建筑固体废弃物再生骨料在市政道路水稳基层的应用研究

张良

（福建海环海滨资源开发有限公司）

0 引言

近年来福建省旧城改造、市政拆迁、道路扩大翻修和建筑施工等产生了大量的建筑固体废弃物，其中，2015 年总量约0.11 亿吨，2016 年约0.17 亿吨，2017年达0.27 亿吨，2018 年达0.19 亿吨，2019 年达0.16亿吨。由于建筑固体废弃物年均资源化利用率不足15%，日渐增多的建筑固体废弃物给生态环境带来的污染越来越严重。与此同时，福建省建设需求量不断加大，建设过程中砂石原材料的稀缺、砂石原材料开采所造成的环境问题日益严重。现阶段福建省市政道路建设体量大，市政道路建设实施过程耗费材料多，在市政道路项目实施过程中，市政道路项目所用材料采用建筑固体废弃物再生材料具有积极的意义：

⑴建筑固体废弃物再生采用就地取材，无需长途运输，在技术和经济上都有重要意义，同时为福建省循环经济做出重大贡献；

⑵福建省工程建设量大，采用建筑固体废弃物再生材料可有效缓解建设过程中砂石原材料的稀缺，解决砂石原材料开采过程中导致的环境问题；

⑶根据相关数据统计建筑固体废弃物资源化利用，可减少50%碳排放，为实现30/60 年碳达峰、碳中和的目标做出奠基；

⑷充分利用建筑固体废弃物再生材料，能有效提高资源利用率，从根本上有助于降低工程造价，节约建设资金，保护生态环境，提高社会生存质量；

⑸建筑固体废弃物再生材料资源化可作为生态持续发展的永不枯竭城市矿藏，将放错地方的资源实行减量化无害化再生资源化利用，对实现环境保护和资源循环利用具有重要意义。

1 原材料

1.1 水泥

福建海螺水泥有限公司“海螺”牌普通硅酸盐水泥，强度等级42.5 MPa，其物理性能指标如表1 所示。

表1 水泥物理性能指标

1.2 骨料

试验建筑固体废弃物再生骨料采取两组不同材质的再生骨料（其中再生混凝土骨料来自长乐区某道路路面、再生砖混骨料来自仓山区某拆迁建筑），分为0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四个不同粒级。同时也采用天然料0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四个不同粒级，来自长乐区某工程料场。其性能指标见表2 所示。

表2 骨料性能指标

2 试验研究

试验使用水泥掺量3%、4%、5%、6%、7%分别与满足JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》、JC/T 2281-2014《道路用建筑固体废弃物再生骨料无机混合料》骨料级配要求的天然骨料、再生混凝土骨料、再生砖混骨料混合后，试验不同配合比对道路用水泥稳定混合料[1]最佳含水率、最大干密度、7d 无侧限抗压强度的影响，试验方法参照JTG E51-2009《公路工程无机结合料试验规程》，其中：

击实试验参照JTG E51-2009 中T0804；

试件制作方法参照JTG E51-2009 中T0843；

养护方法参照JTG E51-2009 中T0845；

7d 无侧限抗压强度检测方法参照JTG E51-2009中T0805。

2.1 骨料级配

骨料级配直接影响无机混合料性能指标。为了满足骨料级配要求，将骨料破碎、筛分为0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～25mm、25～31.5mm 四个不同粒级，对每个粒级骨料分别筛分进行合成，最终确定骨料合成配比为：

⑴再生混凝土骨料：0 ～4.75mm:4.75 ～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2:3.5:3.5:1；

⑵再生砖混骨料：0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.2:3.3:3.5:1；

⑶天然骨料：0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.5:3.1:3.4:1。

参照JTG/T F20 -2015《公路路面基层施工技术细则》、JC/T 2281 -2014《道路用建筑固体废弃物再生骨料无机混合料》骨料级配要求，按照上述比例对骨料进行合成，其级配曲线[2]见图1。

图1 骨料级配曲线

2.2 击实试验

试验水泥按3%、4%、5%、6%、7%的掺量分别与2.1 中三类合成骨料混合，参照JTG E51-2009 中T0804 丙方法进行击实试验，确定不同配比下无机混合料最佳含水率、最大干密度。如图2、图3。

图2 水泥稳定混合料最佳含水率

由图2、图3 得出：

图3 水泥稳定混合料最大干密度

⑴天然骨料在不同水泥掺量下的最佳含水率5.5%～5.9%，最大干密度1.960～1.977g/cm3；

⑵再生混凝土骨料在不同水泥掺量下的最佳含水率为10.1%～10.5%，最大干密度1.862～1.887g/cm3；

⑶再生砖混骨料在不同水泥掺量下的最佳含水率为13.5%～13.9%，最大干密度为1.782～1.802g/cm3。

对天然骨料、再生混凝土骨料、再生砖混骨料水泥稳定混合料进行横向对比，再生砖混骨料水泥稳定混合料最佳含水率最大，再生混凝土骨料水泥稳定混合料次之，天然骨料最小。但最大干密度反之，主要原因是再生骨料中含有水泥石及砖瓦类骨料，其吸水率均大于天然骨料，但其密度小于天然骨料，故而得出上述结果。

