孫鐘良，張 言，汪道靜

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

0 引言

近年來，我國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程迅速推進(jìn)，在這個過程中，舊建筑設(shè)施的拆除產(chǎn)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(dá)70億t，每年新產(chǎn)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(shè)的高速發(fā)展，玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r等優(yōu)質(zhì)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(jīng)不能滿足建設(shè)需求。建筑廢棄物在道路工程中的應(yīng)用既能緩解我國道路高速發(fā)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(huán)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(wěn)定基層及路基中的應(yīng)用較為成熟，但關(guān)于瀝青混合料面層的應(yīng)用較少。本文對建筑廢棄物道路路基、基層及瀝青面層的設(shè)計方法進(jìn)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(jié)構(gòu)應(yīng)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(jìn)行了現(xiàn)場測試。以湖州織里舊館連接線的實體工程應(yīng)用為例對建筑廢棄物在道路全結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)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(jié)構(gòu)應(yīng)用方案，見表1。

表1 四種道路全結(jié)構(gòu)應(yīng)用方案

2 各層位建筑廢棄物混合料配合比設(shè)計

建筑廢棄物集料與常規(guī)天然集料相比有著強度低、易破碎、孔隙發(fā)達(dá)、吸水率高等特點，由其組成的混合料配合比設(shè)計過程也與常規(guī)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(jié)碎石

泥結(jié)碎石建筑廢棄物的方案采用100%混凝土渣的配合比進(jìn)行設(shè)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(guī)程》（JTG E40—2007）要求，采用重型Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(jié)碎石擊實曲線

由圖1可知，100%混凝土渣的建筑廢棄物泥結(jié)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(jìn)行設(shè)計。石灰摻量選擇8%和15%兩種方案。由于采用無機結(jié)合料對混合料進(jìn)行改良，混合料的最佳用水量需要適當(dāng)提高。仍然采用重型Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)擊實方法進(jìn)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(wěn)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(zhì)量灰劑量的石灰在石灰穩(wěn)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(jié)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(wěn)定碎石整體力學(xué)性能，以及工程經(jīng)濟(jì)性等因素的影響。從經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(wěn)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(yīng)用于基層、底基層混合料中。根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50—2006)中關(guān)于骨架密實型水泥穩(wěn)定類集料級配要求進(jìn)行了配比設(shè)計，最終確定合成級配，如圖2所示。

圖2 水泥穩(wěn)定建筑廢棄物混合料（100%混凝土）合成級配曲線

據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)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(shè)計》（2012年8月）建議，確定應(yīng)用于基層的回收混凝土混合料的水泥摻量為4.0%，應(yīng)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(fā)達(dá)的特性，本文采用AC-20的級配進(jìn)行建筑廢棄物瀝青混合料設(shè)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(xì)建筑廢棄物，本文對40%粗建筑廢棄物+60%天然集料和20%細(xì)建筑廢棄物+80%天然集料兩種配合比進(jìn)行混合料設(shè)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(xì)建筑廢棄物+80%天然集料合成級配曲線

采用常規(guī)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(yīng)三個平行試件，測試其相應(yīng)的物理參數(shù)、馬歇爾穩(wěn)定度及流值，求出其最佳油石比OAC?！豆窞r青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）對AC-20瀝青混合料馬歇爾試驗各項指標(biāo)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(jié)構(gòu)施工

3.1 建筑廢棄物瀝青面層施工技術(shù)指標(biāo)

室內(nèi)試驗結(jié)果表明，適當(dāng)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(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)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(nèi)試驗研究結(jié)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(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和室內(nèi)試驗研究結(jié)果，適當(dāng)提高壓實功，即增加現(xiàn)場碾壓次數(shù)，確定建筑廢棄物瀝青面層的現(xiàn)場碾壓工藝。具體工序要求見表6。

4 建筑廢棄物全結(jié)構(gòu)路面質(zhì)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(jīng)經(jīng)歷了一年半的行車考驗。對其進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量檢測，包括瀝青面層厚度、壓實度、平整度、車轍深度及現(xiàn)場彎沉測試。

表6 現(xiàn)場碾壓工藝

4.1 瀝青面層厚度及其壓實度

對瀝青面層進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)密度，計算再生層的壓實度。在施工過程中，當(dāng)所用的再生料配合比進(jìn)行調(diào)整后，都需要重新測定再生料的最大干密度。通過現(xiàn)場抽取建筑垃圾瀝青混合料下面層混合料并進(jìn)行擊實試驗，得出現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)果

以表8測定的建筑垃圾下面層毛體積密度為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)：

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(biāo)準(zhǔn)差，%；CV為一個評定路段的壓實度測定值的變異系數(shù)，%；K1、K2、…、KN為該評定路段內(nèi)各測定點的總數(shù)，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(shù)。

計算結(jié)果見表10。

表10 兩種方案的平均壓實度、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和壓實度代表值 %

4.2 平整度、車轍深度及現(xiàn)場彎沉測試

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

表11 兩種方案平均值、不合格尺數(shù)及合格率

由表11可知，兩種方案均無不合格尺數(shù)，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(jié)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(xiàn)場彎沉測試結(jié)果見表13。

由表13可知，各方案彎沉值的代表值都低于設(shè)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(biāo)準(zhǔn)差比方案三、四即20%細(xì)建筑廢棄物+80%天然集料的彎沉標(biāo)準(zhǔn)差更小。同時方案一、二的彎沉代表值也比方案三、四低。

5 結(jié)語

（1）100%混凝土渣的建筑廢棄物泥結(jié)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(xì)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(shù)。

表13 現(xiàn)場彎沉測試結(jié)果

（3）建筑廢棄物全結(jié)構(gòu)道路通車一年后，現(xiàn)場質(zhì)量檢測指標(biāo)（面層厚度、壓實度、平整度、車轍深度和現(xiàn)場彎沉等）均滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，路況處于良好狀態(tài)。

[1]國家發(fā)展和改革委員會.中國資源綜合利用年度報告[J].中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)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(xiàn)狀及建議[J].施工技術(shù),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(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué),2014.