建筑垃圾再生骨料路用性能研究

樊兴华 薛振华

摘要：为解决建筑垃圾“垃圾围城现象”，推动建筑垃圾资源化利用，将建筑垃圾再生骨料无机结合料用于道路结构的基层和底基层中，为验证其修建的路面基层具有足够的强度、刚度和稳定性，设计了几组不同配合比的石灰粉煤灰稳定再生材料、水泥粉煤灰稳定再生材料对其力学性能、稳定性和耐久性路用性能进行评价。推荐配合比为石灰：粉煤灰：再生砖石=7：13：80并外掺1%水泥和3：6：91水泥粉煤灰再生砖石。

关键词：建筑垃圾;再生骨料;路用性能;力学性能

中图分类号：U416.2

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0123-06

據《中国建筑垃圾资源化产业发展报告（2019年度）》统计，我国每年因新建、拆除、装修等产生的建筑垃圾预计到2020年突破30亿t，建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%[1]，且呈逐年上升趋势。采用建筑垃圾制备各种道路工程用再生材料，具有消纳建筑垃圾量大、可操作性强、产品性能稳定等特点。将建筑垃圾加工处置成的再生骨料均可作为道路底基层和基层的原料圜，但由于建筑垃圾成分复杂，工艺处置后形成的再生骨料虽能满足道路基层材料的技术性能要求，与天然石材和工程用土相比存在一定差异。因此，如何设计以提高力学性能为主，同时改善抗冻性、抗冲刷性能等综合路用性能的再生骨料无机结合料类型，以适应道路基层材料特性，具有理论意义和实践价值。

1 道路用再生骨料技术特性分析

为检测评价再生砖石和再生碎石两种再生骨料的技术指标，从大量具有代表性的不同砖混结构建筑垃圾处置后的再生骨料取样进行检测。

1.1 再生砖石的技术性能分析

再生砖石试件的最大干密度为1.7 8g/cm3，最佳含水率为14.3%。对于再生级配砖石进行重型击实标准设计测得承载比为82.7%，满足《公路沥青路面设计规范》[3]中对级配砾石承载比的要求，可以用作道路的基层和底基层。

对再生砖石骨料，采用《公路工程集料试验规程》[4]分别对3种再生砖石样本颗粒进行级配分析，试验结果如表1所示。测得再生砖石的平均吸水率为18.3%，渗透系数为0.658m/s。

再生砖石颗粒级配组成均符合《公路路面基层施工技术细则》[5]，高速公路、一级公路底基层，二级及二级以下公路基层、底基层中水泥粉煤灰稳定土、石灰粉煤灰（以下简称二灰）稳定碎石推荐的级配范围。同时，样本的压碎值指标能够满足水泥、二灰稳定类材料用于高速公路和一级公路底基层，二级及二级以下公路基层、底基层的技术要求。

1.2 再生碎石的技术性能分析

按照与再生砖石颗粒组成相同的试验方法，测定再生碎石样本的颗粒组成，并于规范[5]中二灰碎石和水泥粉煤灰稳定土的级配范围分别进行比较，满足各等级公路路面基层、底基层用无机结合料稳定材料的级配要求。测得再生砖石的平均吸水率为7.2%，渗透系数为0.554m/s。

对再生碎石及10-30碎石样本的压碎值进行测定，检测结果及公路工程中对路面基层粗集料的压碎值如表2所示。

由表2可知，再生碎石的压碎值小于再生砖石的压碎值，略高于普通碎石的压碎值，再生碎石的压碎值满足用作各等级道路基层、底基层的压碎值要求。

综合以上再生砖石和再生碎石的各项试验结果可知，两者均具有作为道路基层或底基层材料的可行性。但两种材料中由于混凝土颗粒含量不同，造成二者在技术性能上还存在一定差别，再生碎石比再生砖石强度高、压碎值小;再生砖石渗透系数大、吸水率高。因此在实际应用中，应根据两种材料的不同特性分类应用。

2 再生骨料无机结合料类型及配合比设计

2.1 再生骨料无机结合料类型

道路半刚性基层常用的无机结合料有水泥、石灰和粉煤灰等[6]。再生骨料无机混合料，从路面结构设计理论出发，结合再生骨料的材料特性，将再生骨料无机混合料类型确定为：强度较高的二灰稳定再生骨料、强度稍低的水泥石灰稳定再生骨料。

2.2 再生骨料无机混合料配合比设计

再生骨料在破碎过程中内部会产生一些微裂纹[7]，同时再生骨料中含有一定的砖瓦类材料，颗粒本身的强度比天然碎石要小，颗粒间的嵌挤作用会使砖石颗粒出现接触性破坏，为得到最大强度和稳定性，再生骨料无机结合料宜采用悬浮密实结构[8]，其配合比设计流程如图1。

