CN101545234A - 利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法，其特征在于它包含以下步骤：A.将所述废砖、废旧混凝土和砖土混合物现场破碎，并筛分成粗、中、细和土四档，其中粗档的粒径为19～37.5mm、中档粒径为4.75～19mm、细档粒径为2.36～4.75mm、土的粒径为2.36mm以下；B.按粗档，中档，细档料三者质量之和与土的质量比在4∶6～6∶4之间的比例进行混合，并在1000克上述混合物中添加40～60克HEC固结剂，作为道路路基、底基层和二级公路以下(包括二级公路)的基层材料。本发明的优点在于：1)充分利用现场材料；2)提高土体的强度；3)延长道路使用寿命、维修费用少；4)改善环境，并推动建筑废弃物“就地资源化”循环经济的发展。

Description

利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法

技术领域

本发明涉及一种建筑领域，具体涉及一种利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法。

背景技术

1)国外同类研究状况

国外“城市化进程”开始的时间比较早，故对建筑废弃物的研究比较深入，建筑废弃物回收率较高。并且对建筑垃圾的处理在资金和政策上优惠较多，形成了“建筑垃圾资源化”的一整套规范。下面举例说明国外对建筑垃圾在道路工程中的研究应用进展。

德国道路建筑材料使用技术规范，对在基层材料中添加废砖有明确的规定。致密、大硬度废砖的掺量上限为整个基层材料质量的25％，而多孔、低硬度废砖的最大掺量不超过整个基层材料质量的5％。德国的Kollar等人对在基层材料(不掺加固结剂)中掺加不同量的建筑废弃物进行研究，并分别测试了材料的抗冻性能、抗压强度、渗透率与材料粒径的关系。得出结论为材料的工程特性和稳定性受其粒径的大小和试验所用的方法影响较大。

澳大利亚新南威尔士大学的Gnanendran等人研究了用石灰和水泥稳定建筑爆破废料作为基层材料。试验结果表明，在建筑废料中掺加石灰和水泥能大大提高材料的回弹模量和抗压强度，并能大幅提高材料的疲劳性能。而两种固结剂相比，水泥固结的性能更优。

荷兰代尔夫特理工大学的Molenaar，Andre A.A.等人通过研究混凝土与砖土类建筑废弃物作为基层材料后发现：在不添加固结剂的情况下，混凝土和砖类废弃物基层的性能与本身的级配、组成成分和压实度等有关，其中压实度是影响材料性能的主要指标。

2)国内研究状况

我国虽然在1995年11月通过了《城市固体垃圾处理法》，但对建筑物的管理以及研究方面进展缓慢。我国建筑废料的回收利用率较低，绝大部分建筑垃圾未经任何处治便被建设单位运往郊外或乡村等边远地区，采用露天堆放或自然填埋的方式进行处理，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费。同时，清运和堆放过程中的遗散和粉尘、灰沙飞扬等问题又造成了严重的环境污染。可以看出，我国对建筑废料在道路中的回收利用起步较晚，而国内对建筑废料在道路工程中的研究和应用实例都比较少。

中国建筑材料科学研究总院王武祥研究了粉煤灰对再生废砖混凝土的改性效果，表明利用粉煤灰同时取代部分水泥和再生废砖混合料，将明显改善混凝土的强度、表观密度和表观质量，降低混凝土及其制品生产成本。

武汉理工大学万惠文等人主要对大于50mm的建筑废料用于道路工程基层进行研究。得出，利用破碎粘土砖取代一定量的再生混凝土集料配制的道路基层的混合料，其级配、强度(或CBR值)均满足道路基层材料的要求。

河海大学材料科学与工程系、南京市废弃物管理处和南京都市废弃物综合利用开发公司合作，利用废弃混凝土再生加工成二灰结石作为市政道路基层材料。通过工程检验，完全满足道路使用的而各项指标。这一成果，使得我国长期以来只能填埋处理的废弃建筑混凝土，在通往循环利用的道路上迈进了一大步。

