為研究再生建筑垃圾填料的長期變形特性，文章進行了一系列的室內試驗和現(xiàn)場測試，旨在了解再生建筑垃圾填料的長期變形規(guī)律和內在機理，為建筑垃圾路基的設計和施工提供參考。研究結果可為建筑廢物回收填料的應用提供參考，有利于建筑廢物路基的推廣。

再生建筑垃圾；路基；填料；變形分析

U416.26A130414

作者簡介：

盧安鞏（1987—），工程師，主要從事公路工程建設工作。

0 "引言

隨著我國城市化進程的不斷發(fā)展，在施工和拆除過程中產生了大量的建筑垃圾。大多數(shù)建筑廢物在沒有任何處理的情況下被運到農村或郊區(qū)，并儲存在露天或簡單的垃圾填埋場。這種常規(guī)的處理方法不僅占用了大量耕地資源，而且造成了環(huán)境污染。

將建筑垃圾材料應用于路基，既能減少環(huán)境污染，又能緩解道路材料短缺，具有巨大的經濟效益和環(huán)境效益。然而，以往的研究主要集中在再生骨料的基本物理力學性能，并提出了再生骨料的生產和應用指南［1］，針對路面性能的研究較少。由于再生骨料的性質不同，且再生填料成分復雜，對路基施工后沉降難以進行預測和控制；除了隨時間變化的蠕變變形外，外界環(huán)境的變化很可能對建筑垃圾路基的長期變形產生較大影響［2］，特別是水的浸泡會使顆粒發(fā)生潤滑軟化作用。這些因素阻礙了回收建筑垃圾集料的應用，研究回收建筑垃圾填料的長期變形特性及機理是當務之急。因此，本文通過長期變形試驗，旨在了解再生建筑垃圾填料的長期變形規(guī)律和內在機理，為建筑垃圾路基的設計和施工提供參考，有利于建筑廢物路基的推廣。

1" 試驗材料與方法

1.1" 材料

試驗中使用的再生建筑垃圾填料是從材料現(xiàn)場隨機挖取的，再生的建筑垃圾混合料的成分如表1所示。再生磚約占總質量的35%左右，再生混凝土約占40%，再生砂漿約占15%，其他組分約占10%。其他成分主要是泥土和不能分離的碎磚。

1.2" 試驗方法

根據《交通運輸工業(yè)工程標準》（JTG E40-2007）（以下簡稱《工程標準》）［3］，回收建筑垃圾混合料按3層壓實。壓實后樣品內徑15.2 cm、高12 cm、體積2 177 cm3。通過壓實試驗得到含水率與干密度的關系，進而得到最佳含水率和最大干密度。其中最佳含水率為11.1%，最大干密度為1.65 g/cm3。

1.3" 蠕變試驗方法

蠕變試驗操作如下：（1）將試樣放入鋼套中，向鋼套內加水浸泡試樣；（2）48 h后，認為試樣已飽和，然后安裝千分表記錄變形數(shù)據；（3）稱取所需的載荷并將載荷施加到裝載平臺上一次。

施加載荷后記錄瞬時變形，5 d內記錄變形3次/d，5 d～3個月記錄1次/d，3～6個月記錄1次/周。為了保持試樣的飽和狀態(tài)，需要定期向鋼套內加水。

2" 結果與討論

2.1" 篩分試驗

根據規(guī)范要求對干燥后的建筑垃圾樣品進行篩分，精準地稱量干燥的樣品，精確到0.5 g。將其放置在套篩的頂端，把套篩放進振篩器中，振蕩大約10 min；接著將套篩拿出來，按照網眼尺寸的次序，逐一進行手工篩選；直到每分鐘篩出的數(shù)量不會超過篩上殘留物的1%時，將已被篩出的粒子加入下一個篩子，與下一個篩子中的樣品一同過篩，如此反復，直到所有的篩子都被篩選完畢。結果如表2所示。

從表2可以看出，粒徑為2 mm的占比百分數(shù)為4.2%，由此計算均勻系數(shù)Cu為4.2，曲率系數(shù)Cc為0.83。土工規(guī)范要求Cu＞5、Cc在1～3為級配良好；Cu反映了顆粒尺寸的分布，Cult;5即土壤均勻、級配差；Cc為累積曲線整體指標，Cc＜1為級配不良好。壓實前建筑垃圾填料的Cult; 5、Cc＜1，這是由于粗顆粒含量較大，細顆粒含量太小，無法填滿粗顆粒之間的孔隙，導致孔隙率較大，因此混合料級配較差，不能滿足路基的要求，應增加細顆粒含量。

因此將回收的建筑垃圾混合料進行三層壓實，按上、中、下層進行篩分。如圖1所示為壓實前后篩分試驗的對比?；厥战ㄖ旌狭现蠧u、Cc含量增加，且下層指標高于中層和上層；壓實后3層Cu均gt;5，Cc在1～3，級配良好，滿足路基填料的要求。

