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建筑垃圾作為路基填料的合規(guī)性分析與質(zhì)量控制

2020-08-09 03:52吳小英
工程技術(shù)研究 2020年13期
關(guān)鍵詞:填料骨料含水率

吳小英,姚 政

(杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院股份有限公司,浙江 杭州 310004)

1 建筑垃圾資源化利用現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市建設(shè)和舊城區(qū)改造也在大規(guī)模進(jìn)行,相伴而生的建筑垃圾日益增多,不僅加劇了資源的緊張局面,也嚴(yán)重影響社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。如何科學(xué)有效地實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的減量化、無害化、資源化已成為城市建設(shè)中的一項(xiàng)難題。

建筑垃圾再生技術(shù)在國外已較為成熟,發(fā)達(dá)國家建筑垃圾資源化率平均已達(dá)到90%以上,且通常以再生骨料的形式對建筑垃圾進(jìn)行循環(huán)利用,其中近70%的再生骨料用于道路工程和建筑物基礎(chǔ)。我國目前建筑垃圾的處置方式仍以填埋與堆放為主,建筑垃圾資源化利用率<5%。國內(nèi)關(guān)于建筑垃圾資源化的利用,大多圍繞預(yù)制磚、路緣石、人行道板等混凝土預(yù)制塊以及作為水泥穩(wěn)定類材料的骨料進(jìn)行。

2 規(guī)范對路基填料要求的演變

《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》從JTJ 013—95版到JTG D30—2004版,再到現(xiàn)行的JTG D30—2015版,對路基材料的要求并未有大的變化,僅在總則中提出了“因地制宜、就地取材”的原則,并未明確指出建筑垃圾是否可作為填料使用?!胺o禁止即可為”,根據(jù)條文中對填料的要求,符合最小承載比CBR值、最大粒徑以及壓實(shí)度等要求的建筑垃圾可以作為填料使用。

1991年發(fā)布的第一部《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 37—90)第8.1.3條規(guī)定:“路基設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜,合理利用當(dāng)?shù)夭牧吓c工業(yè)廢料”,建筑渣土不在路基填料的可利用范圍。2013年發(fā)布的第一部《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 194—2013)第4.1.2條規(guī)定:“路基設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜,合理利用當(dāng)?shù)夭牧稀⒐I(yè)廢渣與建筑渣土”,明確增加了建筑渣土可作為路基填料的規(guī)定。

3 建筑垃圾的性能滿足路基填料的要求

路基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、抗變形能力和耐久性。路基填料自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定是路基整體穩(wěn)定的前提和基礎(chǔ),足夠的密實(shí)度可以增加路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,降低土體的壓縮性、透水性和膨脹性,控制因水分積聚和侵蝕引起的病害,而合適的粒徑和良好的級配則是達(dá)到路基密實(shí)度的保證。因此,規(guī)范對路基填料在材料特性、強(qiáng)度、粒徑上提出了要求,建筑垃圾完全能夠滿足這一要求。

3.1 材料特性符合路基填料的要求

現(xiàn)行公路與城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范對路基材料選擇的表述基本一致,都是應(yīng)優(yōu)先選用級配較好的“礫類土、砂類土等粗粒土作為填料”“強(qiáng)膨脹土、泥炭、淤泥、有機(jī)質(zhì)土、易溶鹽超過允許含量的土不得直接用于路堤填筑”“液限>50%、塑性指數(shù)>26的細(xì)粒土(高液限土)不得直接作為路堤填料”。如果是填石路堤,則“膨脹性巖石、易溶性巖石、鹽化巖石不得用于路堤填筑”。

