■李博華

（福建力拓建設(shè)工程有限公司，廈門(mén) 361107）

隨著我國(guó)城市化的進(jìn)程加快， 基礎(chǔ)設(shè)施、土木工程建設(shè)得到迅速發(fā)展，原有天然集料材料日趨短缺。 同時(shí)，道路路面養(yǎng)護(hù)擴(kuò)建、基礎(chǔ)設(shè)施拆除等產(chǎn)生了越來(lái)越多的砂漿、廢棄粘土磚、廢棄水泥混凝土等建筑垃圾[1]。 而現(xiàn)今建筑垃圾的處理方式主要是露天堆放和填埋處理，不僅浪費(fèi)了大量土地資源而且會(huì)破壞生態(tài)，由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題逐漸引起社會(huì)的關(guān)注。 如何有效利用建筑垃圾，使其資源化逐漸成為研究熱點(diǎn)[2]。 對(duì)比其他發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)于廢混凝土再利用的研究起步較晚，工程實(shí)例方面的研究相對(duì)薄弱，且大都還處于試驗(yàn)初步階段。 蔣麥林等[3]研究了再生骨料的壓碎值、吸水率、磨耗率以及表觀密度，并與規(guī)范要求進(jìn)行了對(duì)比；郁邦永等[4]對(duì)再生骨料混凝土的力學(xué)性能和施工性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其抗壓強(qiáng)度略優(yōu)于同天然骨料混凝土；蔡汶呈等[5]分析了建筑廢料的綜合回收利用途徑，提出了資源循環(huán)再生骨料的技術(shù)方法。 綜上所述，將廢舊水泥混凝土破碎為集料，制備再生混凝土并用于路面級(jí)配碎石墊層，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。 本文對(duì)舊水泥混凝土進(jìn)行破碎加工制備再生混凝土集料，并將再生集料用于路面級(jí)配碎石墊層的實(shí)際工程中，結(jié)合物理力學(xué)指標(biāo)和高程變化對(duì)路面底基層進(jìn)行了檢測(cè)，以期能夠?yàn)楣方ㄔO(shè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料使用福建省泉州市某混凝土結(jié)構(gòu)樓體拆除后產(chǎn)生的建筑垃圾。 針對(duì)強(qiáng)度較大的廢棄混凝土材料通過(guò)人工破碎并結(jié)合機(jī)械進(jìn)行破碎， 利用19～26 mm的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩對(duì)破碎后的廢棄集料進(jìn)行篩分，得到粒徑19～26.5 mm 的再生混凝土集料和再生粘土磚集料，通過(guò)人工分揀的方式去除針狀和片狀顆粒。

1.2 試驗(yàn)儀器

采用YE-2000A 型液壓式壓力機(jī)， 上部固定，下部平臺(tái)為多向轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。 控制傳感器、液壓儀器與壓力機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)相連，通過(guò)控制加載速率對(duì)試樣施加壓力，加載速率為0.67～1 kN/s。施工機(jī)具：推土機(jī)、拌合機(jī)、篩分機(jī)、破碎機(jī)、裝載機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、平地機(jī)、攤鋪機(jī)等。 檢測(cè)設(shè)備：烘箱、振動(dòng)篩、灌砂筒、平整度儀、全站儀、水準(zhǔn)儀、擊實(shí)儀、貝克曼梁、K30 平板載荷測(cè)定儀等。 其中， 壓路機(jī)頻率為30 Hz，質(zhì)量為25 t。

1.3 篩分方案

將破碎得到的再生混凝土與粘土磚集料浸泡24 h，隨后取出用毛巾擦拭使其達(dá)到面干飽和狀態(tài)，按照再生粘土磚與再生混凝土質(zhì)量比為6∶4 和4∶6對(duì)混合集料試樣進(jìn)行配置?；贘TGE42-2005 壓碎試驗(yàn)規(guī)范對(duì)飽和集料施加側(cè)限壓縮。 選取不同加載壓力進(jìn)行對(duì)比，具體操作過(guò)程如下：（1）將飽和集料分批放入承壓桶， 并均勻振搗30 次至試樣表面平整。 測(cè)量填料高度并將壓頭置于試樣，保證試樣表面與壓頭底面處于同一平面使壓頭均勻受力。 （2）承壓桶放置于壓力機(jī)試驗(yàn)臺(tái)， 并調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)高度，啟動(dòng)壓力機(jī)施加豎向荷載至目標(biāo)壓力后穩(wěn)壓10 s后卸載。 （3）試驗(yàn)臺(tái)降下后取下承壓桶并測(cè)量壓頭下降高度h，并拍照記錄桶內(nèi)集料。 （4）倒出承壓桶的集料并置于電熱烘箱中， 按照J(rèn)TG E40-2007 規(guī)程110℃下烘干12 h 直至樣本質(zhì)量不變即為完全烘干。 （5）為防止室內(nèi)水分的影響，將烘干后的集料用錫箔紙進(jìn)行密封，待集料降至室溫后將試樣依次篩分并對(duì)再生粘土磚和再生混凝土分別稱重記錄。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方孔篩對(duì)破碎后的飽和集料進(jìn)行篩分，具體步驟如下：為防止試驗(yàn)殘余集料的影響，將標(biāo)準(zhǔn)方孔篩清理干凈，按照尺寸大小從上到下依次放置標(biāo)準(zhǔn)方孔篩。 將集料置于標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，用振動(dòng)臺(tái)振搖10～15 min。由最大孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩開(kāi)始輕搖晃叩擊，篩完后將每一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)篩刷凈并稱取顆粒質(zhì)量，如有顆粒漏下應(yīng)放入下級(jí)標(biāo)準(zhǔn)篩。 記錄每一級(jí)篩上集料質(zhì)量，稱量精確到0.001 g。

