建筑固體廢棄物再生填料制備及應用技術研究

慎 莉

（中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023）

新型城鎮化建設的不斷推進，產生了大量建筑固體廢棄物。而我國建筑固體廢棄物大多采用露天堆放或填埋的方式進行處理，不僅占用土地資源、污染環境，也給城市生態文明建設帶來不利影響。由此，如何對建筑固體廢棄物進行再生利用已成為政府、企業關注的熱點。但目前建筑固體廢棄物的循環利用主要存在以下三個方面的問題：一是缺乏針對建筑固體廢棄物這種復雜料源（含鋼筋、鋼絲、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃）的成套加工設備；二是無成規模成體系再利用建筑廢棄物施工案例可借鑒；三是無相關規范和標準，僅有區域試行標準可以借鑒。

南京南部新城在開發建設過程中，需要拆除大量既有建（構）筑物，因而也將產生大量的建筑固體廢棄物。為保護環境，降低建設成本，實現南京南部新城建設綠色施工，中鐵四局集團聯合相關高校、設備廠家就大規模建筑固體廢棄物再利用展開系統研究，包括再生填料制備技術、再生填料性能參數及應用、再生填料路基施工及質量控制等方面，并形成了相關規范、標準。

1 再生填料制備技術

通過調研統計，南京南部新城開發建設項目預計將產生超過110萬方的建筑固體廢棄物，可分為三大類：混凝土（既有建筑物地坪、基礎、圈梁、樓板以及周邊道路拆除產生的混凝土，約25萬m3）；粘土磚（既有磚混結構建筑物墻體拆除產生的粘土磚，約65萬m3）；不可利用廢棄物（主要包含鋼筋、鋼絲、塑料、泡沫、木方、陶瓷、玻璃，約20萬m3）。針對如此大規模的料源復雜的建筑固體廢棄物，在現有礦山生產線的基礎上，進行功能完善、分類細化等改造，并經多次試驗運行調整，最終確定了再生填料制備工藝流程和生產線設計流程。

1.1 工藝流程

再生填料制備工藝流程見圖1。

圖1 再生填料制備工藝流程圖

再生填料制備過程主要包括裝載機上料、破碎、篩分、水洗、磁選、再篩分等工序。

破碎：選用了兩種破碎機進行合作破碎，其中鄂式破碎機通過擠壓、彎折和劈裂作用對振動給料機提供的超大粒徑料進行破碎，具有抗壓強度高、破碎比大、產品粒度均勻等特點；反擊式破碎機能處理細碎物料，具有破碎規格多樣化的特點。

篩分：在鄂式破碎機后設置了重型篩分機，用于篩分0-25mm、25-50mm、50mm以上三種粒徑的混合料；在重型篩分機0-25mm出料口設置了小型篩分機，用于篩分0-25mm混合料中0-10mm、10-25 mm兩種粒徑的混合料。

水洗：分別在兩個節點設置了常規水洗機、小型水洗機，利用浮力原理將輕質物垃圾與磚渣分離。

磁選：分別在顎式破碎機、反擊破碎機連接的皮帶上設置吸鐵器，用于將金屬垃圾與磚渣分離。

再篩分：在反擊破碎機后設置了成品篩分機，用于篩分0-60mm粒徑的合格料及大于60mm粒徑的不合格料。

1.2 設備改造及生產線設計

生產線設計流程見圖2。

再生填料加工設備的改造主要體現在以下方面：

①在篩分機進料口增設棒條篩。棒條篩由棒條組成并固定在篩框上，可以承受大塊建筑固體廢棄物的快速沖擊，保證篩網側壁安全。經過改良的振動篩分機結構合理，自動化程度高，機體抗沖擊能力強，降低了機械維修頻次和難度，提高了篩分機工作效率。

②設置水洗機械對物料進行清洗和分選，并對污水進行循環利用,節水性好，且減少了揚塵。

通過對破碎機械的改造，提升了建筑固體廢料精細化分類程度。試運行結果表明，該生產線結構設計合理、自動化程度高，且具有降噪、除塵和雜物處理干凈的優點，這樣處理后的再生填料在顆粒級配和粒型特征等方面均滿足路用性能基本要求。

2 再生填料路用性能研究

在生產線基本穩定及所生產的再生填料基本滿足技術指標要求的基礎上，從最優級配、成型技術和配比技術等方面開展再生填料技術參數及應用研究。主要方法是將建筑固體廢棄物經過合適破碎、篩分，在少摻或者不摻摻合料的情況下，通過實驗室系統試驗，獲得合適顆粒級配和組成，實現建筑固體廢棄物轉變成再生填料直接用于道路結構中的目的。

圖4 水洗機示意圖

針對再生填料作為市政道路底基層及以下部位的應用，通過對再生填料的性能試驗，并結合試驗路段現場檢測，得到以下幾點結論：

①針對以燒結粘土磚為主要成分的再生填料，借鑒土、碎石等傳統填料的性能測試方法，對再生填料的壓碎值、自由膨脹率、有機質含量以及易溶鹽含量等基本物理性能進行測試；并根據再生填料的特點，在參照相關標準的基礎上對再生填料的雜物含量進行測試，再生填料的雜物含量小于1.0%，有機質含量小于 5.0%，易溶鹽含量小于0.3%，相關測試結果均滿足現行標準要求，為再生填料在市政道路中的應用提供了先決條件；由于再生填料的主要成分為燒結粘土磚，壓碎值低于級配碎石，再生填料的壓碎值＜35%，略高于標準《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》（CJJ 1-2008）中對城市快速路和主干路底基層級配碎石或級配碎礫石的要求，結合再生填料的性能測試結果，對其壓碎值要求進行了適當放寬，以保證再生填料在市政道路上的應用。再生填料基本參數測試結果見表1。