城市內(nèi)的建筑垃圾以施工和拆除產(chǎn)生的建筑渣土為主,成分主要為廢舊混凝土、砂石、磚塊,就其主要成分來說可劃歸為無機(jī)材料。其具有耐酸、耐堿、耐水的特性,化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。從物理性質(zhì)來看,建筑垃圾具有集料顆粒大、透水性好、遇水不凍脹、塑性小的特性,且不存在膨脹性、易溶性、鹽化等問題??梢?,建筑垃圾在物理、化學(xué)特性上符合路基填料的要求,能夠保證路基的穩(wěn)定性和耐久性,可以應(yīng)用于道路工程建設(shè)。

3.2 強(qiáng)度滿足路基填料的最小強(qiáng)度要求

最小承載比CBR值作為路基填料強(qiáng)度的重要指標(biāo),也是表征材料的水穩(wěn)定性和抵抗壓入變形能力的指標(biāo),是選擇路基填料的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。根據(jù)《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 194—2013),當(dāng)采用細(xì)粒土填筑路基時,填料最小強(qiáng)度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定,如表1所示。

表1 填料最小強(qiáng)度(CBR)

填料的強(qiáng)度要求隨道路等級、層位的降低而降低,等級越低、層位越深,強(qiáng)度要求也越低。相對于用作混凝土預(yù)制塊及水泥穩(wěn)定類材料的骨料,路基填料是道路建筑中強(qiáng)度要求比較低的部分。

建筑垃圾骨料除了強(qiáng)度較高的混凝土、砂石,還有強(qiáng)度相對較低的磚塊。由于碳化原因,這些骨料與原始材料相比略顯疏松,因此再生骨料的強(qiáng)度比天然石質(zhì)骨料的強(qiáng)度要低一些。建筑垃圾再生純細(xì)粒料及純磚料2種最不利狀況的試驗(yàn)研究表明,建筑垃圾純細(xì)料(粒徑<4.75mm)在壓實(shí)度為96%時的CBR值達(dá)到13.6%,純磚料在壓實(shí)度為96%時的CBR值可達(dá)到21.6%,2種最不利狀況下的CBR值均滿足快速路、主干路上路床填筑的最高要求。可見,磚塊、混凝土塊等建筑垃圾再生料完全能夠達(dá)到路基填料的最小強(qiáng)度要求。

3.3 粒徑容易達(dá)到路基填料的要求

粒徑是路基設(shè)計(jì)中另一個重要的控制指標(biāo)。為提高路基頂面的平整度,使其受力均勻并有利于與路面結(jié)構(gòu)層的連結(jié),規(guī)范規(guī)定,路床填料應(yīng)均勻、密實(shí),路床范圍填料的最大粒徑應(yīng)<10cm,路床以下部分填料的最大粒徑應(yīng)<15cm。

建筑垃圾資源化處置的生產(chǎn)工藝一般可劃分為分選除雜、一級破碎、二次分揀除雜、二級破碎、成品骨料篩分及消毒、環(huán)保除塵、再生制品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。一般的建筑垃圾經(jīng)過分選除雜、一級破碎2道工序后粒徑基本可達(dá)到0~15cm,滿足路床以下部分填料的粒徑要求;再經(jīng)二次分揀除雜、二級破碎2道工序后粒徑可達(dá)到<10cm,滿足路床部分填料的粒徑要求。

4 建筑垃圾作為路基填料的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在現(xiàn)行《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 194—2013)發(fā)布前,建筑垃圾基本未作為路基填料使用過,因此現(xiàn)行規(guī)范雖已明確可以使用,但實(shí)際使用的并不多。由于使用不多、使用時間不長,目前還沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)和施工要求,也沒有專門的規(guī)范作為指導(dǎo)。因建筑垃圾在材料組成、壓實(shí)性能等方面與天然的填料有明顯的差異,為保證路基質(zhì)量,建筑垃圾作為路基填料使用時應(yīng)在雜物含量、集料級配、最佳含水率以及使用層位方面做好控制。

