建筑垃圾表觀密度、液限、塑性指數性能表征

路基包括路床和路堤，其填筑主要要求保證填料碾壓密實承載比（CBR）達到一定標準，對級配要求不高。對兩類建筑垃圾集料進行原材料試驗，主要包括密度試驗、液限、塑性等，試驗結果如表2所示。

表2 磚集料、混凝土集料物理性能試驗結果

由表2可知：混凝土集料表觀密度大于磚集料；兩類集料的粒徑、液限、塑性指數等指標均滿足《公路路基設計規范》（JTG-D30—2015）［3］要求。

1.3 擊實試驗

對兩類回填集料進行重型擊實試驗，得到其最佳含水量、最大干密度如表3所示。

表3 回填材料擊實試驗結果

由表3可知：混凝土塊集料的最佳含水率小于磚混結構集料，而混凝土塊集料最大干密度大于磚混結構集料。

1.4 承載比（CBR）試驗

根據《公路路基設計規范》（JTG-D30—2015）［3］，各等級公路路床和路堤的壓實度及強度要求如表4所示。

承載比試驗（CBR）包括膨脹量及貫入試驗，試驗結果如表5—6所示。

由表5—6可知：（1）兩類集料的膨脹量均很小，滿足路基施工技術要求。（2）與磚集料相比，混凝土集料的膨脹量較小，且兩類集料的膨脹量均隨壓實度的減小而增大。（3）壓實度滿足規范要求時，兩類集料的CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求，且混凝土集料的CBR值大于磚集料。（4）回填材料的CBR值隨著壓實度的增加而顯著增大，兩種集料密實度增加，抵抗壓縮變形的能力增強。

2 可移動履帶建筑垃圾處理設備

由于市政道路施工線較長，傳統的固定式建筑垃圾破碎站不適合路基回填施工需要，本文建議選用可移動履帶建筑垃圾處理設備對建筑垃圾進行處理。可移動履帶建筑垃圾處理設備集成破碎、篩分兩種功能，能夠對物料進行現場破碎，并可隨施工面推進而移動，降低了物料運輸費用。同時設備占地面積小，設備靈活、方便，機動性強，可節省大量固定式建筑垃圾破碎站固定資產投資，非常適合市政道路路基回填施工，如圖1所示。

可移動履帶建筑垃圾處理設備包括動力系統、電氣系統、液壓系統、給料艙、振動給料機、反擊式破碎機、除鐵器、履帶行走系統、船型架等組成。可移動履帶建筑垃圾處理工藝系統主要由破碎系統、防塵系統、輕物質分離系統以及除鐵系統四大系統組成。破碎系統主要是對塊狀物料進行破碎、篩分；防塵系統減少了生產過程中揚塵污染；輕物質分離系統是在振動篩上加裝負壓密封罩，把振動篩上的塑料袋、泡沫以及部分小木塊收集到一個倉中，同時在履帶行走系統末端加裝重力分級系統，把粗集料收集到另外一個倉中，實現了對粗細集料分倉收集；除鐵系統既保證了破碎、篩分過程的順利進行，也免除了煩瑣人工分揀，大大提升了回收過程的經濟價值。可移動履帶建筑垃圾處理設備的破碎、篩分工藝如下：建筑垃圾通過上料設備輸送到振動拾料機，通過振動給料機去除建筑垃圾中的細粉料，大塊給料進入反擊式破碎機，破碎后物料通過履帶行走系統進行輸送，并在輸送過程中通過除鐵器去除鐵類雜物，最終合格物料通過輸送帶運送到指定位置堆放。可移動履帶建筑垃圾處理設備集建筑垃圾受料、破碎、傳送、處理、再加工等工藝裝備為一體，通過不同的功能模塊組合，形成一套強大的移動生產加工線，完成了市政道路路基回填的作業要求，實現由傳統的“建筑原料→建筑物→建筑垃圾”向“建筑原料→建筑物→建筑垃圾→再生原料→新生產品”的新型建材產業鏈和循環低碳經濟生產運營模式的轉變。可移動履帶建筑垃圾處理設備在市政道路路基回填上的應用實踐過程，免去了建廠、渣土運輸等管控環節，實現了現場分揀、現場利用的末端治理效果，如圖2—3所示。

表4 路床和路堤填料壓實度及強度要求

表5 膨脹量試驗結果

表6 CBR值試驗結果

圖1 可移動覆帶建筑垃圾處理設備

3 結語

（1）混凝土集料及磚集料的粒徑、液限、塑性指數等指標均能滿足路基回填材料的規范要求。

圖2 建筑垃圾

圖3 建筑垃圾處理

（2）壓實度滿足規范要求時，混凝土集料、磚集料的膨脹量均滿足路基施工技術要求，CBR值均滿足各級公路路基填料的強度要求。

（3）路基回填材料的壓實度越大，CBR值越大，回填材料抵抗壓縮變形的能力越強，穩定性越好，施工中確保壓實度達到規范及設計要求是質量控制關鍵。

（4）可移動履帶建筑垃圾處理設備集破碎、篩分兩種功能為一體，能夠對物料進行現場破碎，并可隨施工線推進而移動，降低了物料運輸費用，非常適合市政道路路基回填施工。

（5）多維度指標試驗設計為混凝土集料、磚集料在市政道路路基回填等方面的應用奠定了基礎。