墊層位于路面與路基之間，能改善土基的濕度和溫度狀況。當(dāng)建筑垃圾撒鋪于路基上時(shí)，需要用羊角碾壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，以達(dá)到要求的壓實(shí)度。由于羊角碾壓路機(jī)激振力較大，建筑垃圾不可避免地產(chǎn)生破碎。若建筑垃圾骨料的粒徑太小，在羊角碾壓路機(jī)的作用下會(huì)產(chǎn)生大量的粉末，嚴(yán)重影響墊層的性能;若建筑垃圾骨料的粒徑太大，會(huì)產(chǎn)生較大的空隙率，壓實(shí)度達(dá)不到要求。因此，合理的建筑垃圾級(jí)配組成是保證公路墊層強(qiáng)度的基礎(chǔ)。
農(nóng)村拆遷產(chǎn)生的建筑垃圾粒徑一般比較大，不能直接應(yīng)用于公路墊層，需要進(jìn)行破碎處理，而破碎后的建筑垃圾也需要有一定的級(jí)配才能應(yīng)用于施工中。建筑垃圾破碎的加工工藝是基于建筑垃圾的級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，而規(guī)范中也沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定。因此，有必要對(duì)建筑垃圾的級(jí)配組成進(jìn)行研究。
建筑垃圾原材料分析
建筑垃圾組成
建筑垃圾的成分與農(nóng)村房屋的結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)而言，磚塊、廢舊混凝土、砂漿占90%以上;對(duì)于水泥磚(水泥砂漿)結(jié)構(gòu)而言，砂漿、廢舊混凝土占絕大部分;對(duì)于石砌房屋來(lái)講，建筑垃圾主要由碎石、廢舊混凝土組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘測(cè)，當(dāng)?shù)氐姆课荻嗍谴u混結(jié)構(gòu)，建筑垃圾主要有廢舊混凝土、磚塊、砂漿，此外含有少量的金屬、木材以及塑料。從現(xiàn)場(chǎng)取樣，并進(jìn)行風(fēng)干，然后人工將其按照不同材質(zhì)分離，烘干后稱(chēng)其質(zhì)量并計(jì)算其比例。
建筑垃圾初始級(jí)配
通過(guò)篩分試驗(yàn)，對(duì)采用移動(dòng)式破碎機(jī)初步破碎的建筑垃圾顆粒進(jìn)行分析。
室內(nèi)模擬方法研究
初步采用振動(dòng)擊實(shí)儀模擬施工現(xiàn)場(chǎng)羊角碾壓路機(jī)，振動(dòng)擊實(shí)儀擊實(shí)效果取決于振動(dòng)頻率以及振動(dòng)時(shí)間。由于羊角碾壓路機(jī)的激振力遠(yuǎn)大于振動(dòng)擊實(shí)儀的激振力，為了能夠在室內(nèi)準(zhǔn)確地模擬實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)碾壓破碎效果，需要確定振動(dòng)擊實(shí)儀合理的參數(shù)，即振動(dòng)頻率與振動(dòng)時(shí)間。
試驗(yàn)方案
試驗(yàn)方法采用《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中的表面振動(dòng)壓實(shí)儀法，據(jù)振動(dòng)成型經(jīng)驗(yàn)以及振動(dòng)擊實(shí)儀的振動(dòng)頻率與振動(dòng)時(shí)間的極限值，研究3種不同參數(shù)組合的振動(dòng)破碎效果。
試驗(yàn)結(jié)果分析
根據(jù)建筑垃圾的篩分試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粒徑大于100mm的材料含量不到1%，可忽略不計(jì)，因此可近似地認(rèn)為建筑垃圾的最大公稱(chēng)粒徑為75mm，屬于巨粒土。由于現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有關(guān)于巨粒土的級(jí)配，因此根據(jù)級(jí)配礫石應(yīng)用于墊層的級(jí)配范圍采用相似級(jí)配法制備擴(kuò)大粒徑的系列模型試料。相似級(jí)配法的原理如下：