2.2" CBR

加州承載比（CBR）可以反映路基的抗變形能力。根據《工程標準》要求，進行室內CBR試驗。根據壓實試驗得到最佳含水率制備回收建筑垃圾混合料，并對樣品進行3層壓實。將壓實后的試樣浸入水中四天四夜，測定溶脹量，并進行了滲透試驗。CBR試驗結果如表3所示。可以看出，回收建筑垃圾混合料的CBR值為97.66%，滿足路基要求，溶脹量可以忽略不計。

2.3" 蠕變試驗

為了研究飽和條件下路基的長期變形特性，設計了可允許試樣長時間浸泡在水中的固結蠕變儀（圖2）。該儀器由加載平臺、防傾裝置、承載板、鋼套、表盤、支架組成。為方便試驗，試驗直接使用重物進行加載，設備均采用結構鋼制作，以滿足試驗加載的要求［4］。

根據路基的壓實情況，制備了試樣。建筑垃圾路基厚度為3.54 m，考慮5個荷載水平來模擬路基不同深度處的荷載，因此制備了5個樣品。根據鋪裝層重量計算一級荷載為38.59 kPa，其他各級荷載按回收混合料重量計算，如表4所示。

2.4" 蠕變試驗分析

本文進行了約500 d的室內蠕變試驗，有助于揭示回收建筑垃圾填料的長期變形機理。然后對試樣進行卸載，得到加卸載曲線，如圖3所示。飽和條件下，試樣的蠕變類型為穩(wěn)定蠕變，蠕變變形隨時間增長逐漸趨于穩(wěn)定。

加載后，試樣產生較大的瞬時變形。隨著荷載的增加，顆粒的破碎和填充程度增加，瞬時變形水平也更高。由圖3可知，不同荷載作用下瞬時應變分別占總應變的92.69%、88.65%、86.20%、83.25%、82.56%。瞬時應變占比gt;80%。為了減少路基的沉降，施工時應嚴格檢查壓實情況，且需要準備好施工材料。在進行建筑垃圾填料填筑之前，需要對建筑垃圾填料的密度值和含水率進行測試，只有建筑垃圾填料的含水率達到規(guī)定的標準，才能夠確保建筑垃圾填料壓實度達到一定的密度值，從而降低路基蠕變變形。

建筑垃圾填料的蠕變變形包括減速蠕變階段和穩(wěn)定蠕變階段，這兩個階段的蠕變變形時間較長。變形開始時，由于顆粒的破碎和孔隙的填充［5］，蠕變速率加快，混合物逐漸變得致密，蠕變速率變慢?；厥战ㄖ盍蠈儆诖止橇?，參照堆石料蠕變穩(wěn)定性標準。當回收建筑垃圾1 h的變形量≤0.000 1 mm時，蠕變達到穩(wěn)定標準。試件的蠕變穩(wěn)定時間分別約為40 h、40 h、42 h、180 h和200 h，隨著荷載的增加，不僅蠕變變形增加，達到蠕變穩(wěn)定的時間也更長。

通過對建筑垃圾試樣卸載后變形的觀察，有助于深入分析其蠕變特性。如表5所示列出了蠕變試驗后不同類型變形占總變形的比例?？梢园l(fā)現(xiàn)，建筑垃圾填料的塑性變形約占總變形的95%，彈性變形所占比例較小，包括瞬時彈性變形和延遲彈性變形。建筑垃圾填料主要由再生混凝土、再生砂漿和再生磚組成。回收的骨料相互擠壓產生應力集中，顆粒的破碎引起不可逆變形。對卸載的樣品進行篩分，結果發(fā)現(xiàn)樣品粒徑在2～0.25 mm時，不同載荷下的篩分曲線變化很大。隨著荷載的增加，粒徑lt;2 mm的顆粒細度百分比顯著增加，即對于建筑垃圾填料來說，顆粒的破碎和壓實是長期變形的主要原因。細粉含量增加，蠕變試驗后填料仍滿足級配要求。

2.5" 現(xiàn)場沉降分析

現(xiàn)場沉降測量不僅便于深入分析和預測路基沉降，而且為建筑垃圾路基的應用提供了指導。沉降測量采用靜力水準儀，分別放置在路基的上、下表面。對路基頂面和地基沉降分別進行監(jiān)測，通過這兩個部分可以得到路基層的沉降量。監(jiān)測點設置在路肩、車道和道路中心線，如圖4所示。這5個監(jiān)測點完成了路基內部長期變形的測量。

現(xiàn)場沉降測量從路基完成時開始，測量結果如下頁圖5所示。在觀測期內，路基不同部位的沉降量有所不同，但趨勢是相似的。左側車道的沉降量最大，最大累積沉降量為38.2 mm；右側路肩處的累計沉降量最小，為32.21 mm，最大差值為5.99 mm。因此，在寬度為34.5 m的路面上，沉降相對均勻。

