改性建筑废渣在路基工程中的应用

JournalofJiangxiUniversityofScienceandTechnologyDOI:10.13265/j.cnki.jxlgdxxb.2018.05.006

Vol.39,No.5Oct.2018文章编号院2095-3046渊2018冤05-0032-05

改性建筑废渣在路基工程中的应用

渊1.江西省赣南公路勘察设计院袁江西赣州341000曰2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院袁西安710065冤

熊山铭1袁贾彦武2

摘要院为研究建筑废渣作为路基填料时的物理力学特性袁以及如何改良其力学性能袁文中通过室内筛分试验尧击实试验等对建筑废渣的颗粒组成和含水率与干密度关系进行研究袁并基于加州承载比试验对废渣的强度及路用性能进行评价袁分析填料中掺加石灰对建筑废渣的力学特性改良效果袁确定石灰与建筑废渣的最佳配比.结果表明袁建筑废渣中细料含量相对较少袁主要为骨架空隙结构曰最佳含水率为15%耀16%尧加州承载比为43%时填料强度最大曰填料掺加石灰剂量为12%尧渣土细料与粗料比为3颐7时改性建筑废渣填料试件的28d无侧限抗压强度达到最大袁稳定性最好.结合工程实例袁使用改性建筑废渣填筑路基后袁现场实测弯沉值尧回弹模量尧压实度指标均能满足路基规范要求.关键词院路基工程曰建筑废渣曰改性试验曰加州承载比曰压实度曰回弹模量中图分类号院U416.1文献标志码院A

Theapplicationofbuildingresiduewithmodificationusingin

subgradeengineering

(1.JiangxiProvinceGannanHighwaySurveyandDesigningInstitute,Ganzhou341000,China;

2.HydroChinaXibeiEngineeringCorporation,Xi爷an710065,China)

XIONGShanming1,JIAYanwu2

Abstract:Inordertostudythephysicalandmechanicalcharacteristicsofthebuildingresidueasaroadbedfilling,andhowtoimproveitsmechanicalproperties,theparticlecompositionandtherelationshipbetweenmoisturecontentanddrydensityofthebuildingresiduewerestudiedthroughindoorscreeningtestsandcompactiontests.BasedonCaliforniaBearingRatiotest,thestrengthandpavementperformanceofwasteresidueareevaluated,themechanicalcharacteristicsimprovementeffectoflimeaddedonbuildingresidueisanalyzed,andtheoptimalratiooflimeandbuildingresidueisdetermined.Theresultsshowthatthecontentoffinesinthebuildingresidueisrelativelyless,mainlyskeleton-porestructure.Themaximumfillingstrengthappearswhentheoptimummoisturecontentis15%to16%andtheCaliforniaBearingRatiois43%.The28-dayunconfinedcompressivestrengthofthemodifiedbuildingresiduespecimenreachesthemaximumandthestabilityisthebestwhenthedosageoflimemixedwiththefilleris12%andtheratiooffinematerialtocoarsematerialis3颐7.Combinedwithpracticalwork,afterfillingtheroadbedwiththemodifiedbuildingresidue,thefieldmeasureddeflectionvalue,resilientmodulus,andcompactionindexcanallmeettherequirementsofthesubgradecode.Keywords:subgradeengineering;buildingresidue;modifiedtest;compactiondegree;resilientmodulus

0引言

断加快袁大量废旧的建筑物面临被拆除袁不可避免的产生了建筑废渣.据不完全统计袁每年我国产生的建筑废渣超过20亿t[1]袁建筑废渣的数量已占到城市垃圾总量的30%耀40%.建筑废渣主要由混

随着我国经济的快速发展袁城市建设步伐的不

收稿日期院2018-01-05

作者简介院熊山铭渊1987-冤袁男袁硕士袁工程师袁主要从事公路路基工程设计与科研等方面的研究袁E-mail:330723314@qq.com.

第39卷第5期熊山铭袁等院改性建筑废渣在路基工程中的应用

33凝土尧砂浆尧砖块尧木材和塑料等组成袁与其他城市垃圾相比袁其具有量大尧无毒无害和可回收率高的特点.然而我国的建筑废渣绝大部分采用填埋的方式进行处理袁在占用大量土地的同时也污染了环境.相比国外发达国家袁我国建筑废渣的再生利用率仅为5%[2-4]目前国内外.

