建筑垃圾在城市道路工程中的全面应用

建筑垃圾在城市道路工程中的全面应用

□ 沧州市市政工程股份有限公司 吴英彪 石津金 刘金艳 赵雯

摘要：建筑垃圾是一种具有资源化属性的固体废弃物，采用一定的技术和工艺进行处理后，将其加工为再生路用材料是一种有效的资源化利用途径。沧州市政以不同成分的建筑垃圾为研究对象，经过潜心研究和工程实践，研发出水泥稳定渣土、再生骨料无机混合料、再生沥青混合料等多种再生路用材料，并将这些再生路用材料集成应用于城市道路工程的各结构层中，提出了典型的全厚式再生型路面结构，形成可持续发展的再生型绿色道路。

关键词：建筑垃圾；水泥稳定渣土；再生骨料无机混合料；再生沥青混合料；路面结构

建筑垃圾在城市道路工程中的应用

0、引言

建筑垃圾是指在工程中由于人为或自然等原因所产生的固体废弃物的统称。建筑垃圾不同于生活垃圾和工业垃圾，它本身就为建筑材料，因此具有资源化属性。对建筑垃圾进行资源化利用的技术途径主要包括：制备再生砖、再生砌块等建材产品重新应用于建筑物，拌制再生骨料混凝土以及加工为再生路用材料等。其中将其再生为路用材料的技术途径具有消纳量大、产品性能稳定等优势，在荷兰等国家已经成为资源化的主流模式。

按组成成分分类，建筑垃圾可分为：渣土、碎石块、砖瓦碎块、混凝土块、废砂浆、回收沥青路面材料、泥浆、废旧管材等。其中大部分成分，经过一定的技术工艺处理后，均可再生为性能良好的路用材料。沧州市政分别以不同成分的建筑垃圾为研究对象，经过潜心研究和工程实践，研发出多种再生路用材料，将其分别应用于道路工程的各结构层中，形成可持续发展的再生型绿色道路。

1、建筑垃圾的处理工艺

没有经过处理的建筑垃圾不能直接作为路用材料，需要选用合理的技术及工艺措施对其进行处理，从源头减小变异性并将其加工成性能满足路用材料技术要求的再生材料。

1.1 砖混类建筑垃圾的处理工艺

砖混类建筑垃圾包括渣土、碎石块、砖瓦碎块、混凝土块、废砂浆等，这类建筑垃圾通常产生于建筑业的建设、拆迁等生产活动中，且经常混杂在一起。因此，这类建筑垃圾回收后首先应分为两类存放，一类为废混凝土；另一类为碎石块、砖瓦碎块等。

砖混类建筑垃圾的处理工艺流程主要包括五个环节：（1）分选、除杂：去除建筑垃圾中的木料、塑料、油毡、橡胶等杂质，将其中的有机物集中运至城市生活垃圾处理厂；（2）预筛分：将混在建筑垃圾中的土及渣土筛除，单独存放并避免混入到后续破碎的骨料中；（3）破碎：将大尺寸建筑垃圾原料加工成粒径符合规范要求的再生骨料，根据再生骨料的粒径要求，可以分为一级破碎和二级破碎；破碎过程中应配合磁选工艺，将钢筋、铁屑等物质分离；（4）轻物质分选：进一步去除破碎后的再生骨料中的轻质杂物；（5）筛分：将再生骨料按粒径要求筛分成不同规格，使用时按级配要求进行掺配。（图1、2）

图1 建筑垃圾的破碎、筛分处理

图2 破碎后的再生集料

1.2 回收沥青路面材料的处理工艺

回收沥青路面材料（reclaimed asphalt pavement，简称RAP）是另一类产生量较大的建筑垃圾，可采用翻挖或铣刨的方式获得，推荐使用铣刨方式。其处理工艺流程主要包括二个环节：（1）铣刨：根据旧路的路面结构，采用专业的铣刨设备，按照设定厚度分层、逐车道、逐段落进行铣刨，铣刨运回的RAP应按不同工程来源、不同类型分类存放；（2）筛分：为减小变异性，使用前应将RAP筛分成2或3种规格，分别存储于具有防雨功能的料仓中，减小其含水量，且避免长期堆放、结块。(图3、4)

图3 采用铣刨机进行现场铣刨

图4 RAP筛分成粗、细两档料

2、再生路用材料的资源化利用途径及技术要求

上述两大类建筑垃圾经过处理后，形成渣土、再生骨料、不同规格的RAP等再生原材料，这些再生原材料经一定的生产工艺生产后，可以形成水泥稳定渣土、再生骨料无机混合料、再生级配集料以及再生沥青混合料等多种再生路用材料。根据再生路用材料自身的材料特性、道路等级以及路面结构的功能要求，将这些再生路用材料进行合理应用，分别应用于道路的不同结构层中，如图5所示。

