建筑垃圾在市政道路中的使用性能研究

马俊梅

（中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210001）

0 引言

自20世纪90年代以来，很多发达国家已经将城市建筑垃圾资源化处理作为环境保护和可持续发展战略目标之一，有些国家的建筑垃圾再生利用率已达90%以上，并形成了较为完备的政策法规体系，为建筑垃圾资源化利用保驾护航，例如日本《再生骨料和再生混凝土使用规范》《资源重新利用促进法》，德国《固体废物循环经济法》《在混凝土中采用再生骨料的应用指南》，美国《固体废弃物处理法》与《超级基金法》。

我国建筑垃圾资源化产业起步晚，虽然国家层面制定了《中华人民共和国循环经济促进法》《城市建筑垃圾管理规定》等法律法规，但这些法律法规更多关注建筑垃圾造成的环境污染及对市容的影响，缺乏对开展建筑垃圾资源化利用的系统性支持和保障。地方政府层面，北京、上海、广州、深圳等一线城市受制于国土面积较少与发展程度较高间的突出矛盾，出台了针对建筑垃圾资源化利用的法规、规范、标准。例如，北京市出台了《建筑垃圾分类消纳管理办法（暂行）》，上海市出台了《上海市建筑垃圾处理管理规定》，深圳市出台了《深圳市建筑垃圾处置和综合利用管理办法》，广州市出台了《广州市建筑垃圾管理条例（征求意见稿）》《广州市建筑废弃物管理条例》《广州市余泥渣土管理条例》等，但地域广阔的二、三线城市仍处于政策、规范、标准的空白状态。

由此可见，我国在建筑垃圾再生骨料、建筑垃圾透水铺装以及建筑垃圾路基填料等产业方向具有巨大市场潜力，对上述应用方向深入研究有利于拓展其利用空间和利用范围。本文着重对公路建设中砖块、混凝土两种集料配合比情况下的压实度、承载比等强度性能进行分析，同时对德国阿吉斯（ARJES）生产的可移动履带建筑垃圾处理设备的工艺流程进行系统介绍。

1 建筑垃圾作为路基填料的应用研究

建筑垃圾由渣土、砂浆和混凝土、砖块砖渣、桩头、金属、木材、装修废料和其他废弃物等组成［1］。建筑垃圾具有成分复杂，粗细骨料级配差，强度不均等特性。结合市政道路路基的工程要求，建筑垃圾中的砖块、混凝土是能够进行资源化利用的两种主要集料，为确保建筑垃圾作为路基填料的安全性和稳定性，分析砖集料、混凝土集料不同配合比下压实度、承载比等强度性能，得出不同配合比条件下建筑垃圾作为路基填料的生产控制要求，才能提高建筑垃圾的利用效率。

1.1 试验原材料

试验原材料主要为建筑垃圾中的砖集料、混凝土集料，试验过程通过四分法确保试验样品的代表性。根据《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20—2015）［2］规定：用于二级和二级以上公路基层和底基层的级配碎石应用预先筛分成几种不同粒径的碎石及4.75 mm以下的石屑级配组成。试验前利用9.5 mm标准方孔筛筛除超大粒径颗粒，试验用水为普通生活用水。两种集料筛分试验结果如表1所示。

表1 砖集料、混凝土集料筛分试验结果

1.2 建筑垃圾表观密度、液限、塑性指数性能表征

路基包括路床和路堤，其填筑主要要求保证填料碾压密实承载比（CBR）达到一定标准，对级配要求不高。对两类建筑垃圾集料进行原材料试验，主要包括密度试验、液限、塑性等，试验结果如表2所示。