专家学者对建筑废渣的回收和再利用问题进行了广泛研究袁并已成功应用在道路路面筑废渣个或州路基中应的公路.用于道路基修EKanayak建使用等调查表明美国有超过20层进了行建了筑大废渣[5]量试验.Park袁认为T对不同建压实度尧不同级配以及再生集料里掺入不同种类的混合料都对道路基层的粘结力和回弹模量等影响较大袁而对填料的压实度影响相对较大袁对级配则影响最小[6]级配和再生曰集Poon料断等裂通能进过对行建调筑整废渣袁并测含其水抗量剪切尧颗粒

力和抗压强度等指标袁得出建筑废渣用于混凝土路面基层和底基层完全满足规范要求[7]州市郭庄路工程为依托袁通过现场.碾齐压善试验忠等尧以弯徐沉试验和沉降观测等对建筑废渣应用于市政道路进行

研究袁并提出建筑废渣合理利用的同时结合西宝康提出高速公路路基了建筑渣土的填筑分结构形工程类方法式袁对应和和施工工艺[8-9].李少用标建准筑袁废渣的可行性进行研究袁路基填筑完成后进行工后沉降观测袁获得了建筑废渣路基的沉降规律[10]城市在快速发展的同时也产生了大量的建.

筑

废渣袁如何有效地回收和再利用建筑废渣是当前环境可持续发展的途径之一.文章以陕西西咸北环线高速公路路基填筑试验段为依托袁分析了建筑废渣的颗粒组成及最佳含水率等物理特性袁通过使用石灰对建筑废渣进行改性袁将其应用于路基后进行现场弯沉和回弹模量测试袁论证了建筑废渣作为路基填料的可行性[11-13].

1

建筑废渣室内试验

1.1

筛分试验

工程现场的建筑废渣主要由砖块与灰浆组成袁砖

为普通MU10裕红砖袁规格以24cm伊11.5cm伊5.5cm为主袁灰浆为水泥尧石灰和砂的拌和物.经现场取样3组进行测试袁灰浆与砖块的体积平均比约为15.7较少豫袁且.由此可见灰浆破碎建而产生筑废渣的中填料原有已灰丧浆失的活含性量相袁即对使砖渣在碾压破碎过程中还会产生少量细小颗粒袁但细料的比例依然还是非常有限的.在对建筑废渣

现场取样后进行了试样筛分试验袁建筑废渣筛分结果如图1所示袁可以看出渣土颗粒中小粒径的较少袁细料含量少.因此需对其进行一定的处理待细料含量到一定程度时才能满足路用要求.

1008060402000

20

孔径40

/mm

60

80

图1建筑废渣筛分曲线

1.2击实试验

对含水量不同的建筑废渣进行击实试验袁得出干密度随含水率变化的规律.试验中严格按照叶公路土工试验规程曳中确定的参数进行试验操作袁即首先选取击实次数为98次袁击实层数为法制备试件[14]袁进确一定步的建筑可渣测土得经试击件实的后干含密3水度层以的率及方

含水率.最终可与干密度的关系.根据含水率与干密度的曲线变化关系进而确定最大干密度对应的含水率即为最佳含16水率.经测试后建筑废渣的1.3

%之间加州承袁施工中载比试验

可按此含水最率佳进含行水初率步在压实15.%耀为合理的评价建筑废渣作为路基填料时的强度袁本次进行了加州承载比试验.按照击实试验参考的方法在最佳含水率条件下将试样压实成型袁试样浸水96h后进行加载试验袁得到建筑废渣的加州2.5承均mm载比值时其.值分本次共别为选39.6取3%个袁试样袁在针入度为48.3值为看出将%袁34建37.7%曰筑废渣%和当针作43.0入度为5.023.1mm%时和其39.4值分%别袁平为为路基%袁填料平均时值强为度43.0远远%.高可于以满足道路的相关规范要求[15]膨胀率仅为0.017%.可见.另建外筑浸废渣水96的强h后度试和样水的稳定性能满足路基填料要求.