图5 建筑垃圾资源化利用技术途径

2.1 水泥稳定渣土

本文中的渣土是指在对砖混类建筑垃圾进行预筛分、筛分等过程中，分离出来的一种土与细粒料混杂的物质，通过在大量的样本中取样检测分析，这类渣土在土的工程分类上属粗粒土范畴，其小于0.6mm颗粒的含量小于30%，液限小于40%，塑性指数不大于17，可采用水泥进行稳定。水泥稳定渣土的强度完全可以满足现行规范中道路基层的技术要求，但同时考虑其抗冲刷性和抗裂性，将该种材料用作道路底基层或路基处理。经过大量试验验证，水泥稳定渣土力学性能、稳定性及耐久性等各项技术指标良好，满足道路底基层材料的技术要求，且优于12%石灰土，如表1所示。

表1 水泥稳定渣土路用性能试验结果

水泥剂量无侧限抗压强度劈裂强度(MPa)抗压回弹模量(MPa) 5次循环冻融残留强度比(%)冲刷性能试验60min累计冲刷量(%) 7d 28d 60d 90d 90d 90d 28d 28d 4.5% 1.71 2.20 2.72 3.30 0.32 766 50.7 0.37 5.0% 1.93 2.62 3.03 3.46 0.44 826 33.9 0.23 5.5% 2.19 2.79 3.20 3.63 0.69 934 31.7 0.11 12%石灰土0.78 / / / 0.2～0.25 400～700 / /

渣土是建筑垃圾中最易被忽视的部分，水泥稳定渣土技术的研究与应用，为渣土的再生利用提供了一种有效途径，进一步提高了建筑垃圾的综合利用率。

2.2 再生骨料无机混合料

再生骨料的性能与天然骨料相比存在着诸多不同，它具有弹性模量小、压碎值大、吸水率高、渗透系数大等特性，见表2。同时再生骨料的强度比天然碎石小，颗粒间嵌挤作用会使骨料颗粒出现接触性破坏，为得到最大强度和稳定性，再生骨料无机混合料宜选用悬浮骨架密实型结构。分别进行水泥稳定再生集料、水泥粉煤灰稳定再生集料、石灰粉煤灰稳定再生集料三种再生无机混合料的性能试验，结果表明，再生骨料无机混合料具有良好的力学性能、抗冻性及抗冲刷性能。（表3）

表2 再生骨料的物理性能指标

自然堆积密度(kg/cm3)渗透系数(cm/s) 1.313 1.522 30.9 16.3 0.072 0.656振实密度(kg/cm3)压碎值(%)吸水率(%)体积吸水率(g/cm3)

表3 无机结合料稳定再生集料路用性能试验结果

混合料类型及配合比无侧限抗压强度（MPa）劈裂强度（MPa）7天180天抗压回弹模量(MPa)冻稳定性BDR（%）抗冲刷性60min累计冲刷量(g) 7∶13∶80石灰粉煤灰稳定(加1%水泥) 1.18 6.2 0.68 1171 74.2 34.9 5%水泥稳定再生集料3.6 6.6 0.60 1364 82.8 128.5 3∶6∶91水泥粉煤灰稳定再生集料2.4 4.7 0.39 1063 83.3 65.8

2.3 再生沥青混合料

回收沥青路面材料（RAP）可采用厂拌热（温）、冷再生工艺，拌制各种类型的再生沥青混合料。根据旧路的使用年限、RAP中旧沥青的老化程度及RAP的性能，合理选用适宜的工艺。通常将品质较好的RAP采用厂拌热再生工艺，拌制成热再生沥青混合料，铺筑道路的中、下面层，混合料的体积指标、高温稳定性、低温性能、水稳定性均要满足道路面层材料的技术要求。而品质略差的RAP，则采用厂拌冷再生工艺，采用泡沫沥青或乳化沥青做结合料，将RAP以较高的掺配比例与新集料、活性填料、水进行常温拌和，常温铺筑于半刚性基层上，形成柔性基层，抑制和延缓反射裂缝的产生，延长道路的使用寿命。通过合理的分类使用，使RAP最大限度地发挥作用，同时提高道路的使用性能。将厂拌热再生工艺与泡沫沥青温拌工艺相结合，即采用泡沫沥青温拌工艺拌制的再生沥青混合料，兼具了厂拌热再生沥青混合料及温拌沥青混合料的性能优势，既具有优越的抗车辙性能，又具有良好的低温性能，是一种综合性能较好的路面材料。同时，在拌和及施工过程中，沥青烟及有害气体的排放明显降低。（表4）

