淺談建筑垃圾再生骨料用于道路建設的適用性與技術要求

楊盼盼

（南京工業(yè)大學浦江學院，江蘇 南京 211134）

0 引言

隨著我國城市化進程迅速發(fā)展，每年產(chǎn)生數(shù)億噸的建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計“，十三五”末我國的建筑垃圾總量已經(jīng)超過20億噸，不僅造成資源浪費，而且污染環(huán)境，帶來嚴重的安全隱患。相比發(fā)達國家，我國的建筑垃圾資源化率較低。近年來，我國在推動建筑垃圾的減量化、資源化和再利用方面作了很多的工作，隨著政府鼓勵資金的不斷投入和建筑垃圾回收技術水平的提高，目前建筑垃圾的資源化已進入快速發(fā)展階段，成為國家生態(tài)文明建設的一部分。

我國于2020年5月新頒布的《住房和城鄉(xiāng)建設部關于推進建筑垃圾減量化的指導意見》中指出，各地區(qū)建筑垃圾減量化工作機制已初步建立，目標是2025年底實現(xiàn)新建建筑施工現(xiàn)場垃圾（不包括工程渣土、工程泥漿）排放量每萬平方米不超過300t，裝備式建筑施工現(xiàn)場垃圾排放量每萬平方米不超過200t。政府通過多項規(guī)范性文件指導建筑垃圾的合理處理[1]。因此，如何快速、有效地處理建筑垃圾將會成為科學研究的一個重要領域。本文僅就建筑垃圾再生骨料用于道路建設的適用性和技術要求進行分析。

1 建筑垃圾的傳統(tǒng)和精細化分類

1.1 傳統(tǒng)分類

《建筑垃圾處理技術標準》中將建筑垃圾定義為工程渣土、工程泥漿、工程垃圾、拆除垃圾和裝修垃圾等的總稱。包括新建、擴建、改建和拆除各類建筑物、構筑物、管網(wǎng)等以及居民裝飾裝修房屋過程中所產(chǎn)生的棄土、棄料及其他廢棄物，不包括經(jīng)檢驗、鑒定為危險廢物的建筑垃圾。其中工程渣土、工程泥漿、工程垃圾和拆除垃圾優(yōu)先就地利用。這個分類方式是基于建筑垃圾的產(chǎn)生來源。因不同建筑垃圾的物理化學及力學性能差異較大，若要提高建筑垃圾的資源化再用率，需要進一步精細化分類，才能做到各得其用，充分發(fā)揮出建筑垃圾的最大價值。

1.2 精細化分類

建筑垃圾中70%是拆除垃圾，拆除垃圾按來源不同，分為建筑拆除垃圾和道路拆除垃圾。建筑拆除垃圾的種類較多，根據(jù)其特點和資源化再利用的處理方式不同，先采用人工和機械進行初步分選，分揀出拆除建筑垃圾中的鋼筋、木材、塑料、玻璃等不符合處置工藝要求的材料，進行回收改造、回爐生產(chǎn)等處理方式，剩余90%的是廢磚、廢混凝土、廢石塊等化學性質穩(wěn)定的材料，可粉碎生產(chǎn)再生建筑材料，或作為部分骨料用于道路路基、基層結構的回填，實現(xiàn)資源化再用。

剩余的建筑垃圾主要是工程建設中產(chǎn)生的泥漿、渣土、棄土、棄料等，這部分垃圾仍然可以資源再用，工程泥漿和渣土可用于景觀項目、垃圾處理場所等基礎的回填，棄土棄料還用于道路路基的回填。建筑垃圾的精細化分類及處理見表1。

表1 建筑垃圾的精細化分類及處理

2 建筑垃圾在道路工程中的應用現(xiàn)狀和適用性分析

2.1 應用現(xiàn)狀

我國對建筑垃圾的管理起步較晚，始于20世紀80年代末90年代初，但近些年來，我國已有企業(yè)和高校科研人員對建筑垃圾資源化再用開展了許多探索性的研究，并取得了較好的工程應用成果。例如頒布實施了相關的行業(yè)標準《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料》（JC/T 2281-2014）、《建筑垃圾處理技術標準》（CJJ/T 2019）等。康美琪等人研究了混凝土再生骨料和天然骨料的性能試驗對比，通過調整配合比將資源利用最大化，實現(xiàn)再生骨料應用于路基路面中的可行性[2]。皇朝廣研究了以不同摻量的建筑廢棄混凝土再生集料進行透水混凝土的組合設計，其路用性能優(yōu)于天然集料[3]。我國具有較多的建筑垃圾再生骨料應用于道路路基和基層結構的工程應用案例，但大摻量地用于瀝青面層還具有一定的局限性，目前還未得到有效推廣應用。