1.4 道路試驗(yàn)步驟

主要研究再生混合集料用于路面底基層時(shí)的使用情況， 底基層設(shè)計(jì)厚200 的級(jí)配再生混合集料，位于素土夯實(shí)墊層上方。 綜合實(shí)用性高，操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)設(shè)計(jì)了試驗(yàn)路段分別為：石灰?guī)r天然集料（LS）路段，再生煤矸石磚（RGB）路段，再生爐渣磚（RSB）路段，再生混凝土（RC）路段，再生煤矸石磚∶再生混凝土=1∶1（RGB∶RC=1∶1）路段，再生煤矸石磚:再生混凝土=1∶2（RGB∶RC=1∶2）路段，再生煤矸石磚∶再生混凝土=2∶1（RGB∶RC=2∶1）路段。

易于破碎的再生爐渣磚和再生煤矸石磚通過(guò)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓破碎，按照設(shè)計(jì)比例將破碎好的再生集料進(jìn)行配比，并用挖掘機(jī)拌均勻。 將再生集料進(jìn)行攤鋪灑水養(yǎng)護(hù)，并用壓路機(jī)震動(dòng)碾壓。 碾壓后進(jìn)行K30 平板載荷試驗(yàn)、集料干密度測(cè)量、再生集料含水率測(cè)量、道路高程測(cè)量以及彎沉試驗(yàn)。 選取測(cè)試點(diǎn)時(shí)，需保證每次碾壓完在同一測(cè)試點(diǎn)周圍進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。 再生集料基礎(chǔ)參數(shù)如表1 所示。

表1 再生集料基礎(chǔ)參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 K30 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

采用靜壓方式測(cè)量單位壓力下地基土的沉降量，能夠反映路基變形參數(shù)和路基強(qiáng)度等承載力指標(biāo)。 根據(jù)TB10102-2010 規(guī)程的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行K30平板載荷試驗(yàn)，將現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到地基系數(shù)K30 的匯總，如圖1 所示?？梢钥闯觯耆褂迷偕炷良蠒r(shí)，地基承載能力較低，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。 開(kāi)挖再生混凝土路面后，發(fā)現(xiàn)底基層素土含水率較大，有較強(qiáng)的壓縮性。 此外，再生集料中細(xì)集料較少，再生集料未形成良好骨架，壓路機(jī)震動(dòng)碾壓時(shí)集料強(qiáng)烈震動(dòng)發(fā)生離析。 摻入石粉后，地基系數(shù)有所上升，但在震動(dòng)碾壓后又有所降低，進(jìn)一步表明受外界因素?cái)_動(dòng)時(shí)易發(fā)生細(xì)集料和粗集料分層， 進(jìn)而導(dǎo)致路面的承載能力明顯下降。碾壓后除再生混凝土路段外其他路段地基系數(shù)均大于120 MPa/m，符合底基層強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范。

圖1 地基系數(shù)變化情況

對(duì)比可以看出，再生煤矸石磚和再生爐渣磚路段的試驗(yàn)結(jié)果相差較小。 隨著再生混凝土集料比例的增加，地基系數(shù)也逐漸增大，地基承載能力有所提升。 增加碾壓遍數(shù)，石灰?guī)r天然集料的地基系數(shù)顯著增加，但碾壓遍數(shù)為12 次時(shí)，地基系數(shù)明顯小于RGB∶RC=1∶2 路段。這可能是壓路機(jī)碾壓時(shí)，低強(qiáng)度再生磚集料極易發(fā)生破碎，并填充至大顆?？障吨行纬煞€(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，隨著碾壓遍數(shù)的增加壓實(shí)度逐漸提升，地基承載能力也顯著提升。

