建筑垃圾再生材料在道路基层中的应用研究

郭慧敏

（山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619）

建筑建设、拆除等环节将产生一定量的废料，其对于建筑本身而言并无利用价值，但若直接丢弃，不仅未发挥资源的应用价值，还将对生态环境造成破坏性影响。为此，将建筑废料应用于某些特定的建设场景中成为重要的突破口，现阶段，其在道路基层中的应用优势正逐步显现。为了充分发挥建筑垃圾的利用价值，需要以可行的方法将其加工为再生材料，再进行合理应用。

1 建筑垃圾再生材料在道路基层中的应用价值

建筑垃圾的规模较大，在对其采取处理措施时，普遍以露天堆放、直接填埋等粗放化的方法为主，存在污染环境、占用土地等弊端。在可持续发展理念的倡导下，如何提高建筑垃圾的利用价值至关重要，需要以科学可行的方法改良建筑垃圾，使其成为可满足某些工程施工要求的再生材料，进而提高材料的利用率，达到保质增效的效果。

（1）建筑垃圾正在“侵占”城市，若以可行的方法利用建筑垃圾，可有效减少因垃圾堆放占用的土地面积，同时，也可在一定程度上抑制建筑粉尘（体现在清运、堆放等环节），进而优化人类生存环境。

（2）经过某些工艺改良后，将建筑垃圾投入公路建设中，可减少新增材料的用量，缓解资源紧缺的局面，也能够减少新材料生产阶段二氧化碳、粉尘的含量。

（3）从资源、能源的角度来看，在掌握建筑垃圾的实际特性后，做合理的再生利用，可替代部分水泥、碎石材料，或是可以用于再生集料的生产，可有效减少诸如黏土、碎石等资源用量，缓解建筑材料的供需矛盾，有助于实现建筑垃圾效益最大化的目标。

（4）建筑垃圾对堆放场所的土壤、地下水均有不同程度的影响，环境污染问题会因此加剧。

（5）从经济效益层面来看，若能够妥善利用建筑垃圾，可减少工程建设成本，提高项目的经济效益，还能够减少建筑垃圾堆放管理方面的费用。每循环利用100万t建筑垃圾，其产生的生态环境效益极为突出，CO2、SO2的排放量分别可减少80万t、0.9万t，同时能够减少建筑垃圾堆放对土体的占用量（通常可减少150亩左右），且可削弱建筑垃圾对空气、水文等环境因素的影响。反之，若随意堆放建筑垃圾，除了增加成本、影响环境外，还有可能由于堆放量过多而崩塌，随之诱发安全事故。

（6）社会层面来看，建筑垃圾的合理化应用正逐步走向产业化，可提供丰富的就业岗位，能够有效缓解就业压力偏大的现状。

（7）以建筑垃圾砖粉为主体材料，按特定的比例与工业废渣混合后，可显著提升复合材料的活性，若配制得当，可在不影响施工质量的前提下，减少水泥的用量，产生的附加值更为可观。

建筑垃圾再生利用可充分发挥出建筑垃圾的应用价值，有助于摆脱工程建设过度依赖水泥的局面，甚至成为解决不可再生资源紧缺问题的重要方式之一。建筑垃圾复合材料作为现阶段极具代表性的再生材料，其应用前景广阔，也是工程建设领域实现资源效用最大化目标的关键途径。

2 道路基层材料的性能要求

随着社会经济发展，经济活动更加频繁，居民的出行频率也有所提高，交通基础设施应当满足人们对安全、质量、效率等方面的要求。基层是路面的重要承重层，投入至该结构中的材料应具有良好的性能。

2.1 强度和刚度

从结构分布关系来看，基层位于面层下方，车辆行驶过程中产生的荷载将经由面层传递至基层，因此，要求基层材料有足够的强度，确保在行车荷载的作用下仍维持稳定，不出现大幅度变形、疲劳弯拉破坏现象。

2.2 水稳定性和抗冻融能力

水会渗透至道路基层，且部分水聚积在基层和面层之间，随着道路使用时间的延长，两层间聚积的水量增加，基层长期处于湿润的状态，可能会诱发水损害问题。因此，基层材料应有足够的水稳定性，确保在潮湿状态下依然可以维持正常状态（强度和刚度均良好）。此外，冬季气温较低，所用的基层材料还需具备抗冻融循环的性能。