4.1 控制雜物的含量

建筑垃圾中除了混凝土、磚塊、砂石,或多或少都存在鋼筋、塑料、木材、紙張、泡沫等雜物,這些雜物的存在會影響路基的強(qiáng)度。建筑垃圾承載比(CBR)隨雜物含量的增大逐漸減小,有研究表明,當(dāng)雜物含量增加到3.5%時,CBR值下降為8%;且雜物含量>2%時,CBR值急劇下降,因此建筑垃圾再生材料填筑路基時雜物含量宜控制在2%以下。

4.2 控制集料的級配并充分拌和

合適的粒徑和良好的級配是路基密實(shí)度的保證,未經(jīng)破碎處理的建筑垃圾級配差、大顆粒所占比例大,不容易碾壓密實(shí)。鑒于工地自行破碎的建筑垃圾質(zhì)量難以保證,因此即使是用于路床以下部分的填料,也應(yīng)使用工廠化破碎處理后的再生骨料。建筑垃圾再生骨料在碾壓前應(yīng)進(jìn)行充分的拌和,以保證填料的均勻性和穩(wěn)定性,防止出現(xiàn)粗細(xì)料離析現(xiàn)象。

4.3 控制最佳含水率

土的壓實(shí)效果與壓實(shí)時的含水量有關(guān),在最佳含水率時壓實(shí)填料,可以獲得最經(jīng)濟(jì)的壓實(shí)效果并達(dá)到最大密實(shí)度。建筑垃圾的成分不同于天然集料,其中的磚塊具有非常高的孔隙率,吸水率很大,一般可達(dá)到30%左右。由于磚塊的存在,建筑垃圾的最佳含水率比天然集料高。廢舊混凝土、砂石、磚塊的性能不同,不同成分、不同含量的建筑垃圾的最佳含水率也不相同。在砂石含量不變時,混合料的最大干密度和最大壓實(shí)度隨著混凝土塊含量的增多而增大,最佳含水率則逐漸減?。浑S著磚塊含量的增加,混合料的最大干密度和最大壓實(shí)度減小,最佳含水率則逐漸增加。在施工時,應(yīng)根據(jù)建筑垃圾各成分的含量比例試驗(yàn)確定其最佳含水率,必要時應(yīng)提高撒水量并提前悶料,以達(dá)到最佳的壓實(shí)效果。

4.4 控制使用層位

現(xiàn)行《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 194—2013)雖然明確增加了建筑渣土作為路基填料的規(guī)定,但是,在該版路基設(shè)計(jì)規(guī)范征求意見稿中,也曾在條文說明中提出了“為保障路基的長期使用性能,在路床(尤其是上路床)部位,應(yīng)避免使用建筑渣土”,但在正式發(fā)布時又取消了該說明。由此可以看出,如何使用建筑渣土還是存在過爭議的。因此,為保證路基質(zhì)量,在路基填筑時應(yīng)從下往上,首先考慮在下路堤中使用,其次是上路堤,在路床(尤其是上路床)部位,應(yīng)盡量避免使用建筑垃圾再生集料。

5 結(jié)語

相較于混凝土預(yù)制塊及水泥穩(wěn)定類材料的骨料用量,道路路基填料具有用量大、要求低的特點(diǎn),具有更好的使用前景。建筑垃圾的性能滿足路基填料的要求,將建筑垃圾再生材料作為填料應(yīng)用于路基工程,不僅大大減少了對天然砂石的開采,而且將使建筑垃圾得到充分的資源化利用,減少對環(huán)境的污染,保護(hù)土地資源,降低工程造價。

由于缺乏專門的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),建筑垃圾再生利用時需要修筑試驗(yàn)路段,導(dǎo)致參與道路建設(shè)的各方積極性不高,這極大地制約了建筑垃圾在道路路基中再生利用的推廣。為此,各地應(yīng)在試驗(yàn)或修筑試驗(yàn)路段的基礎(chǔ)上,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),適時推出相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn),助力建筑垃圾在道路路基中的再生利用。

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