从国内外当前对建筑废弃物在道路工程中的研究我们可以看出，国内外主要是用建筑废弃物中的混凝土和大粒径废砖来替代或部分替代原来用于基层铺筑的天然材料，并比较分析其路用性能。而对建筑废渣中颗粒较小的渣土类废弃物，由于其含泥量较高而不能用作基层材料所以研究较少。

在利用固结剂稳定建筑废弃物方面，国内外常用的材料为石灰、粉煤灰或水泥等常用固结剂。大量研究表明，固结剂的固结性能不仅与其本身的材料特性有关，而且与被固结体的关系也比较密切。而建筑废砖、废旧混凝土和砖土(粒径较小的废砖并含泥量较高)与天然石料或者土质材料的性质显然不同。所以，用常用的固结剂(如：水泥、石灰等)来固结建筑废弃物显然不一定能达到最佳的固结效果。所以有必要尝试用新的固结剂来对建筑废弃物进行固结，分析其固结效果是否满足固结体在道路工程中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法，可以充分利用现场渣土。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

将建筑垃圾中包含的废砖、废旧混凝土和砖土混合物，通过现场破碎筛分后，添加固结剂固结后作为道路路基、底基层和基层材料使用，其特征在于它包含以下步骤：A、将所述废砖、废旧混凝土和砖土混合物现场破碎，并筛分成粗、中、细和土四档，其中粗档的粒径为19～37.5mm、中档粒径为4.75～19mm、细档粒径为2.36～4.75mm、土的粒径为2.36mm以下；B、按照粗档，中档，细档料三者质量之和与土的质量比在4：6～6：4之间的比例进行混合，并在1000克上述混合物中添加40～60克HEC固结剂，作为道路路基、底基层和基层材料。其中，由于各地同一档材料在粒径大小、形状和性质方面的差异，故在具体工程运用中需适当调整各档料的比例。根据优选实施例，按照粗档：中档：细档：土＝1：1：2：2.67～6的比例混合，固结剂的掺量根据材料所用的道路结构层次而定，具体来说，1000克混合料中添加40克HEC固结剂，其强度性能可以满足道路路基对材料的要求；1000克混合料中添加60克HEC固结剂，其强度性能指标可满足二级和二级公路以下道路对基层的材料要求。

现场施工采用路拌法施工，避免因渣土的加工转运而造成能源浪费和环境污染。现场固结渣土的粉末状高强、高耐水土体固结剂HEC(High Strength andWater Stability Earth Consolidator)是武汉大学研制的一种现有的新型土工复合固结材料，它是以铝硅酸盐为基材，添加矿渣、炉渣、粉煤灰等具有水硬活性的矿物组分以及核心元素，经一定的生产工艺配制而成，是针对固结高含水土质和工程弃渣的需要而开发研制的一种新型水硬性胶凝材料。

固结所用的HEC高强高耐水土体固结剂的技术性能指标应符合上海市建设和交通委员会科学技术委员会、上海市建设科技推广中心通过的《HEC高强高耐水土体固结剂》企业标准Q/HEC001—2002。

本发明的优点在于：1)充分利用现场材料：可以充分利用现场渣土，改变了以往将渣土运走再购进新的筑路材料的做法，直接就地固结土体用作路面结构层，不需弃土外运或运输土方回填等，明显比常规路用建筑材料(如碎石、砂、水泥等)工程造价要低得多。2)提高土体的强度，可减薄路面结构层厚度，比常规道路要薄，降低了工程造价。3)延长道路使用寿命、维修费用少。4)改善环境，并推动建筑废弃物“就地资源化”循环经济的发展。

附图说明：

图1为路拌法施工HEC固结渣土的工艺流程

图2为横向接缝处理示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

建筑废弃物指拆迁现场的砖块、混凝土块、砂灰土等。但其中受放射性、硫酸盐、重金属、氯盐等有害杂质污染的建筑废弃物不得再生利用。本发明主要对建筑废弃物中包含的废砖、废旧混凝土和砖土等混合物，通过简单现场破碎筛分后，添加固结剂固结后作为道路路基、底基层和基层材料使用。