再生填料基本參數測試結果 表1

②再生填料的室內研究結果表明，在不摻加任何穩定材料的條件下，通過合理控制再生填料的最大粒徑與級配，能夠保證再生填料具有良好的成型性；再生填料的抗壓強度較高，承載比（CBR）等性能也能滿足各等級市政道路路床及以下部位對路基填料的要求，表明以建筑固體廢棄物生產的再生填料具有應用于市政道路的強度基礎。表2為石灰或土摻量對最大粒徑60mm再生填料承載比的影響；表3為12%灰土與不同石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料承載比的影響測試結果。

石灰或土摻量對最大粒徑60mm再生填料承載比的影響 表2

12%灰土與不同石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料承載比測試結果 表3

石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側限抗壓強度與承載比的影響 表4

最大粒徑為40mm的再生填料摻加3%石灰的7d無側限抗壓強度大于2.5MPa，承載比大于250%，相關性能均滿足市政道路底基層的性能要求，且高于12%灰土的相關性能；摻加水泥后的再生填料的相關性能明顯高于摻加石灰后的再生填料的性能，水泥摻量3%時的7d無側限抗壓強度已達到3.5MPa。表4為石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側限抗壓強度與承載比的影響；圖5為石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側限抗壓強度與承載比的影響。

圖5 石灰摻量對最大粒徑40mm再生填料7d無側限抗壓強度與承載比的影響

③結合再生填料的室內研究結果以及相關技術資料，將最大粒徑為60mm的再生填料用于軟基處理頂部褥墊層與路基下路床及以下部位，最大粒徑為40m的再生填料用于市政道路上路床，摻加3%石灰的最大粒徑為40mm的再生填料用于底基層，對于性能要求較高的市政道路底基層，可使用摻加3%水泥的最大粒徑為40mm的再生填料。并提出不同種類再生填料用于不同等級市政道路底基層及以下部位的技術指標要求以及再生填料施工質量檢驗技術要求。

④試驗路段的現場檢測結果表明：隨著碾壓遍數與填筑層數的增加，再生填料的壓實度與地基承載力都有一定程度的增加；增加碾壓遍數對彎沉值的影響較小，但增加填筑層數能顯著降低彎沉值；再生填料摻加石灰后，相關性能有明顯提升，且隨著齡期的增加也有明顯的改善。

3 再生填料路基施工及質量檢測

3.1 再生填料路基施工工藝流程

試驗段按設計要求選定兩種填料：再生填料加工廠生產的最大粒徑不大于30cm大粒徑磚渣原料（填料A）；破碎后的磚渣（填料B）。每層填筑前均按照要求對級配、雜物含量、含水率等項目進行檢測，相關指標均符合要求后再進行填筑施工。在試驗段基槽開挖后底部采用填料A填筑80cm，頂部至設計路床底部采用填料B填筑60cm。

借鑒傳統路基填筑方法，采用網格法在試驗段進行施工，在每個網格內倒1車料（約20m3），攤平后松鋪厚度約為35cm。用水準儀測出各高程控制點的原始高程。填筑時先填筑兩側再填筑中央，中央填料要比兩側稍厚，以形成2%路拱橫坡，填筑卸土時保證填料均勻。碾壓時從路基邊緣向中部碾壓，路基施工配備22t單鋼輪振動壓路機一臺，碾壓組合為單鋼輪壓路機靜壓1遍、弱震1遍、強震4遍（共6遍）。

再生填料具體施工工藝流程見圖6。

圖6 再生填料施工工藝流程圖

施工完成后對路基壓實度、地基承載力、彎沉值等進行檢測。再生填料用于路床的壓實度高于97%，地基承載力大于400kPa，彎沉值小于2mm；再生填料用于底基層的壓實度大于98%，地基承載力大于800kPa，且隨著齡期的增加，再生填料的彎沉值與回彈模量都有顯著的改善，30d時的彎沉值為0.54mm，回彈模量大于180MPa。

已施工路段實測結果表明：再生填料的相關性能可以滿足市政道路軟基處理頂部褥墊層與底基層及以下部位對填料的性能要求，可用于道路結構的換填層以及路基結構中。

4 結語

通過對既有建筑拆除產生的固體廢棄物再利用，南京南部新城開發建設項目共減少占用土地面積約24萬m2，節約投資成本約10800萬元，社會、環境和經濟效益顯著，具有廣闊推廣應用前景。此外，依托南京南部新城開發建設項目，由中鐵四局集團主編的南京市地方標準《建筑廢棄物在道路工程中應用技術規范》以及《建筑廢棄物用于南京南部新城市政道路工程路基下路床及以下部位的設計施工及驗收導則》等文獻，也可為今后類似工程施工提供借鑒與參考。