2.3 抗冲刷能力

道路车流量普遍较大，行车荷载对道路的作用力较强，使存在面层与基层间的水在外部作用下产生较强的压力，此时其具有冲刷作用，会导致0.075mm以下的细集料大量流失。长此以往，冲刷量逐步增加，可见局部产生裂缝，车辆行驶于该处时，道路内的浆体被挤出，即存在唧浆病害。针对该问题，在道路基层施工中，要求所用材料具有足够的抗冲刷能力。

2.4 抗开裂能力

受温、湿度变化的影响，基层内部存在拉应变，若影响程度较深，导致其超过材料的最大拉应变，将显现出裂缝病害，并且此类裂缝的影响范围较大，会反射至面层，严重影响道路结构的完整性。以沥青路面为例，在基层开裂的情况下，则容易产生路面反射裂缝。为此，需要合理优化基层材料的配合比，正确搭配各类材料，发挥抗收缩性能优势。

2.5 抗疲劳性能

对于半刚性基层材料，在使用过程中将受到车辆荷载的反复作用，同时，受外界环境温度、湿度影响，基层强度会有所降低，而相比于抗弯拉强度而言，若弯拉应力超值，将导致基层受损，出现疲劳开裂现象。因此，在基层材料选择的过程中，要充分考虑材料在抗疲劳破坏方面的性能，以抵御外界的不良影响。

3 建筑垃圾的类别及处理流程

3.1 建筑垃圾的类别

建筑垃圾的分类方法较多，按照来源分类，建筑垃圾主要有五类，即土地开挖、道路开挖、建筑施工、建材生产、旧建筑拆除；按可利用性分类，主要包含金属类建筑固废、有机类可再生利用建筑固废等；按照物理成分分类，包含废混凝土、废砂石、弃土等。

显然，建筑垃圾的成分较多，复杂度较高，并非所有建筑垃圾均具备再利用的价值。对于道路工程建设领域而言，建筑垃圾需要满足有机质含量不大于5%、腐殖质含量不大于5%、不掺杂生活垃圾、不掺杂树根等多项要求。因此，在使用前需要有效检测，从组成材料、含量多个方面做系统性的分析，准确判断建筑垃圾是否具备可利用的价值。针对不可直接应用的二级建筑垃圾，需要按比例掺入适量水泥或其他材料，经过改良后，提高建筑垃圾的性能，再将其投入使用。

3.2 建筑垃圾的处理流程

基本流程：破碎→剔除金属物料→对砖块、混凝土块分类→剔除轻质物料→筛分。在处理建筑垃圾时，需适时以喷水的方法除尘，以相对环保的方式获得满足道路基层施工所需的建筑材料。在路基填筑环节，其对填料最大粒径的要求是不超过100mm，因此，在处理建筑垃圾时，需要考虑此项要求，如对粒径较大的建筑垃圾做破碎处理。

4 建筑垃圾在道路基层中的应用

4.1 基本要求

（1）为给正式施工提供引导，提前组织试验，确定最具可行性的施工工艺。考虑试验结果的可靠性要求，试验段长度至少达到200m，条件允许时适当加长。

（2）对于填筑到位的水泥稳定再生级配集料，需及时安排碾压作业，通常需在2h内完成，使该类材料有效成型。

（3）部分施工路段偏潮湿时，需采取排水措施，避免现场形成积水，以便给再生集料的应用创设良好的条件。

（4）在再生集料施工中，需要严格控制此类材料结构层的压实厚度，最小需达到100mm，最大不超过200mm，即控制在两者之间。

4.2 拌和

（1）有效保证再生粗集料的均匀性，以便高效拌和。设备可选用稳定土振动搅拌机，在搅拌过程中适当施加振动。为提高材料用量的准确性，在料仓处配套电子秤，精度±2%。拌和期间，振动频率不小于157rad/s。

（2）加强对水泥、水各类原材料用量的监测与控制，保证材料用量的合理性。经过拌和后，用四分法缩分取样，基于实测结果灵活调整生产配合比。全面记录拌和期间的各项参数，具体涉及到材料用量、拌和时间等。含水量是重点控制指标，需以试验段施工结果为主要参考，结合实际情况做小幅度调整，保证含水量的合理性（要求该值在最佳含水量的±2%以内）。