2

石灰改性建筑废渣试验分析

2.1

改性方案

在建筑废渣现场取样袁并以4.75mm为限将建

34

江西理工大学学报2018年10月

筑废渣土样分为粗料和细料两部分.试验选取石灰14与建化的%规律袁筑在废渣袁4细料的配比为8%尧10%尧12%和从种而配确比定最下分佳别含研究水率干和密最度大随干含密水度率.变

制备尺寸为椎伊h=50mm伊50mm的试件袁进行加载测试其7d和28d的浸水无侧限抗压强度袁获得石灰的最佳掺入比值.最后将掺有石灰的建筑废渣细料和粗料按3颐7尧4颐6和5颐5进行不同配合袁制备尺寸为椎伊h=100mm伊100mm的试件袁再次测试试件7d和28d无侧限抗压强度袁最终确定建筑废渣细料和粗料的最佳配比试验结果分析

.

2.2

由于本工程试验参考了类似工程中改性材料

12的配比经验[7]袁因此初步选取了掺灰比例为8%尧10%尧

渣细%料和掺14不同%四比例组试验进石灰的行最分析佳含.表水率1为及建最筑大渣废干密度的试验结果袁由表1可以看出建筑废渣细料的最佳含水率随石灰比例的增大而增大袁而其最大干密度的值则随石灰比例的增大而减小.当掺灰比例为8%时密度虽然较大但含水率较低曰当掺灰比例为14%时袁含水率较高但密度较小袁可能导致强度

不足.而当掺灰比例为10%和12%时试件的含水率相对较高且密度较大袁因此可初步选取掺加10豫和12豫两种比例石灰的试件分别测其7d和28d的抗压强度袁从而确定石灰的最佳用比.

表1

不同石灰比例试最佳含水量和最大干密度

掺灰比例/%

含水率/%密度/渊g窑cm-3冤817.21.831017.61.8061217.91.7851418.21.71针对石灰比例为10豫和12豫两种工况分别进行三组试验袁当比例为10豫时袁3个试件的7d无侧限抗压强度平均值为0.993MPa袁28d抗压强度均值为2.128MPa.当比例为12豫时袁3个试件的7d无侧限抗压强度平均值为0.994MPa袁28d抗压强度均值为2.660MPa.由试验数据可知袁建筑废渣细料中掺加不同比例的石灰时袁无侧限抗压强度不同袁石灰比例为12豫的试件袁其7d和28d抗压强度均高于比例为10豫的试件袁因此选取石灰比例为12豫建筑渣土细料为改性材料.

在石灰比例为12%的条件下将建筑废渣细料

与粗料按3颐7尧4颐6和5颐5进行配比.制备试件的尺寸为椎伊h=100mm伊100mm.待养护成型后袁进行无30.556颐7侧时限袁抗压强度试验.试验结果发现袁当配合比为配比所MPa试件得抗袁281#压d尧2#强抗度值压和强3#均度的为平平均7d均值抗为压值冤1.149强度.当配MPa平均比为渊值以为4下

颐6时0.610袁试件1#尧2#和3#的7比为5MPa颐5时袁袁28试d件无1#侧尧限2#抗和压d3#强无的度侧71.084限抗d无侧MPa.压强度限抗当为压配强

度为0.488MPa袁28d无侧限抗压强度1.067MPa.上述分析可以看出当石灰比例为12%袁建筑废渣填料试件的7d无侧限抗压强度在配比为4颐6时最高袁平均值为0.61MPa袁试件28d的抗压强度在3颐7时袁强度平均值为1.149MPa.参考公路路基设计规是最为合.范适从袁的以填.

上筑数材料据看的袁强实际度完中全采满足用3颐各7等的级公路要求[15]配比3

工程应用

3.1

工程概况

陕西西咸北环线高速公路袁全长约122km袁路

线起止点为临潼区零口镇和于户县谷子硙.该工程是国内首次大规模综合利用建筑垃圾再生材料到1333.41高速公在工程建设时万路m的项选取了周目边.西建全吴筑线枢纽废渣储填方设立交量计匝约段道作903总为万填方3袁而试验m3.段进行分析袁同时选用上述石灰与建筑废渣细料与粗料的研究配比进行路基的填筑压实.路基填筑完成后进行了回弹模量和弯沉测试分析袁用以评价建筑废渣及经石灰改性后渣土填料的路用性能.路基现场的建筑废渣如图2所示.