3 再生骨料无机结合料路用性能

根据规范[5]要求并结合经验，确定二灰、水泥的掺加比例，以及两种再生骨料无机混合料的掺加比例，并进行了击实试验及一系列路用性能试验。

3.1击实试验

根据规程[9]对不同配合比的二灰稳定再生砖石（碎石）、水泥粉煤灰稳定再生砖石（碎石）的标准进行击实试验，试验结果如表3所示。

由表3可以看出，无机结合料稳定再生碎石的最佳含水率均小于同配比的无机结合料对应稳定砖石，而最大干密度大于同配比无机结合料对应的稳定砖石。这与再生砖石骨料自身吸水率大，密度小的性质有关。

3.2 力学性能

因再生骨料的技术指标与天然石材存在差异，故分别对再生骨料无机结合料与无机结合料稳定类材料进行力学性能试验。

3.2.1 无侧限抗压强度

抗压强度是材料组成设计的主要指标。将无机结合料稳定再生砖石（碎石）混合料成型f150mm×150mm试件，每组13个试件，按照不同龄期（7d、28d、90d和180d）标准养生，测定其无侧限抗压强度。二灰稳定再生砖石和二灰稳定再生碎石无侧限抗压强度见图2和图3，水泥粉煤灰稳定再生砖石与对应稳定碎石无侧限抗压强度见图4。

从图2试验结果可以看出，当外掺水泥剂量相同时，配合比为石灰：粉煤灰：再生砖石=7：13：80时混合料试件在不同龄期的抗压强度最高，且不掺加水泥7d龄期无侧限抗压强度达1.1MPa，改组配合比混合料的强度最佳。从图3试验结果可以看出，对于二灰稳定再生碎石，无论哪一组配合比的7d无侧限抗压强度均未达到1.0MPa，其早期强度与二灰砖石相比稍差，但二灰稳定再生碎石长龄期的无侧限抗压强度要高于二灰稳定再生砖石。

在相同配合比下，混合料的无侧限抗压强度随着外加水泥剂量的增加而增大。因此，外加1%～2%水泥的方式来明显提高二灰稳定砖石（碎石）混合料的强度，尤其对提高早期强度更明显。同时，二灰稳定再生砖石（碎石）满足规范[3]中等、轻交通各等级道路的基层、底基层的抗压强度的要求。

从图4结果可以看出，水泥粉煤灰稳定再生砖石和水泥粉煤灰稳定碎石的无侧限抗压强度都随龄期呈增长趋势，水泥粉煤灰稳定碎石的强度增长幅度高于水泥粉煤灰稳定再生砖石，水泥粉煤灰稳定再生砖石和水泥粉煤灰稳定碎石各龄期无侧限抗压强度均高于同龄期石灰土强度。当水泥剂量超过3%时，水泥对于水泥粉煤灰稳定类材料早期的强度起重要作用，无侧限抗压强度可达到1.5MPa以上，符合《公路沥青路面设计规范》JTG D50_2017[3]中水泥粉煤灰稳定类材料的7d无侧限抗压强度的要求。因此，水泥粉煤灰稳定再生砖石满足用各种等级道路的基层、底基层的抗压强度要求。从经济的角度考虑，三组配比中最佳配比为3：6：91。

3.2.2 劈裂强度

无机结合料稳定层采用层底拉应力作为路面结构的设计指标，采用的是劈裂强度（抗拉强度）进行评价。二灰稳定再生砖石和二灰稳定再生碎石劈裂强度见图5，水泥粉煤灰稳定再生砖石与对应稳定碎石劈裂强度见图6。

从图5和图6可以看出，各组配比的无机结合料稳定再生砖石（碎石）的劈裂强度随水泥剂量的增加而增大，相同配比下无机结合料稳定再生碎石的劈裂强度大于无机结合料稳定再生砖石。如考虑经济因素，二灰稳定再生砖石以7：13：80外加1%水泥的混合料效果最佳，水泥粉煤灰稳定再生砖石的水泥剂量不应小于3%。总体来看，二灰稳定类混合料劈裂强度高于其他稳定类混合料，对于高等级路面推荐采用二灰稳定再生骨料作为基层、底基层。

3.2.3 抗压回弹模量

无机结合料稳定再生砖石作为再生基层材料，刚度应与面层的刚度相匹配，采用抗压回弹模量对稳定再生材料进行刚度评价，按照规程例制备试件养生，试验结果见图7和图8。

从试验结果可以看出，无机结合料稳定再生砖石与无机结合料稳定碎石的抗压回弹模量均随水泥剂量的增加而增大，相同配比下无机结合料稳定再生砖石的抗压回弹模量小于无机结合料稳定碎石。