4.3 运输

综合考虑运距、材料生产能力、现场摊铺速度，确定合适的运输车辆，保证数量的合理性。装料前，先仔细清理车厢，避免杂物附着；按照“品”字形的方式分多次有序装料，而后采取覆盖措施，一方面，避免外界环境因素影响材料的质量；另一方面，避免因材料洒落，导致运输道路受污染。运输期间，车辆尽可能保持匀速运行状态，不可急刹车或猛烈调头，否则易导致混合料离析。对比分析材料的初凝时间、容许延迟时间，取其中的较短者作为施工控制时间。对于运输时间超出许可值的水泥稳定级配集料，不具备使用的价值，应视为废料处理。

4.4 摊铺

（1）机械摊铺，速度控制在1.0～2.5m/min，尽可能做到匀速摊铺，同时遵循连续性原则，非必要不中断。螺旋分料器持续旋转送料，具体的转动速度根据摊铺速度而定，保证两项参数的均衡性。两侧边缘处必须有足够的混合料，因此，在布料时需予以充分关注。摊铺机自带自动找平装置，结合前期已经设置到位的两侧基准控制线，精细化找平。松铺系数以1.25～1.40较为合适，若采取人工摊铺的方法，可适当增加，即1.40～1.50。

（2）道路幅宽较大时，安排两台摊铺机，实施梯队联合作业的模式，前后距离控制在5～10m，各自按照特定的速度匀速运行。若由于现场条件限制不具备应用平地机的条件时，可调整为人工挂线找平的方法。加强对各层松铺厚度的检测与控制，要求层厚保持一致。整形阶段，适当将高处的集料刮出路外，同时，不可出现粗、细集料离析问题。经过整形后，保证被处理的区域可形成工程要求的坡度和路拱，且各部位的接缝必须有足够的平整性。经过摊铺后，加强防护，禁止除压路机外的任何机械设备进入现场，否则将影响施工效果。

4.5 碾压

再生集料的碾压作业方案见表1。

表1 再生集料碾压方案

（1）压路机操作人员严格听从指挥，合理操作压路机，禁止在正碾压或已经结束的路段掉头、急刹车，否则会破坏表面的完整性。碾压前，根据摊铺情况适量洒水；碾压期间，需要密切关注水泥稳定再生集料的表面状态，应保持湿润，否则需适时补洒。

（2）碾压期间若遇到起皮、松散问题，及时翻开并拌和。在水泥初凝前将碾压工作落实到位，要求平整度、压实度均满足要求。碾压结束前，用平地机终平，要求路拱和超高均满足要求。视现场情况适度整平，形成满足施工要求的坡度和路拱，施工路段的各接缝部位必须具有顺直、平整的特点。针对检查井，以及各类构筑物的周边区域，为保证设施的完整性，可用小型机械夯击。局部低洼时，不再额外安排找补，而是在下一层施工时择机处理。

4.6 施工缝的处理

（1）经过碾压处理后，检查碾压段的末端，掌握具体的平整度、厚度数据。检查工具可选用3m直尺，由专员操作。在末端垂直路中线拉线，以此为基准，安排专门的施工人员刨除末端的集料，设置为垂直面，确认无误后，覆盖塑料薄膜。

（2）二次施工前，做好各项准备工作：以洒水的方式润湿上一次切成的立茬部位，待该处保持湿润后，刷水泥素浆；在前述基础上，用适量水泥稳定再生级配集料修整，直至该处保持平整、顺直的状态为止。

4.7 养护

经过对底基层、基层的碾压处理后，安排质量检查，若无误则及时进入养护环节。养护时间至少为7d，具体根据现场气候条件而定。养护过程中适当洒水，使再生集料表面保持湿润，加强现场管理，封闭交通，任何无关设备均不可入场。

5 结语

综上所述，以合理的方法利用建筑垃圾进行道路基层施工后，可起到保护环境、减少资源浪费、提高经济效益等多重作用，但其应用要点较多，需要保证各处细节的施工质量，工程人员必须有效把控。