本发明在工程运用中对各类土的颗粒粒径和液、塑性指数不作具体要求，有机质含量在8％以下的各种粘性土、砂性土、粉性土、砂、石屑、石粉、砂砾土、碎石土、开挖弃渣混凝土粉等均可作原材料使用。各类建筑废弃物(混凝土块、砖块、各种碎石料)的粒径不应大于施工层厚的三分之一。混合料中，渣的含量控制在60％以内。施工中所用的水为PH值大于或等于6的可饮用水。

本发明详细步骤如下：

1)设计

A、将建筑废砖、废旧混凝土和砖土混合物现场破碎，并筛分成粗、中、细和土四档，其中粗档的粒径为19～37.5mm、中档粒径为4.75～19mm、细档粒径为2.36～4.75mm、土的粒径为2.36mm以下，粒径大于2.36mm的统称为渣；

B、选定建筑废渣的各档料的不同配比。其各档料的配比可参照粗档：中档：细档：土＝1：1：2：2.67～6的比例上下浮动；

C、备料，并确定出渣土在一定HEC掺量下的最佳含水量和最大干密度，然后在最佳含水量和最大干密度下成型试件，每种级配至少准备三个平行试件。重型击实试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057—94)进行；试件成型在万能压力机上采用静压方法成型；脱模后用薄塑料袋包裹放在标准养生室养生六天，第七天浸泡在水中养生；

D、最后测试各组试件的七天无侧限抗压强度以及抗压回弹模量。通过比较材料的强度确定出建筑渣土的最佳级配。并按照材料的强度要求确定出HEC的掺量。(通过试验得出：在HEC掺量小于10％的情况下，相同级配固结体的7天无侧限抗压强度随着HEC掺量的增加而增大。)

HEC固结渣土和HEC固结土各层的7d无侧限抗压强度、掺量、设计值见下表1-1

表1-1固结渣土和HEC固结土抗压强度、掺量设计值

 

层次	HEC掺量(％)	压实度(％)	7d无侧限抗压强度(MPa)
				HEC固结渣土(垫层)	6	≥96	≥1.8
HEC固结渣土(路基处理)	4	≥96	≥1.0

注：HEC用量允许误差为+0.5～+1.0％。当HEC固结渣土的力学性能不能满足表1-1的要求时，HEC剂量应以能满足要求的试验数据为准。施工时压实度要达到96％，检测时其最大干密度取值以检测地块的实测值为准。

2)施工

本发明的施工方法采用路拌法施工。HEC固结渣土所需施工机具，如表1-2所示。

表1-2 HEC固结渣土施工机具

路拌法施工的工艺流程宜按图1的顺序进行。

现场施工注意事项：

(一)土路基验收

HEC固结渣土施工之前的土路基，应采用中型压路机碾压两遍，如出现“弹簧”，应采取晾晒或换填等措施处理。

(二)施工放样

a)在土基上恢复中线，直线段每15～20m设一桩，平曲线段每10～15m设一桩，并在两侧路肩边缘外设指示桩。

b)在两侧指示桩上用明显标记标出稳定渣土层边缘的设计高程。

(三)备料摊铺土

a)利用老路面或土基上部材料时，应清除杂物，翻松和粉碎至规定的粒径和深度。

b)利用料场的渣土时，应清除杂物，并将超粒径颗粒粉碎或清除。

c)可使用芬兰ALLU有限公司生产的筛分破碎铲斗ALLUSM3-12/XHD60mm或其他复合式破碎机对渣土进行破碎至层厚的三分之一

d)根据各路段固结渣土层的宽度、厚度及确定的干密度，计算各路段需要的渣土的数量。根据每车料的数量，按计算的间距进行堆放。

e)摊铺渣土应在摊铺HEC的前一天进行。摊铺长度应根据从混合料拌和开始至碾压成型在一个工作日内完成确定。

f)应通过试验确定渣土的松铺厚度。松铺厚度应等于压实厚度乘以松铺系数(1.25～1.35)。

g)用平地机、挖机或人工摊铺，表面应力求平整，并有规定的路拱。

h)除洒水车外，严禁其他车辆在土层上通行。

(四)洒水闷料

a)如已整平的渣土(含粉碎的老路面)含水量过小，应在渣土层上洒水闷料。具体的洒水量根据已整平的渣土的干湿状态和当时的气候水温状况而定，洒水过后的渣土含水量应达到土体最佳含水量的80％以上。天气炎热干燥的情况下可以适当增加洒水量，但含水量最多不应超过最佳含水量。洒水应均匀，防止出现局部水分过多的现象。