图2

路基现场的建筑废渣

3.2

施工工艺及控制

路基的压实度及压实效果与填料特性尧压实机

具的选择以及压实遍数和松铺厚度等有关袁因此结

第39卷第5期熊山铭袁等院改性建筑废渣在路基工程中的应用

35合工程现场合理选择施工工艺及施工参数袁严格控制施工中各阶段的循环节点是保证路基施工质量的重要手段.经现场试验段进行试验后袁同时考虑到平整度检测尧相对沉降值观测等袁最终路基施工采用羊角碾为主袁配以光轮压路机进行组合碾压.路基现场首先进行焖料袁后待含水量适中时袁羊角碾继续碾压袁碾压时由两边向中间碾压袁碾压速度控制在3km/h袁轮迹重叠0.4耀0.5皂.碾压10遍后用平地机粗平袁继续碾压袁碾压18遍袁待建筑垃圾颗粒直径基本小于3cm后袁按照路面横坡平地机精平袁平轮压路机碾压2遍.此外路基松铺厚度控制为20cm.施工过程中严格控制质量袁待上一层填土层达到填筑要求后方可进入下一步施工[16-18]3.3

弯沉测试

.试验段各层土基顶面现场弯沉测试现场及结果如图3和图4所示.测试共选取第二层至第二十层填料层进行分析袁第二尧三层松铺厚度为30cm袁其它各层松铺厚度均设为20cm袁现场测试的弯沉值主要介于0.6~0.7mm之间袁平均值为0.66mm袁变异系数相对较小袁表明各填料层在填筑完成后较为稳定.而第二尧三层土松铺厚度较大袁因此弯沉值较大.

图3

现场弯沉测试

1.61.51.41.31.21.11.00.90.80.70.60.5

0

2

4

6

8

松10铺层

1214

1618

20

图4弯沉测试结果

3.4回弹模量测试

回弹模量可通过现场弯沉值换算得到袁根据公

路路面基层施工技术规范规定袁土基回弹模量和弯

沉值的经验关系式如下[16]E0忆:

式渊1冤中院E0忆为非不利=季K节回弹1E0

模量袁MPa曰E渊1冤系数袁不同地域取值0为回弹模量袁MPa曰K围为1.2~1.4袁文1为季节影响范

中取1.2曰

土基弯沉与回弹模量回归方程为院

l0=9308E忆0-0.938

式渊2冤中院l0为土基顶面的回弹弯沉计算值袁0.01mm渊曰

2冤所以路堤回弹模量E0.938

姨0可近似取:

E0=

K9380l0渊3冤另一方面为探明路基填1

筑完成后的压实度情

况袁分析回弹模量随压实度变化的规律.由图5可知随着压实度的增大袁回弹模量有增大的趋势袁这也反映了现场路基压实度越大回弹模量越高袁土基的弹性性能越好.从数据来看袁土基的回弹模量介于155~170MPa袁平均值为160.84MPa袁压实度介于97.87%~98.5%袁平均值为98.13%.

圆园园员愿园员远园员源园员圆园员园园愿园怨苑援愿

怨苑援怨

怨愿援098.1压实度98.2/%

98.3

98.498.598.6

图5压实度与回弹模量的关系

综上所述袁各填土层在施工完成后其弯沉值较小尧回弹模量较大且趋于稳定.此外由于建筑废渣作为路基填料目前应用的较少袁无相关规范标准进行参考袁参照碎石填料回弹模量袁建筑废渣的强度能满足路基施工要求袁建筑废渣作为路基填料是可行的.

4结论

16对较少1冤通%袁袁主要过室为内骨试验分析架空隙结构袁建加州承载比为43%时袁曰筑最废渣强佳度较含中水细高率料袁完为含全15量相满足

%耀

36江西理工大学学报2018年10月

路用要求响较2大冤不同.

.随着比例石灰的比例石灰的改增性大建袁筑渣渣土土细对料土的最特佳性含影水率增大而最大干密度减小曰确定了石灰改性建筑渣土的最佳配合比袁即石灰剂量为12%袁渣土细料与粗料比为3颐7时试件的28d无侧限抗压强度达到1.149弯沉3平冤MPa路基袁此均为填时填料强度最大袁稳定性最好.

0.66筑完mm成袁后回弹袁现场模量弯沉试验表明为160.84MPa路基的

袁压实度平均值为98.13%.其满足相关规范要求袁说明建筑渣土作为路基填料具有可行性.今后可将建筑渣土进行广泛应用和推广.参考文献:

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建筑垃圾路基材料强度