級(jí)配礫石的最大公稱(chēng)粒徑為31.5mm，因此相似級(jí)配模比Mr=75/31.5=2.38，以級(jí)配礫石的級(jí)配為基準(zhǔn)，再根據(jù)原料中各檔料的比例進(jìn)行加權(quán)平均，然后配料，在3種不同振動(dòng)頻率與振動(dòng)時(shí)間的組合下進(jìn)行振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)。根據(jù)振動(dòng)后的級(jí)配曲線、破碎后最大公稱(chēng)粒徑、4.75mm篩孔的通過(guò)率等指標(biāo)評(píng)價(jià)不同振動(dòng)方案模擬羊角碾壓路機(jī)的效果，最終選擇破碎效果最佳的振動(dòng)方案。
可知：①方案2與方案3的級(jí)配曲線相似，而方案1的級(jí)配較方案2、方案3級(jí)配偏粗;②方案2與3振動(dòng)后的最大公稱(chēng)粒徑為37.5mm，方案1振動(dòng)后的最大公稱(chēng)粒徑為53mm;③細(xì)集料產(chǎn)生量：方案3>方案2>方案1。
綜上所述，方案2和3的振動(dòng)破碎效果相似，均好于方案1;方案2振動(dòng)頻率為20~50Hz循環(huán)，對(duì)儀器本身危害較大，安全性較差。綜合考慮，最終選用方案3，即振動(dòng)頻率為50Hz，振動(dòng)時(shí)間120s，作為振動(dòng)擊實(shí)的參數(shù)。
建筑垃圾最大粒徑研究
由于建筑垃圾的最大公稱(chēng)粒徑為75mm，級(jí)配礫石的最大公稱(chēng)粒徑為31.5mm，因此初步將75、63、53mm作為建筑垃圾最大公稱(chēng)粒徑的研究對(duì)象，研究振動(dòng)擊實(shí)后最大公稱(chēng)粒徑的變化。采用級(jí)配礫石的級(jí)配根據(jù)相似級(jí)配原理分別放大2.38、2、1.41倍進(jìn)行配料，其中每檔料中廢舊混凝土、磚塊與砂漿的比例為42:38:20。
對(duì)不同最大公稱(chēng)粒徑的建筑垃圾混合料進(jìn)行振動(dòng)擊實(shí)，振動(dòng)頻率為50Hz，振動(dòng)時(shí)間為120s，然后進(jìn)行篩分試驗(yàn)，研究振動(dòng)擊實(shí)后最大公稱(chēng)粒徑的變化，每組進(jìn)行兩個(gè)平行試驗(yàn)，取平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。
可知：①3組試驗(yàn)振動(dòng)擊實(shí)后最大公稱(chēng)粒徑均為37.5mm;②由于羊角碾壓路機(jī)的激振力大于振動(dòng)擊實(shí)儀的激振力，施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的破碎效果大于室內(nèi)振動(dòng)擊實(shí)的破碎效果，因此建筑垃圾的最大公稱(chēng)粒徑盡量取大值。另外，根據(jù)路基施工技術(shù)規(guī)范要求：路床填料最大粒徑不超過(guò)100mm。綜上所述，將建筑垃圾用于公路墊層時(shí)的最大公稱(chēng)粒徑設(shè)計(jì)為75mm，即最大粒徑為100mm。
建筑垃圾最小粒徑研究
《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)級(jí)配礫石為排水與防凍墊層時(shí)，0.075mm篩孔的通過(guò)率不大于5%。在進(jìn)行試驗(yàn)確定建筑垃圾的最大粒徑時(shí)發(fā)現(xiàn)0.075mm的通過(guò)率為10%~20%，因此，通過(guò)提高建筑垃圾的最小公稱(chēng)粒徑和悶料等方法來(lái)控制破碎后建筑垃圾0.075mm篩孔的通過(guò)率。為了能滿足排水與防凍墊層的要求，需要對(duì)建筑垃圾的最小公稱(chēng)粒徑進(jìn)行研究。
初步將建筑垃圾的最小公稱(chēng)粒徑設(shè)為0、2.36、4.75、9.5mm，最大公稱(chēng)粒徑均為75mm，根據(jù)相似級(jí)配原理放大2.38倍進(jìn)行配料，其中每檔料中廢舊混凝土、磚塊與砂漿的比例為42:38:20。
對(duì)不同最小粒徑的建筑垃圾進(jìn)行振動(dòng)擊實(shí)，振動(dòng)頻率為50Hz，振動(dòng)時(shí)間為120s，然后進(jìn)行篩分試驗(yàn)，研究振動(dòng)擊實(shí)后建筑垃圾0.075mm篩孔的通過(guò)率隨建筑垃圾最小粒徑的變化規(guī)律，每組進(jìn)行兩個(gè)平行試驗(yàn)，取平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。
可知：
(1)建筑垃圾振動(dòng)擊實(shí)后0.075mm篩孔的通過(guò)率隨建筑垃圾最小粒徑的變化規(guī)律為先減小后增大。當(dāng)建筑垃圾的最小粒徑為4.75mm時(shí)，振動(dòng)擊實(shí)后0.075mm篩孔的通過(guò)率最小，為5.1%。