建筑垃圾路基的沉降規(guī)律不同于其他填充物。由圖5可知，從觀測開始到2019年12月，不同監(jiān)測點的沉降量分別為2.55 mm、3.05 mm、3.07 mm、3.01 mm、2.64 mm。2019年12月以后，監(jiān)測點沉降量分別為34.07 mm、34.15 mm、33.37 mm、33.35 mm、29.57 mm，占整個監(jiān)測周期累計沉降量的93.04%、92.02%、91.58%、91.72%、91.80%，即道路的運行對路基沉降有重要影響。剛開始時，沉降速度略有增加。2019年12月公路通車后，路基沉降急劇增加。因為高速行駛車輛對填料產生動態(tài)沖擊，在這種反復的荷載作用下，再生骨料相互摩擦，導致骨料破碎和不可逆的塑性變形；且路基的溫度和濕度的變化，如凍融循環(huán)和干濕循環(huán)，對填料有一定的影響。冬季沉降速率最高，因為夜間溫度較低，白天路基暴露在陽光下，填料會產生凍融循環(huán)破壞。

2.6" 微觀測試

對建筑垃圾填料在不同觀測時間段的微觀性能進行研究。采用CT掃描對不同時間段下的建筑垃圾試樣進行觀察，黑色部分代表填料的孔隙，灰白色為填料基質。如圖6所示為不同時間段下孔隙的發(fā)育情況。隨著時間的增加，顆粒呈角狀破碎，破碎部分被填充在大孔隙中，以增加密實度。同時可以觀察到，隨觀測時間越長，填料內部孔隙率越少，顆粒間的接觸面積提高，連接性增強，這也進一步解釋了，隨監(jiān)測時間增加，在受上部荷載及自重的影響下，填料內部骨架較為密實，充分說明了建筑垃圾用于路基的可行性。因此，建議在路基分層填筑壓實后，利用建筑垃圾填料，可以使路基初期沉降率較小。而在后期階段，填料受到溫度和濕度等外部環(huán)境的影響，沉降速度呈現(xiàn)周期性變化。破碎的顆粒填滿孔隙，填料變得更加致密。沉降速率的峰值減小，路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

3" 結語

本文通過一系列室內試驗和現(xiàn)場測量，研究了再生建筑垃圾填料的長期變形特性。主要結論如下：

（1）通過對再生建筑垃圾填料的擊實試驗、篩分試驗和CBR試驗，獲得了再生建筑廢棄物填料的基本物理力學指標。壓實后的建筑垃圾填料級配良好，CBR值遠高于路基要求。再生建筑垃圾混合料是一種很好的路基填料。

（2）在試驗荷載作用下，蠕變類型為穩(wěn)定蠕變。瞬時變形占總變形量的80%以上，施工中應嚴格檢查路基的壓實情況。隨著載荷的增大，蠕變穩(wěn)定時間逐漸延長，蠕變變形比例也隨之增大。建筑垃圾路基工后沉降不容忽視。蠕變試驗后，塑性變形約占總變形量的95%，粒徑lt;2 mm的顆粒細度明顯增加，顆粒的破碎和壓實是造成建筑垃圾填料長期變形的主要原因。在做好路基填筑工作之后，需要進行現(xiàn)場碾壓試驗，現(xiàn)場碾壓試驗的主要目的是對設計指標進行復核，做好對施工機械設備的準備，對鋪料厚度和碾壓遍數(shù)以及含水率進行試驗，確保土方壓實工作能夠達到一定的效果。

（3）不同部位的路基沉降量均lt;40 mm，最大差值為5.99 mm。路基的沉降速度從路基的完成到路面的應用都是緩慢的。道路運行后，受車輛荷載、濕度、溫度等外界因素的影響，沉降率呈現(xiàn)周期性變化，沉降速率峰值逐漸減小，沉降變形逐漸趨于穩(wěn)定。

［1］來小勇，毛雪松，吳" 謙，等.建筑垃圾再生填料在綠道路基中的應用［J］.路基工程，2022（5）：76-80.

［2］韓" 意，張" 磊，吳偉東.城鄉(xiāng)道路工程路基質量控制及管理措施探討［J］.大眾標準化，2021（4）：10-12.

［3］王" 蒙，王雙晨.建筑工程垃圾在公路路基中的力學性能研究［J］.公路工程，2019，44（4）：285-290.

［4］杜慶宏.建筑垃圾應用于高速公路路基中的施工要點［J］.山西建筑，2018，44（16）：104-106.

［5］楊曉華，張建偉，張莎莎，等.黃土地區(qū)高速公路地基處理技術研究進展［J］.長安大學學報（自然科學版），2022，42（1）：16-32.

20231220