表2 砖集料、混凝土集料物理性能试验结果

由表2可知：混凝土集料表观密度大于砖集料；两类集料的粒径、液限、塑性指数等指标均满足《公路路基设计规范》（JTG-D30—2015）［3］要求。

1.3 击实试验

对两类回填集料进行重型击实试验，得到其最佳含水量、最大干密度如表3所示。

表3 回填材料击实试验结果

由表3可知：混凝土块集料的最佳含水率小于砖混结构集料，而混凝土块集料最大干密度大于砖混结构集料。

1.4 承载比（CBR）试验

根据《公路路基设计规范》（JTG-D30—2015）［3］，各等级公路路床和路堤的压实度及强度要求如表4所示。

承载比试验（CBR）包括膨胀量及贯入试验，试验结果如表5—6所示。

由表5—6可知：（1）两类集料的膨胀量均很小，满足路基施工技术要求。（2）与砖集料相比，混凝土集料的膨胀量较小，且两类集料的膨胀量均随压实度的减小而增大。（3）压实度满足规范要求时，两类集料的CBR值均满足各级公路路基填料的强度要求，且混凝土集料的CBR值大于砖集料。（4）回填材料的CBR值随着压实度的增加而显著增大，两种集料密实度增加，抵抗压缩变形的能力增强。

2 可移动履带建筑垃圾处理设备

由于市政道路施工线较长，传统的固定式建筑垃圾破碎站不适合路基回填施工需要，本文建议选用可移动履带建筑垃圾处理设备对建筑垃圾进行处理。可移动履带建筑垃圾处理设备集成破碎、筛分两种功能，能够对物料进行现场破碎，并可随施工面推进而移动，降低了物料运输费用。同时设备占地面积小，设备灵活、方便，机动性强，可节省大量固定式建筑垃圾破碎站固定资产投资，非常适合市政道路路基回填施工，如图1所示。

可移动履带建筑垃圾处理设备包括动力系统、电气系统、液压系统、给料舱、振动给料机、反击式破碎机、除铁器、履带行走系统、船型架等组成。可移动履带建筑垃圾处理工艺系统主要由破碎系统、防尘系统、轻物质分离系统以及除铁系统四大系统组成。破碎系统主要是对块状物料进行破碎、筛分；防尘系统减少了生产过程中扬尘污染；轻物质分离系统是在振动筛上加装负压密封罩，把振动筛上的塑料袋、泡沫以及部分小木块收集到一个仓中，同时在履带行走系统末端加装重力分级系统，把粗集料收集到另外一个仓中，实现了对粗细集料分仓收集；除铁系统既保证了破碎、筛分过程的顺利进行，也免除了烦琐人工分拣，大大提升了回收过程的经济价值。可移动履带建筑垃圾处理设备的破碎、筛分工艺如下：建筑垃圾通过上料设备输送到振动拾料机，通过振动给料机去除建筑垃圾中的细粉料，大块给料进入反击式破碎机，破碎后物料通过履带行走系统进行输送，并在输送过程中通过除铁器去除铁类杂物，最终合格物料通过输送带运送到指定位置堆放。可移动履带建筑垃圾处理设备集建筑垃圾受料、破碎、传送、处理、再加工等工艺装备为一体，通过不同的功能模块组合，形成一套强大的移动生产加工线，完成了市政道路路基回填的作业要求，实现由传统的“建筑原料→建筑物→建筑垃圾”向“建筑原料→建筑物→建筑垃圾→再生原料→新生产品”的新型建材产业链和循环低碳经济生产运营模式的转变。可移动履带建筑垃圾处理设备在市政道路路基回填上的应用实践过程，免去了建厂、渣土运输等管控环节，实现了现场分拣、现场利用的末端治理效果，如图2—3所示。

表4 路床和路堤填料压实度及强度要求

表5 膨胀量试验结果

表6 CBR值试验结果

图1 可移动覆带建筑垃圾处理设备

3 结语

（1）混凝土集料及砖集料的粒径、液限、塑性指数等指标均能满足路基回填材料的规范要求。

图2 建筑垃圾

图3 建筑垃圾处理

（2）压实度满足规范要求时，混凝土集料、砖集料的膨胀量均满足路基施工技术要求，CBR值均满足各级公路路基填料的强度要求。

（3）路基回填材料的压实度越大，CBR值越大，回填材料抵抗压缩变形的能力越强，稳定性越好，施工中确保压实度达到规范及设计要求是质量控制关键。

（4）可移动履带建筑垃圾处理设备集破碎、筛分两种功能为一体，能够对物料进行现场破碎，并可随施工线推进而移动，降低了物料运输费用，非常适合市政道路路基回填施工。

（5）多维度指标试验设计为混凝土集料、砖集料在市政道路路基回填等方面的应用奠定了基础。