2.2 物理指標(biāo)分析

灌砂法測(cè)量壓實(shí)度是將試坑內(nèi)集料通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)砂替換，使用粒徑為0.25～0.50 mm 的標(biāo)準(zhǔn)從一定高度自由下落至填滿試坑，根據(jù)集料的含水率計(jì)算實(shí)測(cè)干密度。 砂碾壓遍數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)干密度數(shù)據(jù)如圖2 所示。 可以看出，隨碾壓遍數(shù)的提升，土的現(xiàn)場(chǎng)干密度和集料的壓實(shí)度出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。 經(jīng)過(guò)12 遍碾壓后，相同集料2 處測(cè)試點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)干密度基本一致， 相同配比的集料在壓路機(jī)碾壓后發(fā)生破碎，隨著破碎量的增大，細(xì)集料填充粗集料的空隙，使得集料整體密實(shí)度提升。 隨著碾壓遍數(shù)的增加，石灰?guī)r天然集料的現(xiàn)場(chǎng)干密度有所增加，而混合再生混凝土現(xiàn)場(chǎng)干密度反而有所降低，主要是壓路機(jī)震動(dòng)碾壓使粗細(xì)集料形成了分層， 集料內(nèi)部重新排列，集料骨架遭到破壞。 第二次鋪設(shè)加入石粉后集料密實(shí)度有所改善， 說(shuō)明初步破碎集料未形成良好級(jí)配，粗顆粒間沒(méi)有形成密實(shí)的顆粒骨架，集料更易發(fā)生離析現(xiàn)象。 摻入強(qiáng)度較低的再生磚集料并未降低底基層的密實(shí)度，集料強(qiáng)度有所降低，但承載能力明顯提升，即合理?yè)饺朐偕u集料既提高了建筑垃圾的使用率又改善了集料的骨架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升了實(shí)際工程的承載能力。

圖2 碾壓遍數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)干密度情況

2.3 高程變化與密實(shí)度分析

碾壓遍數(shù)與沉降差關(guān)系曲線如圖3 所示。 可以看出，底基層高程沉降差隨著碾壓遍數(shù)的提升逐漸減少， 當(dāng)碾壓12 遍后不同材料的沉降差均小于0.005 mm。 石灰?guī)r天然集料和單一再生集料作為底基層填充材料時(shí)密實(shí)度均較低， 沉降差約為0.026 mm。 而使用再生混合集料時(shí)沉降差變小，密實(shí)度較大。 另外沉降差隨著再生混凝土集料的增加逐漸減小，碾壓后密實(shí)度較高，因此應(yīng)盡量提高再生混凝土集料的占比。 再生混凝土集料強(qiáng)度較高，第一輪碾壓后的沉降差峰值為0.05 mm， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于再生混合集料和再生磚集料，但密實(shí)度卻低于混合集料。 隨著碾壓遍數(shù)的提高，再生混凝土集料的沉降差也保持在較高水平，表明物理碾壓不足以提升集料的密實(shí)度，在實(shí)際路面底基層應(yīng)用混合再生集料優(yōu)于單一集料的使用情況。 進(jìn)一步表明，在再生混凝土集料中添加再生煤矸石磚集料的構(gòu)思符合實(shí)際。

圖3 碾壓遍數(shù)與沉降差關(guān)系曲線

2.4 貝克曼梁法彎沉分析

路基路面回彈彎沉檢驗(yàn)反映了路面的剛度和強(qiáng)度， 是路面受到持續(xù)荷載作用后發(fā)生垂直變形，卸掉荷載后路面恢復(fù)正常變形能力，也反映了實(shí)際路面的抗疲勞性能。 用于檢驗(yàn)回彈彎沉的方法較多， 通過(guò)貝克曼梁法彎沉檢驗(yàn)對(duì)路基路面回彈彎沉進(jìn)行研究，結(jié)果如表2 所示。 可以看到，彎沉試驗(yàn)結(jié)果符合前文觀點(diǎn)， 即與石灰?guī)r天然集料和單一再生磚集料相比，混合再生集料的彎沉值較大，且再生混凝土的占比越大混合集料彎沉值也越大。 僅使用單一再生磚集料時(shí)路面的整體剛度和強(qiáng)度均較小， 而加入再生混凝土集料后提高了路面底基層剛度和強(qiáng)度， 此時(shí)的密實(shí)度也較高能夠滿足施工要求。

表2 彎沉檢驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

3 結(jié)論

在福建某地開(kāi)展了舊水泥集料的資源化利用，將混凝土破碎加工制備了再生混凝土并用于路面底基層的實(shí)際工程案例，從力學(xué)指標(biāo)、物理指標(biāo)以及高程的沉降差等方面綜合分析了再生集料的性能。 再生混合集料應(yīng)用于路面底基層時(shí)能滿足力學(xué)指標(biāo)要求，主要是再生混合集料可以充分利用不同集料的優(yōu)缺點(diǎn)，加載初期，再生磚集料優(yōu)先破碎，并填充至再生混凝土集料縫隙中提高了整體密實(shí)度。加載后期，再生混凝土集料使得集料整體的剛度和強(qiáng)度顯著提升。 對(duì)于低強(qiáng)度面底基層只需現(xiàn)場(chǎng)初步破碎，具有原料易得，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了建筑垃圾的經(jīng)濟(jì)效益。