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建筑垃圾再生材料在道路基層中應用

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建筑垃圾再生材料在道路基層中應用

摘要:隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,建筑建設規(guī)模不斷擴大,隨之而來產生諸多建筑垃圾,若未妥善處理,易衍生出環(huán)境污染、資源浪費等一系列問題。在節(jié)能環(huán)保的理念下,建筑垃圾再利用成為重要的途徑,可采用某些工藝圍繞建筑垃圾進行針對性的處理,而后用于道路路基填筑施工環(huán)節(jié),以達到減少浪費、保護環(huán)境、降低成本等多重效果。文章以建筑垃圾再生材料為基本研究對象,著重探討此類材料在道路基層中應用價值和具體應用要點。

關鍵詞:道路基層;填筑施工;建筑垃圾;再生材料

建筑建設、拆除等環(huán)節(jié)將產生一定量的廢料,其對于建筑本身而言并無利用價值,但若直接丟棄,不僅未發(fā)揮資源的應用價值,還將對生態(tài)環(huán)境造成破壞性影響。為此,將建筑廢料應用于某些特定的建設場景中成為重要的突破口,現(xiàn)階段,其在道路基層中的應用優(yōu)勢正逐步顯現(xiàn)。為了充分發(fā)揮建筑垃圾的利用價值,需要以可行的方法將其加工為再生材料,再進行合理應用。

1建筑垃圾再生材料在道路基層中的應用價值

建筑垃圾的規(guī)模較大,在對其采取處理措施時,普遍以露天堆放、直接填埋等粗放化的方法為主,存在污染環(huán)境、占用土地等弊端。在可持續(xù)發(fā)展理念的倡導下,如何提高建筑垃圾的利用價值至關重要,需要以科學可行的方法改良建筑垃圾,使其成為可滿足某些工程施工要求的再生材料,進而提高材料的利用率,達到保質增效的效果。(1)建筑垃圾正在“侵占”城市,若以可行的方法利用建筑垃圾,可有效減少因垃圾堆放占用的土地面積,同時,也可在一定程度上抑制建筑粉塵(體現(xiàn)在清運、堆放等環(huán)節(jié)),進而優(yōu)化人類生存環(huán)境。(2)經(jīng)過某些工藝改良后,將建筑垃圾投入公路建設中,可減少新增材料的用量,緩解資源緊缺的局面,也能夠減少新材料生產階段二氧化碳、粉塵的含量。(3)從資源、能源的角度來看,在掌握建筑垃圾的實際特性后,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產,可有效減少諸如黏土、碎石等資源用量,緩解建筑材料的供需矛盾,有助于實現(xiàn)建筑垃圾效益最大化的目標。(4)建筑垃圾對堆放場所的土壤、地下水均有不同程度的影響,環(huán)境污染問題會因此加劇。(5)從經(jīng)濟效益層面來看,若能夠妥善利用建筑垃圾,可減少工程建設成本,提高項目的經(jīng)濟效益,還能夠減少建筑垃圾堆放管理方面的費用。每循環(huán)利用100萬t建筑垃圾,其產生的生態(tài)環(huán)境效益極為突出,CO2、SO2的排放量分別可減少80萬t、0.9萬t,同時能夠減少建筑垃圾堆放對土體的占用量(通??蓽p少150畝左右),且可削弱建筑垃圾對空氣、水文等環(huán)境因素的影響。反之,若隨意堆放建筑垃圾,除了增加成本、影響環(huán)境外,還有可能由于堆放量過多而崩塌,隨之誘發(fā)安全事故。(6)社會層面來看,建筑垃圾的合理化應用正逐步走向產業(yè)化,可提供豐富的就業(yè)崗位,能夠有效緩解就業(yè)壓力偏大的現(xiàn)狀。(7)以建筑垃圾磚粉為主體材料,按特定的比例與工業(yè)廢渣混合后,可顯著提升復合材料的活性,若配制得當,可在不影響施工質量的前提下,減少水泥的用量,產生的附加值更為可觀。建筑垃圾再生利用可充分發(fā)揮出建筑垃圾的應用價值,有助于擺脫工程建設過度依賴水泥的局面,甚至成為解決不可再生資源緊缺問題的重要方式之一。建筑垃圾復合材料作為現(xiàn)階段極具代表性的再生材料,其應用前景廣闊,也是工程建設領域實現(xiàn)資源效用最大化目標的關鍵途徑。

2道路基層材料的性能要求

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,經(jīng)濟活動更加頻繁,居民的出行頻率也有所提高,交通基礎設施應當滿足人們對安全、質量、效率等方面的要求?;鶎邮锹访娴闹匾兄貙樱度胫猎摻Y構中的材料應具有良好的性能。

2.1強度和剛度

從結構分布關系來看,基層位于面層下方,車輛行駛過程中產生的荷載將經(jīng)由面層傳遞至基層,因此,要求基層材料有足夠的強度,確保在行車荷載的作用下仍維持穩(wěn)定,不出現(xiàn)大幅度變形、疲勞彎拉破壞現(xiàn)象。