2.2 適用性分析

建筑垃圾中90%以上的成分是廢磚、廢混凝土、廢石塊、泥土等無污染的材料，且這部分材料性能穩(wěn)定，具有良好的強度、硬度、耐磨性、抗凍性和耐水性，其性能優(yōu)于黏土、粉土等其他道路材料，因此，建筑垃圾在道路工程上的再生利用具有重要意義。因建筑垃圾在道路工程中應用化程度較高，通過建筑垃圾再生骨料技術指標的控制和優(yōu)化可進一步擴大應用范圍。經(jīng)試驗研究，在一定的摻量下可滿足道路各結構層的技術指標要求，而且減少新料的使用，節(jié)約資源減少污染，降低工程造價。

（1）建筑垃圾再生骨料在道路路基、基層的應用分析。

建筑垃圾再生骨料與天然集料相比，具有壓碎值大、孔隙率高、吸水性大的特點，這些特性會影響混合料的性質，因此，具體的摻量和所用結構部位需要根據(jù)試驗結果分析。使用時要將廢磚塊和廢混凝土塊分為兩部分，由于破碎后的廢混凝土其強度滿足各級道路基層材料要求，因此不考慮混凝土的摻量。當加入一定量的磚塊后，因磨碎后產(chǎn)生粉料較多，骨料整體強度會有所下降，隨著磚塊添加量的不斷增加，骨料整體強度也會不斷降低，直至不能滿足道路底基層回填材料的強度要求，因此在工程應用中需要根據(jù)試驗確定廢磚的摻加比例，這也是在建筑垃圾精細化分類中將其單獨篩選的原因。

（2）建筑垃圾再生骨料在瀝青路面面層中的應用分析。

在我國建筑垃圾分類技術中，經(jīng)常將廢磚和廢混凝土塊一起粉碎成再生骨料，其中廢混凝土約占50%～70%，廢磚約占10%～30%。由于廢磚的表觀密度和堅固性比廢混凝土要小，且廢磚的吸水性較強，粉料較多，生產(chǎn)瀝青混凝土所用再生骨料時，會降低瀝青與再生骨料的黏附性，因此導致再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性較差，降低了建筑垃圾再生骨料在瀝青面層的適用性。賈艷東[4]等人研究了再生磚骨料瀝青混合料性能，其試驗結果表明當瀝青用量為5%時，再生磚骨料瀝青混合料可用于承載能力不強的人行道、廣場、農(nóng)村道路等的瀝青面層，但不能用于高等級道路的瀝青面層。朱樸[5]研究了采用建筑垃圾中的混凝土和石灰磚混合作為瀝青混合料中的粗骨料，通過馬歇爾試驗指標確定了40%的垃圾替代率具有較好的路用性能。

因此，如果將建筑垃圾中的廢磚和廢混凝土塊進行分離，只采用廢混凝土塊生產(chǎn)再生骨料，通過再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等相關性能試驗，可提高建筑垃圾再生骨料在瀝青路面面層中的應用價值。

3 建筑垃圾再生骨料在道路路基中的技術要求

從材料設計和施工控制兩個方面分別研究建筑垃圾再生骨料在道路路基、基層/底基層中的適用性，提出具體控制指標和要求，提高其在道路工程中應用價值的最大化。

3.1 材料設計指標

路基部分承受路面結構傳遞的車輛荷載，因此路基需要具備較強的穩(wěn)定性和承載力要求，其應力應變特性對路面結構的穩(wěn)定性具有重要影響。道路路基主要是土路基，而土在外力的作用下，易發(fā)生壓縮變形和剪切變形，導致路基結構破壞。按照規(guī)范要求，材料設計方面，路基材料需滿足路基強度和彈性模量的要求，其中路基強度是以CBR值評價路基土基材料承載能力的指標，路基材料的CBR強度值需滿足設計要求。

選擇合格的土和建筑垃圾再生骨料作為路基填料，按不同的比例制作試件測定其CBR值，并根據(jù)擊實試驗方法確定相應的最大干密度和最佳含水量，試驗結果見表2。

表2 摻加建筑垃圾再生骨料的路基CBR試驗結果

通過試驗結果可知，摻入建筑垃圾再生骨料后，路基填料的CBR值明顯提高，可以滿足《公路路基設計規(guī)范》和《城市道路路基設計規(guī)范》中對路床填料最小強度的要求。且隨著再生骨料摻量的提高，填料的最大干密度減小，最佳含水量增大，因為再生骨料的孔隙率較大，且在粉碎過程中有些許粉料，增加了其吸水率，從而影響路基的強度、滲水性、耐久性等性能。經(jīng)過試驗研究，再生骨料的吸水率是天然骨料的3～8倍[2]。因此，當采用建筑垃圾再生骨料作為路基填料時，建議增加吸水率這一指標，以保證路基的整體穩(wěn)定性，防止填料吸水過多造成路基的不均勻沉降過大。