表4 三种沥青混合料路用性能比较

混合料类型(AC-16)成型温度(℃)空隙率(%)马歇尔稳定度(kN)动稳定度(次/mm)冻融劈裂残留强度比(%)汉堡车辙深度(mm)低温弯拉破坏应变均值(με)热拌沥青混合料150 4.36 10.6 1280 89.33热再生沥青混合料150 4.98 14.0 2465 88.36温再生沥青混合料120 4.94 13.8 2453 87.69左轮：-4.26右轮：-4.18平均：-4.22左轮：-4.68右轮：-4.26平均：-4.47左轮：-4.38右轮：-4.08平均：-4.23 2248 2269 2276技术要求/ 4-6≥8≥1000≥75 /≥2000

3、再生路用材料的集成应用

以不同的建筑垃圾为研究对象采用配套的、工艺及技术，研发出多种再生路用材料，取得多项科研成果，并在实体工程中进行了集成应用。几年来，先后在沧州市吉林大道道路工程、沧州市广州路道路工程、沧州市维明路下穿式立交桥及附属工程、孟村县建设大街道路翻修工程等多条城市道路中，集成应用了“水泥稳定建筑垃圾再生集料、再生级配集料、泡沫沥青冷再生混合料、泡沫沥青温再生混合料”等再生材料，铺筑里程达90余公里，取得良好的施工效果和社会与经济效益，获评了4项“河北省科技示范工程”和3项“全国市政金杯示范工程”。（图6、7）

图6 水泥稳定再生骨料底基层施工

图7 泡沫沥青冷再生基层施工

2015年，水泥稳定渣土道路底基层应用技术取得了突破，经室内试验及工程试验段应用验证，该种材料具有良好的路用效果。2016年，沧州市主城区全面实行雨污分流改造，在主城区雨污分流改造工程中，排水管道施工完毕进行路面结构恢复时，均采用水泥稳定渣土替代传统石灰土进行底基层施工，施工效率高，结构层强度增长快，为工程顺利竣工发挥了积极作用。（图8、9）

图8 水泥稳定渣土底基层施工

图9 水泥稳定渣土芯样

经过大量的室内试验、多年的实践应用以及对长期路用性能的跟踪验证，沧州市政结合工程特点，针对不同的道路等级，提出了多种再生型路面结构形式。尤其是图10推荐的路面结构是一种典型的全厚式再生型路面结构，全部采用再生材料铺筑而成，低碳环保。

图10 典型的全厚式再生型路面结构

4、结语

建筑垃圾是可以循环利用的宝贵资源，将各种不同成分的建筑垃圾通过合理的技术途径进行资源化利用，并集成应用于道路工程建设中，使得道路工程在全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境，达到节能减排和提高道路使用性能的双重效果，促进道路建设的可持续发展。C

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图11 北京冬奥西十广场（再生广场坪石、再生干混砂浆）

图12 北京晾水池东路（二灰稳定再生无机混合料、再生透水混凝土、再生透水砖）

各种再生产品的检测结果完全满足相关标准规范的要求，产品质量获得客户高度认可，各项工程应用均取得了良好的效果。

4、结语

大力推行建筑垃圾资源化处置是可持续发展战略的必然要求和主流趋势，再生骨料制备技术及装备是建筑垃圾资源化处置的关键。针对中国建筑垃圾基本无源头分类、组分复杂的国情，必须充分重视分选除杂工艺，并结合再生产品的应用形式，选择合适的生产工艺手段，保证建筑垃圾再生产品符合相关标准要求，更好地实现建筑垃圾再生产品的规模化和产业化应用。

作者简介：吴英彪，男，汉族，1964年生，河北省黄骅市人，1983年毕业于河北工学院公路工程专业，大学本科学历，工商管理硕士学位，正高级工程师。武汉工程大学、河北工程技术高等专科学校兼职教授，河北省新世纪“三三三人才工程”第三层次人选，2004年度河北省有突出贡献中青年科学、技术、管理专家。2008年经省人事厅推荐，作为交流访问学者赴美国德克萨斯农工大学进行为期6个月的交流访问，接受了世界一流道路建设培训。作为项目负责人，主研科研课题20余项，并多次在省、市获奖，在国内、外学术刊物上发表论文20多篇。

DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2016.23.007