b)严禁洒水车在洒水段内停留和调头。

c)细粒土应经12h闷料；中粒渣土和粗粒渣土，视其中细土含量的多少，可缩短闷料时间。

(五)整平和轻压

对人工摊铺的土层整平后，用小型压路机碾压1～2遍，使其表面平整。

(六)摆放和摊铺HEC

a)根据路基分层摊铺的厚度、按设计规定确定HEC掺量，计算每包HEC的摊铺面积。再根据路基的宽度确定摆放的行数、间距和用量。

b)用刮板将HEC均匀摊开，并注意使每袋HEC的摊铺面积相等。摊铺完后，表面应没有空白位置，也没有过分集中的地方。

(七)拌和

HEC固结渣土和HEC固结土的施工，应采用路拌机或二台以上的挖掘机及人工进行拌和。拌和深度应达稳定层底并宜侵入下承层5～10mm，以利于上下层粘结。严禁在拌和层底部留有素土夹层。通常路拌机应拌和2遍以上，挖掘机应拌和3～4遍，拌和时控制其含水量，使含水量低于最佳含水量时进行拌和，以利于HEC与渣土的均匀拌合。

(八)洒水复拌

在洒水复拌过程中，应及时检查混合料的含水量。含水量宜略大于最佳值。对于稳定粗粒土和中粒土，宜较最佳含水量大0.5％～1.0％；对于稳定细粒土，宜较最佳含水量大1％-2％。主要步骤如下：

a)在上述拌和过程结束后，应用喷管式洒水器补充洒水，使其达到最佳含水量状态。

b)洒水后，应再次进行拌和1～2遍，使水分在混合料中分布均匀。

c)洒水及拌和过程中，应及时检查混合料的含水量。含水量宜略大于最佳含水量1～2％，盛夏季节宜大于最佳含水量3～4％。

d)混合料拌和均匀后应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，既无明显粗细集料离析现象，且水分合适和均匀。

(九)整型

a)混合料拌和均匀后，立即用平地机或者小型推土机整型。在直线段，应由两侧向路中心进行刮平；在平曲线段，应由内侧向外侧进行刮平。

b)应采用轻型压路机或小型推土机初压一遍，再用平地机或者小型推土机进行整型。对于局部低洼处，应用齿耙将其表层5cm以上耙松并用新拌的混合料进行找平。

c当采用人工整型时，应采用锹将混合料铺平，用路拱板进行初步整型，再用轻型压路机初压1～2遍后进行第二次整型。

d)在整型过程中，严禁通行车辆，并应由人工配合消除粗、细料的离析。

(十)碾压

a)整型后的混合料应在最佳含水量时压实；当表层含水量不足时应洒水再进行碾压。

b)应根据路宽、压路机的轮距的不同，制定碾压方案。

c)应先用轻型压路机碾压一遍，再用重型振动压路机(≥18t)进行碾压。直线段应由两侧边缘向路中心进行碾压；平曲线段应由内侧路肩向外侧边缘进行碾压。碾压时重叠部分应为1/2轮宽，后轮应超过两段的接缝处，并重复碾压不得少于4遍。碾压成型的路基压实度应符合规范和设计的要求。

d)压路机的碾压速度，前2遍的碾压应为1.5～1.7km/h，以后碾压速度宜为2.0～2.5km/h。

e)碾压过程中，当出现“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时采取翻挖重拌或换填等处理措施。

f)在碾压结束之前，应用整平机械最后一次整型，路拱和超高应符合设计要求。终平应仔细进行，并将局部高出部分刮除并扫出路外；对局部低洼之处，不应进行找补。

(十一)接缝和调头处的处理

a)在碾压过程中应对同日施工接缝处进行处理。施工接缝处，应搭接拌和。第一段拌和后，留出1～2m不进行碾压，在第二段施工时再将前段余留的未碾压段添加HEC重新拌和，与第二段相连一起碾压。

