陳全濱，馬建峰，高達(dá)，畢耀

（1. 中建西部建設(shè)建材科學(xué)研究院有限公司，成都 610000；2. 中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710063）

0 前言

在全國城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略推進(jìn)、棚戶區(qū)改造及保障房建造的發(fā)展環(huán)境下，大量房屋、基礎(chǔ)設(shè)施因被拆所產(chǎn)生的建筑垃圾堆放在城市周邊地區(qū)，不僅影響市容環(huán)境，并且其堆放占用土地面積，造成資源浪費(fèi)[1]。

在建筑工程中，混凝土的用量最大，在整個(gè)混凝土原材料中，骨料用量居首位，是體積比重最大的組分，占混凝土材料總體積的 60%～70%，每生產(chǎn) lm3的混凝土大約需要 1700～2000kg 的砂石，使得混凝土用骨料砂、石需求量巨大[2-4]。長期以來，因城市發(fā)展建設(shè)應(yīng)用混凝土帶來的天然砂石資源的無序開采造成了山體植被破壞，河道損壞，這使得資源匱乏和環(huán)境污染問題日益突出，也不符合我國提倡的資源化有效利用的政策。

將建筑固廢作為再生骨料開發(fā)應(yīng)用，一方面解決了大量廢棄混凝土處理困難，以及由此造成的生態(tài)環(huán)境日益惡化等問題；另一方面可以減緩建筑業(yè)對(duì)天然骨料的消耗，從而減少對(duì)天然砂石的開采，解決了天然骨料日益匱乏和大量砂石開采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問題，保護(hù)了人類的生存環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

將建筑垃圾再生骨料作為道路骨料，具有很好的應(yīng)用前景，但對(duì)骨料級(jí)配和性能具有一定的要求。本文依據(jù)再生骨料級(jí)配，通過一定的配比配制出了滿足道路用Ⅰ 類及 Ⅱ類骨料，并用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥、石灰—粉煤灰體系檢測(cè)了 Ⅰ 類及 Ⅱ 類骨料對(duì)體系力學(xué)性能的影響，以求配制骨料達(dá)到道路用骨料的要求，為建筑垃圾再生骨料在道路工程中的應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

表 1 水泥基本性能

表 2 粉煤灰基本性能

表 3 消石灰基本性能

水泥與礦物摻合料的性能、指標(biāo)如表 1～3 所示。

建筑垃圾是在四川省都江堰某建筑公司取得，對(duì)其進(jìn)行破碎、篩選后分選成 5 類再生骨料。圖 1 所示為部分再生骨料基本形狀。并將 5 類再生骨料命名為 A1 類磚混石、A2 類磚混石、B1 類大石、B2 類大石和再生砂，測(cè)試了各再生骨料品質(zhì)，結(jié)果如表 4 所示。從中可以看出，A1 類磚混石中混凝土塊含量低，壓碎值較B1類大石大，主要是因?yàn)榇u混類再生骨料含有大量的疏松多孔的磚瓦碎塊。

圖 2 為各再生骨料的篩分曲線，結(jié)合 DB11/T 999—2013《城鎮(zhèn)道路建筑垃圾再生路面基層施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[6]中對(duì)骨料級(jí)配的要求，除再生砂滿足水泥穩(wěn)定底基層顆粒級(jí)配外，其余單獨(dú)使用無法滿足水泥穩(wěn)定再生基層、石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層及底基層顆粒級(jí)配要求。

圖 1 再生骨料

表 4 混凝土塊、磚塊及雜物含量

1.2 試驗(yàn)方法

按照 JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[5]中的重型擊實(shí)法確定再生水泥穩(wěn)定無機(jī)混合料和再生二灰無機(jī)混合料的最大干密度和最佳含水量；按照靜壓成型法成型直徑為 150mm×150mm 的圓柱形試件，用于測(cè)試力學(xué)性能和耐久性能。

圖 2 再生骨料的篩分曲線

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥、石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料

為使建筑垃圾再生骨料能夠應(yīng)用于道路，首先通過篩分引入顆粒粒徑為 31.5～26.5mm、19.0～26.5mm 區(qū)間內(nèi)的天然碎石，按照質(zhì)量比將兩種碎石以 7:3 進(jìn)行混合配制，為 C 類骨料；之后利用再生骨料和 C 類骨料之間搭配，以獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的骨料級(jí)配。

（1）水泥穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料

為得到水泥穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料，按質(zhì)量比將 C 類骨料 : A1 類磚混石 : A2 類磚混石 : 再生砂=2:3:1.5:3.5 進(jìn)行復(fù)合，配制出的骨料為 Ⅰ 類骨料；將 C類骨料 : B1 類石 : B2 類小石 : 再生砂 = 2:3:1.5:3.5 進(jìn)行復(fù)合，配制出的骨料為Ⅱ類骨料。級(jí)配結(jié)果見表 5，Ⅰ類、Ⅱ 類骨料級(jí)配均在標(biāo)準(zhǔn)要求級(jí)配上下限之間，表明配制骨料滿足 DB11/T 999—2013 中骨料級(jí)配要求。