3.3 抗冻性能

无机结合料稳定再生砖石基层有可能处于潮湿状态，因此有必要对其抗冻性进行研究。依据规程[9]抗冻指标采用冻融残留强度比BDR表示，试验结果见图9和图10。

从试验结果可以看出，二灰稳定材料和水泥剂量超过3%的水泥粉煤灰稳定材料都能满足中冻区不小于65%的残留抗压强度比的要求。在试验过程中发现，无机结合料稳定再生砖石出现表面脱落现象，故在气候寒冷地区不能暴露过冬。

3.4 抗冲刷性能

在行车荷载作用下，路面结构层或基层材料中自由水压力随荷载的增加而增大，压力会冲刷基层材料中的细料，反复多次冲刷后，在路面裂缝中形成细料浆，即唧浆现象[10]。现采用规程[9]中抗冲刷试验的冲刷质量损失P对无机结合料稳定材料进行冲刷能力评价，试验结果如表4所示。

从表4可以看出，对于二灰稳定再生砖石，掺加水泥可以有效提高材料的抗冲刷性能。从抗冲刷性能和经济的角度考虑，二灰再生砖石宜选用7：13：80外加1%水泥的配比。对于水泥粉煤灰稳定再生砖石，3：当配合比为3：6：91时抗冲刷性能最好，因此，从材料抗冲刷性能角度考虑水泥粉煤灰稳定类材料的水泥剂量不应小于3%。

4 结语

1）通过分析几组二灰稳定再生砖石混合料的各项路用性能，当石灰：粉煤灰：再生砖石=7：13：80时，混合料的各项路用性能较好。掺加水泥后，其早后期强度及抗冻、抗冲刷性能都有明显提高。考虑到经济性原则，推荐石灰：粉煤灰：再生砖石=7：13：80的配合比，并外掺1%水泥。当进行实际工程应用时，应根据现场使用的再生骨料及其他原材料进行配合比设计和路用性能验证。

2）在两种无机结合料稳定再生砖石中，水泥粉煤灰稳定再生砖石的7d无侧限抗压强度最高，对水泥粉煤灰稳定类材料的7d龄期强度起主要影响作用的是混合料中水泥用量，其水泥剂量不宜低于3%。综合各项路用性能试验结果，3：6：91水泥粉煤灰再生砖石综合性能较好。

3）两种再生骨料无机结合料属于无机结合料稳定粒料，都具有一定的强度和刚度，具有更好的抗冻性和抗冲刷性能，形成的结构层稳定性、耐久性良好。

参考文献

[1]蒲英烁，姬国强，胡力群.建筑垃圾回收再利用研究综述[J].硅酸盐通报，2019，38（9）：2842-2846.

[2]赵池地.水泥稳定砖混类再生骨料基层沥青路面结构及路用性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2018.

[3]中华人民共和国交通部.公路沥青路面设计规范JTC D50-2017[S].北京：人民交通出版社，2017.

[4]中华人民共和国交通部.公路工程集料试验规程JTC E42-2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

[5]中華人民共和国交通部，公路路面基层施工技术细则JTG/T F2042-2015[S].北京：人民交通出版社，2015.

[6]廖正环，公路施工技术与管理[M].北京：人民交通出版社.2006.

[7]庞俭.再生骨料混凝土受力性能试验研究[D].西安：长安大学，2010.

[8]吴英彪，石津金，刘金艳，等.建筑垃圾在城市道路工程中的全面应用[J].建设科技，2016，23：45-51.

[9]中华人民共和国交通部.公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG E51-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.

[10]李靖.水泥稳定碎石基层动水冲刷破坏试验研究[D].石家庄：河北科技大学，2017.

4、塑料粘接知识——表面处理：

丙烯酸类塑料的特性，丙烯酸类塑料品种多，用途广，均具良好的耐冲击、耐老化性能，优良的光学性能和突出的尺寸稳定性。此类塑料可用溶剂粘接、热熔粘接和胶粘剂粘接。丙烯酸类塑料（如PMMA）在加工时，加入了增塑剂，增塑剂迁移的方向是朝丙烯酸酯方向迁移，塑料内有残留应力，在应力作用下易发生龟裂。为防止其表面龟裂，在粘接前要对这类粘接件进行热处理和表面处理。

作者简介：樊兴华（1981-），女，硕士研究生，副教授，研究方向：道路工程。E-mail：50617845@qq.com

基金项目：陕西省渭南市2018年度科研项目重点研发计划项目（ZDYF-JCYJ-92_zsg）;陕西铁路工程职业技术学院2019年中青年科技创新人才计划（KJRC201908）