b)每天最后段末端缝(即工作缝)和调头处可按下述方法处理：

①在已碾压完成的固结渣土1末端，将未处理渣土2沿固结渣土1挖一条横贯铺筑层全宽的槽3，槽宽约30cm，必须挖到下承层顶面。此槽应与路的中心线垂直，靠固结渣土的一面应切成垂直面，并放两根与压实厚度等厚，长为全宽一半的方木4紧贴其垂直面，见图2。

②用原挖出的渣土回填槽内其余部分。

③如拌和机械或其他机械必须到已压成的固结渣土上调头，应采取措施保护调头作业段。一般可在准备用于调头的约8～10m长的固结渣土上，先覆盖一张厚塑料布或油毡纸，然后铺上约10cm厚的土或者砂。

④第二天，邻接作业段拌和后，除去方木，用混合料回填。靠近方木未能拌和的一小段，应人工进行补充拌和。整平时接缝处的固结渣土应比已完成的断面高出约5cm，以便形成一个平顺的接缝。

c)纵缝的处理

固结渣土的施工应避免纵向接缝，在必须分两幅施工时，纵缝必须垂直相接，不应斜接。并应按下述方法处理：

①在前一幅施工时，在靠中央一侧用方木或钢模板支撑，方木或钢模板的高度与固结渣土层的压实厚度相同，

②混合料拌和结束后，靠近支撑木(或板)的一部分，应人工进行补充拌和，然后进行整形和碾压。

③养生结束后，在铺筑另一幅之前，拆除支撑木(或板)。

④第二幅混合料拌和结束后，靠近第一幅的部分，应人工进行补充拌和，然后进行整形和碾压。

(十二)养生

a)每一段碾压完成并经检查合格后，应立即开始养生，用塑料薄膜覆盖养生，养生期内应补水。

b)也可用洒水车经常洒水进行养生，每天洒水的次数应视气候而定，除洒水车外，应封闭交通。

c)一般情况下，养生期不宜少于7d。

Claims (5)

1、一种利用建筑垃圾修筑路基和基层的方法，将建筑垃圾中包含的废砖、废旧混凝土和砖土混合物，通过现场破碎筛分后，添加固结剂固结后作为道路路基、底基层或基层材料使用，其特征在于它包含以下步骤：A、将所述废砖、废旧混凝土和砖土混合物现场破碎，并筛分成粗、中、细和土四档，其中粗档的粒径为19～37.5mm、中档粒径为4.75～19mm、细档粒径为2.36～4.75mm、土的粒径为2.36mm以下；B、按照粗档，中档，细档料三者质量之和与土的质量比为4：6～6：4的比例混合，并在1000克上述混合物中添加40～60克HEC固结剂，作为道路路基、底基层或基层材料。

2、按权利要求1所述的利用建筑垃圾修筑道路路基的方法，其特征在于粗档：中档：细档：土＝1：1：2：2.67～6的比例混合。

3、按权利要求1所述的利用建筑垃圾修筑道路基层的方法，其特征在于固结体在最佳级配下，当1000克混合物中添加40克HEC固结剂时，固结建筑废渣的7天无侧限抗压强度为1.86MPa，7天抗压回弹模量为245MPa。

4、按权利要求1所述的利用建筑垃圾修筑道路基层的方法，其特征在于固结体在最佳级配下，当1000克混合物中添加60克HEC固结剂时，固结建筑废渣的7天无侧限抗压强度为3.2MPa，7天抗压回弹模量为289MPa。

5、按权利要求2所述的利用建筑垃圾修筑道路基层的方法，其特征在于步骤B中，该所述混合物备料后，经以下步骤施工：a、土路基验收；b、施工放样；c、备料摊铺土；d、洒水闷料；e、整平和轻压；f、按所述比例摆放和摊铺HEC；g、拌和；h、洒水复拌；i、整型；j、碾压；k、接缝和调头处的处理；l、养生。

Images