利用再生砂配制水泥穩(wěn)定底基層試驗(yàn)，結(jié)果如表 6所示，再生砂在級(jí)配上下限之間，滿足規(guī)范中對(duì)水泥穩(wěn)定底基層級(jí)配骨料要求。

表 5 水泥穩(wěn)定基層再生級(jí)配骨料級(jí)配

表 6 水泥穩(wěn)定底基層再生級(jí)配骨料級(jí)配

（2）石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料

通過質(zhì)量比將 C 類骨料 : A 類磚混石/B1 類大石 :A2 類磚混石/B2 類小石 : 再生砂 = 3.5:2.5:1.5:2.5 配制石灰穩(wěn)定基層再生級(jí)配骨料，級(jí)配結(jié)果如表 7 所示，配制的Ⅰ類和Ⅱ類骨料級(jí)配均在級(jí)配上下限之間，表明配制的再生級(jí)配骨料滿足 DB11/T 999—2013 中對(duì)石灰穩(wěn)定基層骨料級(jí)配的要求。

對(duì)于石灰穩(wěn)定底基層再生級(jí)配骨料，通過質(zhì)量比將C 類骨料 : A1 類磚混石/B1 類大石 : A2 類磚混石/B2 類小石 : 再生砂= 4:2:1.5:2.5 復(fù)合配制，得出石灰穩(wěn)定底基層再生級(jí)配骨料，結(jié)果如表 8 所示，其結(jié)果也滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表 7 石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層再生級(jí)配骨料級(jí)配

表 8 石灰—粉煤灰穩(wěn)定底基層再生級(jí)配骨料級(jí)配

通過以上試驗(yàn)，再生骨料與碎石混合后的無機(jī)混合料（4.75mm 以上部分）性能指標(biāo)如表 9 所示，由表可知，無機(jī)混合料的性能指標(biāo)滿足 JC/T 2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機(jī)混合料》[7]中對(duì)再生級(jí)配骨料（4.75mm 以上部分）性能指標(biāo)要求。

表 9 無機(jī)混合料級(jí)配性能指標(biāo) %

通過以上試驗(yàn)研究，確定了滿足 DB11/T 999—2013 要求的無機(jī)混合料所用骨料的配合比，結(jié)果如表10 所示。

2.2 再生級(jí)配骨料性能

表 10 無機(jī)混合料所用骨料的配合比 %

2.2.1 水泥穩(wěn)定基層、石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層的最佳含水率和干密度

依據(jù) JTG E51—2009 要求，在測(cè)試摻加無機(jī)混合料是否滿足水泥和石灰穩(wěn)定基層和底基層力學(xué)性能時(shí)，需依據(jù)檢測(cè)體系最佳含水率確定力學(xué)性能試樣的用水量，為此，首先測(cè)試了摻加無機(jī)混合料的水泥穩(wěn)定基層、石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度。

（1）水泥穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度

首先利用 PS·A32.5 水泥測(cè)試無機(jī)混合料的含水率和干密度，配合比為水泥 40kg/t，級(jí)配料 900kg/t，用水量根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)整。如圖 3 所示為Ⅰ類和Ⅱ類骨料的含水率和干密度，圖中曲線的峰值為對(duì)應(yīng)最佳含水率和最大干密度，Ⅰ類和Ⅱ類骨料的最佳含水率為 6.4%和 8.0%，最大干密度為 2182kg/m3和 1973kg/m3。

對(duì)于 P·O42.5R 水泥，配合比與 PS·A32.5 水泥一致；用水量根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)整，試驗(yàn)結(jié)果如圖 4 所示，Ⅰ類骨料的最佳含水率和最大干密度為 7.3% 和2200kg/m3，Ⅱ類骨料的最佳含水率和最大干密度為8.1% 和 1991kg/m3。

（2）石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度

在測(cè)試摻加Ⅰ類Ⅱ類骨料對(duì)石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層的含水率和干密度時(shí)，石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層配合比為膠材 187.5kg/t，石灰與粉煤灰的質(zhì)量比為 1:2，石灰粉煤灰質(zhì)量之和與骨料的質(zhì)量比為 1:4，級(jí)配骨料質(zhì)量為 750kg/t，用水量根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)整，結(jié)果如圖 5 所示，從中可以看出，Ⅰ類的最佳含水率和最大干密度為7.5% 和 2113kg/m3，Ⅱ類骨料的最佳含水率和最大干密度為 9.0% 和 2014kg/m3。