(2)由于建筑垃圾的最大公稱(chēng)粒徑為75mm，在有限的試筒體積范圍之內(nèi)，建筑垃圾的最小粒徑太小時(shí)，不能完全填充空隙，形成骨架空隙結(jié)構(gòu)，在7000N激振力作用下，產(chǎn)生較多的粉末;隨著粒徑的增加，建筑垃圾逐漸由骨架空隙結(jié)構(gòu)向骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，當(dāng)最小粒徑為4.75mm時(shí)，正好形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的粉末較少;當(dāng)最小粒徑大于4.75mm時(shí)，建筑垃圾逐漸由骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)向骨架空隙結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，在7000N激振力的作用下，也會(huì)產(chǎn)生較多的粉末。
(3)當(dāng)建筑垃圾的最小粒徑為4.75mm時(shí)，建筑垃圾產(chǎn)生的粉末最少，也能夠滿足排水與防凍墊層的要求。因此，將建筑垃圾的最小粒徑設(shè)計(jì)為4.75mm。
建筑垃圾級(jí)配研究
建筑垃圾的初始級(jí)配確定
以級(jí)配礫石作為公路墊層的級(jí)配為基礎(chǔ)，采用相似延伸法對(duì)其進(jìn)行延伸，得到最大公稱(chēng)粒徑為75mm、最小公稱(chēng)粒徑為4.75mm的級(jí)配范圍，作為建筑垃圾的初始級(jí)配范圍。
建筑垃圾級(jí)配的優(yōu)化
根據(jù)建筑垃圾初始級(jí)配范圍取7組級(jí)配，分別為級(jí)配的上限、中值、下限、上限和中值之間取兩個(gè)級(jí)配、下限和中值之間也取兩個(gè)級(jí)配，進(jìn)行振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)，為了消除誤差，將振動(dòng)后得到的7組級(jí)配進(jìn)行擬合，觀察振動(dòng)后的級(jí)配是否能夠滿足級(jí)配礫石的級(jí)配范圍。
可知：采用相似級(jí)配原理配料振動(dòng)擊實(shí)后的級(jí)配0.15～26.5mm符合級(jí)配礫石用作墊層時(shí)的級(jí)配要求，0.075、31.5mm以上的通過(guò)率不滿足級(jí)配礫石的要求。表明由級(jí)配礫石級(jí)配范圍延伸得到的建筑垃圾級(jí)配范圍偏粗，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①建筑垃圾級(jí)配中>37.5mm篩孔的通過(guò)率偏小，且級(jí)配范圍太寬;②4.75mm篩孔的通過(guò)率偏大。
根據(jù)振動(dòng)擊實(shí)后建筑垃圾的級(jí)配擬合曲線特點(diǎn)，對(duì)由相似級(jí)配延伸法得到的最大公稱(chēng)粒徑為75mm、最小公稱(chēng)粒徑為4.75mm的建筑垃圾級(jí)配進(jìn)行優(yōu)化，即得建筑垃圾用于公路墊層的級(jí)配范圍。
結(jié)論與進(jìn)一步研究建議
以級(jí)配礫石的級(jí)配范圍為基礎(chǔ)，根據(jù)相似級(jí)配延伸法以及建筑垃圾破碎后級(jí)配的變化規(guī)律，得到了建筑垃圾應(yīng)用于墊層的級(jí)配范圍?？筛鶕?jù)此級(jí)配范圍確定破碎設(shè)備的參數(shù)使之生產(chǎn)較為合理的建筑垃圾再生骨料，也可根據(jù)此級(jí)配范圍對(duì)建筑垃圾配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，使建筑垃圾更為合理地應(yīng)用于公路墊層施工中。
(1)通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)得到適用于公路墊層的建筑垃圾最大粒徑推薦為100mm，最小粒徑推薦為4.75mm。(2)通過(guò)對(duì)建筑垃圾破碎后級(jí)配變化趨勢(shì)的研究，確定了建筑垃圾的級(jí)配范圍。(3)建筑垃圾的級(jí)配是基于室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，還需要根據(jù)實(shí)際施工對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。
來(lái)源:《中外公路》 作者:馬慶偉等
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