2.2水穩(wěn)定性和抗凍融能力

水會滲透至道路基層,且部分水聚積在基層和面層之間,隨著道路使用時間的延長,兩層間聚積的水量增加,基層長期處于濕潤的狀態(tài),可能會誘發(fā)水損害問題。因此,基層材料應有足夠的水穩(wěn)定性,確保在潮濕狀態(tài)下依然可以維持正常狀態(tài)(強度和剛度均良好)。此外,冬季氣溫較低,所用的基層材料還需具備抗凍融循環(huán)的性能。

2.3抗沖刷能力

道路車流量普遍較大,行車荷載對道路的作用力較強,使存在面層與基層間的水在外部作用下產生較強的壓力,此時其具有沖刷作用,會導致0.075mm以下的細集料大量流失。長此以往,沖刷量逐步增加,可見局部產生裂縫,車輛行駛于該處時,道路內的漿體被擠出,即存在唧漿病害。針對該問題,在道路基層施工中,要求所用材料具有足夠的抗沖刷能力。2.4抗開裂能力受溫、濕度變化的影響,基層內部存在拉應變,若影響程度較深,導致其超過材料的最大拉應變,將顯現(xiàn)出裂縫病害,并且此類裂縫的影響范圍較大,會反射至面層,嚴重影響道路結構的完整性。以瀝青路面為例,在基層開裂的情況下,則容易產生路面反射裂縫。為此,需要合理優(yōu)化基層材料的配合比,正確搭配各類材料,發(fā)揮抗收縮性能優(yōu)勢。

2.5抗疲勞性能

對于半剛性基層材料,在使用過程中將受到車輛荷載的反復作用,同時,受外界環(huán)境溫度、濕度影響,基層強度會有所降低,而相比于抗彎拉強度而言,若彎拉應力超值,將導致基層受損,出現(xiàn)疲勞開裂現(xiàn)象。因此,在基層材料選擇的過程中,要充分考慮材料在抗疲勞破壞方面的性能,以抵御外界的不良影響。

3建筑垃圾的類別及處理流程

3.1建筑垃圾的類別

建筑垃圾的分類方法較多,按照來源分類,建筑垃圾主要有五類,即土地開挖、道路開挖、建筑施工、建材生產、舊建筑拆除;按可利用性分類,主要包含金屬類建筑固廢、有機類可再生利用建筑固廢等;按照物理成分分類,包含廢混凝土、廢砂石、棄土等。顯然,建筑垃圾的成分較多,復雜度較高,并非所有建筑垃圾均具備再利用的價值。對于道路工程建設領域而言,建筑垃圾需要滿足有機質含量不大于5%、腐殖質含量不大于5%、不摻雜生活垃圾、不摻雜樹根等多項要求。因此,在使用前需要有效檢測,從組成材料、含量多個方面做系統(tǒng)性的分析,準確判斷建筑垃圾是否具備可利用的價值。針對不可直接應用的二級建筑垃圾,需要按比例摻入適量水泥或其他材料,經(jīng)過改良后,提高建筑垃圾的性能,再將其投入使用。3.2建筑垃圾的處理流程基本流程:破碎→剔除金屬物料→對磚塊、混凝土塊分類→剔除輕質物料→篩分。在處理建筑垃圾時,需適時以噴水的方法除塵,以相對環(huán)保的方式獲得滿足道路基層施工所需的建筑材料。在路基填筑環(huán)節(jié),其對填料最大粒徑的要求是不超過100mm,因此,在處理建筑垃圾時,需要考慮此項要求,如對粒徑較大的建筑垃圾做破碎處理。

4建筑垃圾在道路基層中的應用

4.1基本要求

(1)為給正式施工提供引導,提前組織試驗,確定最具可行性的施工工藝。考慮試驗結果的可靠性要求,試驗段長度至少達到200m,條件允許時適當加長。(2)對于填筑到位的水泥穩(wěn)定再生級配集料,需及時安排碾壓作業(yè),通常需在2h內完成,使該類材料有效成型。(3)部分施工路段偏潮濕時,需采取排水措施,避免現(xiàn)場形成積水,以便給再生集料的應用創(chuàng)設良好的條件。(4)在再生集料施工中,需要嚴格控制此類材料結構層的壓實厚度,最小需達到100mm,最大不超過200mm,即控制在兩者之間。

4.2拌和

(1)有效保證再生粗集料的均勻性,以便高效拌和。設備可選用穩(wěn)定土振動攪拌機,在攪拌過程中適當施加振動。為提高材料用量的準確性,在料倉處配套電子秤,精度±2%。拌和期間,振動頻率不小于157rad/s。(2)加強對水泥、水各類原材料用量的監(jiān)測與控制,保證材料用量的合理性。經(jīng)過拌和后,用四分法縮分取樣,基于實測結果靈活調整生產配合比。全面記錄拌和期間的各項參數(shù),具體涉及到材料用量、拌和時間等。含水量是重點控制指標,需以試驗段施工結果為主要參考,結合實際情況做小幅度調整,保證含水量的合理性(要求該值在最佳含水量的±2%以內)。