2.3 力学性能试验

水泥按3%、4%、5%、6%、7%的掺量分别与2.1 中三类合成骨料混合。试件制作方法参照JTG E51-2009 中T0843，养护方法参照JTG E51-2009 中T0845，7d 无侧限抗压强度检测方法参照JTG E51-2009 中T0805 确定其不同配比下无机混合料7d 无侧限抗压强度[3]，如图4。

图4 水泥稳定混合料7d 无侧限抗压强度

由图4 得出：

⑴天然骨料在不同水泥掺量下7d 无侧限抗压强度为2.2～5.2MPa；

⑵再生混凝土骨料在不同水泥掺量下7d 无侧限抗压强度为2.3～4.7MPa；

⑶再生砖混骨料在不同水泥掺量下7d 无侧限抗压强度为1.7～4.1MPa。

三类骨料水泥稳定混合料7d 无侧限抗压强度均随水泥掺量的提高而增强，总体表现为：天然骨料水泥稳定混合料抗压强度最大，再生混凝土骨料水泥稳定混合料次之，再生砖混骨料水泥稳定混合料最小。此外随水泥掺量的增加，抗压强度增加速率也呈现为：天然骨料最大，再生混凝土骨料次之，再生砖混骨料最小。主要原因是再生混凝土骨料、再生砖混骨料中水泥石和砖瓦骨料材料强度小于天然骨料，并且再生骨料薄弱点较多。

3 工程应用

3.1 工程概况

试验段依托于龙峰建筑垃圾资源化处置点内部道路，试验段道路技术等级为二级公路新修道路。试验段长500m、宽10m，采用15㎝再生混凝土骨料水泥稳定混合料基层、15㎝再生砖混骨料水泥稳定混合料底基层。

水泥为福建海螺水泥有限公司“海螺”牌普通硅酸盐水泥，强度等级42.5MPa，具体指标见表1。基层采用再生混凝土骨料0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.2:3.3:3.5:1 级配骨料，水泥掺量为5%；底基层采用再生砖混骨料0～4.75mm:4.75～9.5mm:9.5～25mm:25～31.5mm=2.5:3.1:3.4:1，水泥掺量为5%；压实度设计为95%。

3.2 工程检测

3.2.1 松浦系数

选取桩号K0+50、K0+150 横向等距离各5 个点，对底基层（再生砖混骨料水泥稳定混合料）及基层（再生混凝土骨料水泥稳定混合料）分别进行5 次碾压，测量碾压后每次厚度，如图5、图6。

由图5、图6 得出：底基层再生砖混骨料水泥稳定混合料平均松浦系数为1.39，基层再生混凝土骨料水泥稳定混合料平均松浦系数为1.37，再生砖混骨料水泥稳定混合料松浦系数大于再生混凝土骨料水泥稳定混合料。

图5 底基层厚度与碾压次数关系

图6 基层厚度与碾压次数关系

3.2.2 无侧限抗压强度

在施工现场进行钻芯检测，在桩号K0+100 和K0+300 的底基层与基层分别取芯5 个，芯样指标如表3、表4。

表3 底基层芯样指标

表4 基层芯样指标

底基层再生砖混骨料水泥稳定混合料干密度为1.786g/cm3，7d 无侧限抗压强度为2.8MPa（＞2.0MPa），基层再生混凝土骨料水泥稳定混合料干密度为1.828g/cm3，7d 无侧限抗压强度为3.4MPa （3.0 ～4.0MPa），均满足JC/T 2281 -2014《道路用建筑固体废弃物再生骨料无机混合料》设计强度要求。

3.2.3 弯沉检测

对桩号K1+10～K2+10 试验段每10m 对底基层顶面、基层顶面弯沉值[4]进行检测，底基层顶面主要集中在0.4～0.7mm，平均值为0.572mm，代表值为0.691mm；基层顶面弯沉值主要集中在0.3～0.7mm，平均值为0.515mm，代表值为0.667mm，满足设计弯沉值（≤0.959）的要求。弯沉结果表明：建筑固体废弃物再生骨料水泥稳定混合料能够满足市政道路底基层及基层应用要求。

4 结论

研究表明，再生混凝土骨料、再生砖混骨料替代天然骨料生产水泥稳定混合料可满足规范指标，可以实现建筑固体废弃物再生骨料在道路底基层、基层中的资源化利用：

⑴本研究中得到再生骨料水泥稳定混合料水泥剂量宜在4%～6%之间，对应的性能指标均可满足设计要求。

⑵建筑固体废弃物再生骨料制备的再生无机混合料力学性能优良，相同条件下，再生混凝土骨料水泥稳定混合料性能指标较再生砖混骨料水泥稳定混合料性能良好。

⑶再生混凝土骨料、再生砖混骨料替代天然骨料生产水泥稳定混合料工程应用良好，其性能指标可满足设计要求。

⑷鉴于建筑固体废弃物成分复杂多样，再生骨料应用前应严格进行再生骨料性能检测和配合比设计。