而對(duì)于石灰—粉煤灰穩(wěn)定底基層，除石灰與粉煤灰的質(zhì)量比為 1:3 以外，其他配比與石灰—粉煤灰基層配合比相同。如圖 5 所示為摻加Ⅰ類級(jí)配骨料后石灰—粉煤灰穩(wěn)定底基層的最佳含水率和最大干密度為 8.0% 和2081kg/m3，Ⅱ類最佳含水率和最大干密度為 9.6% 和1985kg/m3。

圖 3 PS·A32.5 穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度結(jié)果圖

圖 4 P·O42.5R 水泥穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度結(jié)果圖

圖 5 石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層的含水率和干密度

2.2.2 水泥、石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

（1）水泥穩(wěn)定基層和底基層抗壓強(qiáng)度

利用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥分別檢測(cè)了含Ⅰ類、Ⅱ類骨料和再生砂基層骨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試樣成型用料和配比與 3.2.1 中的配比一致，用水量依據(jù)最佳含水率而定，試樣成型養(yǎng)護(hù) 7d 后檢測(cè)試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如圖 6 所示。依據(jù) DB11T 999—2013 中主干路及其他等級(jí)道路水泥穩(wěn)定基層及底基層對(duì)力學(xué)性能的要求，基層 7d 最低強(qiáng)度要求為 2.5MPa，底基層 7d 最低強(qiáng)度要求為 1.5MPa。從圖 6 可以看出，無論是 PS·A32.5 水泥，還是 P·O42.5R 水泥，利用Ⅰ類和Ⅱ類骨料配制的水泥穩(wěn)定基層試件強(qiáng)度滿足。這表明復(fù)合配制骨料應(yīng)用到水泥穩(wěn)定基層和水泥穩(wěn)定底基層能夠滿足工程需求，具有良好的應(yīng)用前景。

圖 6 水泥穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

（2）石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層抗壓強(qiáng)度

試樣成型用膠材、骨料與測(cè)試干密度試驗(yàn)一致，用水量依據(jù)最佳含水率而定，試樣成型養(yǎng)護(hù) 7d 后檢測(cè)試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如圖 7 所示。DB11T 999—2013 中快速路、主干路及其他等級(jí)道路水泥穩(wěn)定基層及底基層要求為，7d 后基層強(qiáng)度 0.8MPa，底基層為 0.6MPa。石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層的抗壓強(qiáng)滿足，表明這類再生的級(jí)配骨料具有很好的應(yīng)用前景。

圖 7 石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層和底基層再生級(jí)配骨料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

2.3 耐久性試驗(yàn)

使用抗凍性試驗(yàn)是評(píng)價(jià)水泥基材料耐久性的重要指標(biāo)，無機(jī)混合料以 28d 和 180d 齡期在經(jīng)過 5 次凍融循環(huán)后飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與凍前無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比，如圖 8、9 所示為水泥體系穩(wěn)定基層和底基層的抗凍融循環(huán)結(jié)果。從中可以看出，PS·A32.5 水泥和 P·O42.5R水泥穩(wěn)定基層的 BDR 在 88%～92% 之間，水泥穩(wěn)定低基層 28d 的 BDR＞70%，表明兩種水泥體系下的抗凍融性能良好，具有較好的耐久性指標(biāo)。

圖 8 PS·A32.5 水泥穩(wěn)定基層的和底基層的抗凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

圖 9 P·O42.5R 水泥穩(wěn)定基層的和底基層的抗凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

石灰—粉煤灰體系基層和底基層穩(wěn)定性抗凍融試驗(yàn)結(jié)果如圖 10 所示，基層的 BDR＞86%，具有較好的耐久性能。而對(duì)于底基層，Ⅱ類無機(jī)混合料 28d 的 BDR＜70%[8]，而規(guī)范中要求，28d 的 BDR 不應(yīng)小于 70%，因此應(yīng)避免在冰凍地區(qū)大規(guī)模使用摻加Ⅱ類無機(jī)混合料的石灰—粉煤灰體系。

圖 10 石灰—粉煤灰穩(wěn)定基層抗凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

2.4 無機(jī)混合料配合比

通過上述試驗(yàn)，匯總了滿足建筑垃圾再生骨料在無機(jī)混合料性能要求的配合比，試驗(yàn)配合比如表 11 所示。

表 11 無機(jī)混合料配合比 kg/t

3 結(jié)論

（1）復(fù)合后的再生級(jí)配骨料性能指標(biāo)滿足Ⅰ類及Ⅱ類骨料性能指標(biāo)。

（2）采用 PS·A32.5 水泥、P·O42.5R 水泥、石灰—粉煤灰作為膠凝材料，開展水泥穩(wěn)定及石灰—粉煤灰穩(wěn)定兩種無機(jī)混合料的開發(fā)，獲得滿足規(guī)范要求的試驗(yàn)配合比。

（3）將再生骨料應(yīng)用于道路用無機(jī)混合料，有助于低品質(zhì)建筑垃圾再生骨料的規(guī)模推廣應(yīng)用，具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。