4.3運輸

綜合考慮運距、材料生產能力、現(xiàn)場攤鋪速度,確定合適的運輸車輛,保證數(shù)量的合理性。裝料前,先仔細清理車廂,避免雜物附著;按照“品”字形的方式分多次有序裝料,而后采取覆蓋措施,一方面,避免外界環(huán)境因素影響材料的質量;另一方面,避免因材料灑落,導致運輸?shù)缆肥芪廴?。運輸期間,車輛盡可能保持勻速運行狀態(tài),不可急剎車或猛烈調頭,否則易導致混合料離析。對比分析材料的初凝時間、容許延遲時間,取其中的較短者作為施工控制時間。對于運輸時間超出許可值的水泥穩(wěn)定級配集料,不具備使用的價值,應視為廢料處理。

4.4攤鋪

(1)機械攤鋪,速度控制在1.0~2.5m/min,盡可能做到勻速攤鋪,同時遵循連續(xù)性原則,非必要不中斷。螺旋分料器持續(xù)旋轉送料,具體的轉動速度根據(jù)攤鋪速度而定,保證兩項參數(shù)的均衡性。兩側邊緣處必須有足夠的混合料,因此,在布料時需予以充分關注。攤鋪機自帶自動找平裝置,結合前期已經(jīng)設置到位的兩側基準控制線,精細化找平。松鋪系數(shù)以1.25~1.40較為合適,若采取人工攤鋪的方法,可適當增加,即1.40~1.50。(2)道路幅寬較大時,安排兩臺攤鋪機,實施梯隊聯(lián)合作業(yè)的模式,前后距離控制在5~10m,各自按照特定的速度勻速運行。若由于現(xiàn)場條件限制不具備應用平地機的條件時,可調整為人工掛線找平的方法。加強對各層松鋪厚度的檢測與控制,要求層厚保持一致。整形階段,適當將高處的集料刮出路外,同時,不可出現(xiàn)粗、細集料離析問題。經(jīng)過整形后,保證被處理的區(qū)域可形成工程要求的坡度和路拱,且各部位的接縫必須有足夠的平整性。經(jīng)過攤鋪后,加強防護,禁止除壓路機外的任何機械設備進入現(xiàn)場,否則將影響施工效果。

4.5碾壓

再生集料的碾壓作業(yè)方案見表1。(1)壓路機操作人員嚴格聽從指揮,合理操作壓路機,禁止在正碾壓或已經(jīng)結束的路段掉頭、急剎車,否則會破壞表面的完整性。碾壓前,根據(jù)攤鋪情況適量灑水;碾壓期間,需要密切關注水泥穩(wěn)定再生集料的表面狀態(tài),應保持濕潤,否則需適時補灑。(2)碾壓期間若遇到起皮、松散問題,及時翻開并拌和。在水泥初凝前將碾壓工作落實到位,要求平整度、壓實度均滿足要求。碾壓結束前,用平地機終平,要求路拱和超高均滿足要求。視現(xiàn)場情況適度整平,形成滿足施工要求的坡度和路拱,施工路段的各接縫部位必須具有順直、平整的特點。針對檢查井,以及各類構筑物的周邊區(qū)域,為保證設施的完整性,可用小型機械夯擊。局部低洼時,不再額外安排找補,而是在下一層施工時擇機處理。

4.6施工縫的處理

(1)經(jīng)過碾壓處理后,檢查碾壓段的末端,掌握具體的平整度、厚度數(shù)據(jù)。檢查工具可選用3m直尺,由專員操作。在末端垂直路中線拉線,以此為基準,安排專門的施工人員刨除末端的集料,設置為垂直面,確認無誤后,覆蓋塑料薄膜。(2)二次施工前,做好各項準備工作:以灑水的方式潤濕上一次切成的立茬部位,待該處保持濕潤后,刷水泥素漿;在前述基礎上,用適量水泥穩(wěn)定再生級配集料修整,直至該處保持平整、順直的狀態(tài)為止。4.7養(yǎng)護經(jīng)過對底基層、基層的碾壓處理后,安排質量檢查,若無誤則及時進入養(yǎng)護環(huán)節(jié)。養(yǎng)護時間至少為7d,具體根據(jù)現(xiàn)場氣候條件而定。養(yǎng)護過程中適當灑水,使再生集料表面保持濕潤,加強現(xiàn)場管理,封閉交通,任何無關設備均不可入場。

5結語

綜上所述,以合理的方法利用建筑垃圾進行道路基層施工后,可起到保護環(huán)境、減少資源浪費、提高經(jīng)濟效益等多重作用,但其應用要點較多,需要保證各處細節(jié)的施工質量,工程人員必須有效把控。

參考文獻:

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[3]虞磊,劉衛(wèi)東,錢耀麗,等.建筑垃圾再生集料作為道路基層材料的性能研究[J].中國水運:下半月,2020(3):3.

作者:郭慧敏 單位:山西工程科技職業(yè)大學

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