結合現(xiàn)行規(guī)范，摻加建筑垃圾再生骨料的路基填料技術指標要求見表3。

表3 摻加建筑垃圾再生骨料的路基填料技術要求

3.2 施工控制指標

路基工程施工質量檢查與驗收的主控項目是壓實度和彎沉，建筑垃圾再生骨料是一種強度較高的路基填筑材料，施工控制的主要項目及技術要求依據(jù)現(xiàn)行施工規(guī)范確定。

4 建筑垃圾再生骨料在道路基層中的技術要求

建筑垃圾再生骨料在道路中應用最廣泛的是用于基層或底基層的回填。結合現(xiàn)行規(guī)范《公路路面基層施工技術規(guī)范》（JTJ034-2000），本文對再生骨料技術指標提出以下要求：

（1）含水量。建筑垃圾骨料經(jīng)篩分、破碎后，可經(jīng)過烘干等去除里面的水分，保證其含水量滿足底基層/基層原材料的技術指標要求。若建筑垃圾骨料采用廢舊混凝土塊，其含水量和天然集料相差不大。

（2）顆粒級配。再生骨料的顆粒級配對水泥穩(wěn)定碎石的性能影響較大，按照《公路路面基層施工技術規(guī)范》（JTJ034-2000）中對基層碎石的級配要求，建議再生骨料采用以下級配，見表4。

表4 基層水泥穩(wěn)定再生骨料級配范圍

根據(jù)目標級配范圍初步確定0～6mm、6～14mm及14～26mm三檔骨料的通過率，以此確定施工級配范圍，同時可確定是否需要額外添加細骨料以及添加的比例。

用于底基層的建筑垃圾再生骨料的級配范圍相比更寬泛，根據(jù)《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料》（JCT 2281-2014）中的規(guī)定，水泥穩(wěn)定再生骨料級配見表5。

表5 底基層水泥穩(wěn)定再生骨料的級配范圍

（3）吸水率。相比天然集料，再生骨料由于破碎過程中的機械外力所致，導致其孔隙率較大，且再生骨料表面附著有廢舊砂漿，造成其吸水率較高、表觀密度較低。高吸水率會影響再生水泥穩(wěn)定混合料的性能，所以要控制再生骨料的吸水率，一般再生粗骨料的吸水率控制在5%以內。

（4）壓碎值。《公路路面基層施工技術規(guī)范》對水泥穩(wěn)定土中的碎石壓碎值具有嚴格的要求，因為原材料的壓碎值直接影響混合料的無側限抗壓強度，特別是基層需具有較強的承載能力，首先保證再生骨料的壓碎值滿足要求。結合規(guī)范要求和再生骨料的壓碎值結果，提出以下技術要求：對于高速公路和一級公路，底基層/基層所用再生骨料的壓碎值不大于35%；二級和二級以下公路，底基層/基層所用再生骨料的壓碎值不大于40%[6]。

（5）混凝土塊含量。若在建筑垃圾分選過程中將廢棄磚塊和廢棄混凝土塊進行了分析，再生混凝土可直接破碎不同粒徑大小的骨料用于道路基層或底基層。當加入一定量的磚塊后，骨料整體強度會有所下降，隨著磚塊添加量的不斷增加，骨料整體強度也會不斷降低，直至不能滿足道路底基層回填材料的強度要求。根據(jù)工程經(jīng)驗和試驗研究，當磚塊含量占建筑垃圾總量比例不超過40%時，建筑垃圾均滿足道路基層/底基層的材料性能要求[7]。混凝土塊的含量越大，再生骨料的強度越高，具體還要結合實際工程的試驗確定最佳的混凝土塊含量。

根據(jù)以上分析，結合《公路路面基層施工技術規(guī)范》和建筑垃圾再生骨料的特性，提出含水量、顆粒級配、吸水率、壓碎值、混凝土塊含量作為建筑垃圾再生骨料的技術指標。

5 結束語

建筑垃圾再生骨料通過精細化分類，將廢棄磚和廢棄混凝土進行分離回收再用，可以提高建筑垃圾在道路工程中的應用范圍和摻配比例。通過建筑垃圾再生骨料在道路路基和基層的技術指標分析，得到以下結論：當作為路基填料時，建筑垃圾再生骨料的最小承載比CBR值、最大粒徑、壓碎值和吸水率作為材料技術控制指標，可提高路基的整體穩(wěn)定性；用于瀝青路面的基層和底基層時，提出含水量、顆粒級配、吸水率、壓碎值、混凝土塊含量作為建筑垃圾再生骨料的技術指標，再生骨料在瀝青面層中的摻量比例還需進一步通過試驗確定。總之，建筑垃圾再生骨料在道路工程中具有較強的適用性，不僅節(jié)約資源，而且保護環(huán)境，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。