建筑固废再生料作为路基工程填料的性能研究与应用.pdf
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1、第41 卷第1 1 期2023年1 1 月文章编号:1 0 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)1 1-0 2 1 9-0 8Vol.41,No.11Journal of Municipal TechnologyNov.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.11.219建筑固废再生料作为路基工程填料的性能研究与应用蔡润池1.2*,祁熙鹏1-2,杨雄杰1-2,寇轩1 2,惠龙刚1 2,常超1.2(1.陕西华山路桥集团有限公司,陕西西安7 1 0 0 1 6;2.陕西正诚路桥工程研究院有限公司,陕西西安7 1 0 0 8 6)摘要:为了提高建筑固废再生料的利用率,
2、缓解资源短缺的问题,对建筑固废再生料的空隙率、压碎值、轻质杂物含量等基本性质进行了试验;分别对粗细再生料进行分级,并通过击实试验、承载比试验、回弹模量试验、冻胀试验和冻融循环试验对建筑固废再生料的最大干密度、承载力、抗冻性等进行了综合评价。研究结果表明:随着细集料数量的增加,再生料的最大干密度和承载力增大,最佳含水量先增加后减少;粗:细=3:7 时,再生料的回弹模量最小,粗:细=5:5 时,再生料的回弹模量达到峰值;当含水率为1 5.7%、压实度为9 3%时再生料的冻胀率最大,当含水率为1 3.4%、压实度为9 0%时再生料的冻胀率最小;水中冻融循环的压碎值明显高于常温下冻融循环的压碎值。关键
3、词:建筑固废再生料;路基填料;CBR;抗冻性;回弹模量中图分类号:U414;U416.1Performance Study and Application of Filling Material for RoadbedEngineering of Construction Solid Waste Recycled MaterialCai Runchi.2*,Qi Xipeng2,Yang Xiongjie-2,Kou Xuan-2,Hui Longgang2,Chang Chaol.?(1.Shaanxi Huashan Road and Bridge Group Co.,Ltd.,Xi an
4、 710016,China;2.Shaanxi Zhengcheng Road and Bridge Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Xian 710086,China)Abstract:In order to improve the utilization rate of construction solid waste recycled materials to solve the problem ofenvironmental alleviation resource shortage,the basic properties of voi
5、d ratio,crushing value and light debris contentof construction solid waste recycled materials were tested in this paper.The coarse and fine recycled materials wereclassified respectively.The compaction test,California bearing ratio(CBR)test,resilience modulus test,frost heavetest and freeze-thaw cyc
6、le test were made to conduct a comprehensive evaluation of the maximum dry density,bearingcapacity and frost resistance,etc.The research results show that the maximum dry density and bearing capacity ofthe recycled material increase,and the optimal moisture content first increases and then decreases
7、 with the increaseof fine aggregate;When the ratio of coarse to fine aggregates is 3:7,the resilience modulus of the recycled materialis the smallest.When the ratio of coarse to fine aggregates is 5:5,the resilience modulus reaches the peak;Whenthe moisture content of the recycled material is 15.7%a
8、nd the compaction degree is 93%,the frost heave rate is thelargest.When the moisture content is 13.4%and the compaction degree is 90%,the frost heave rate is the smallest;The crushing value of the freeze-thaw cycle in water is significantly higher than that at normal temperature.Key words:constructi
9、on solid waste recycled materials;roadbed material;California Bearing Ratio(CBR);frost-resistance;resilience modulus文献标志码:A收稿日期:2 0 2 3-0 6-3 0作者简介:蔡润池,男,助理工程师,硕士,主要从事道路工程材料研发工作。引文格式:蔡润池,祁熙鹏,杨雄杰,等.建筑固废再生料作为路基工程填料的性能研究与应用 .市政技术,2 0 2 3,41(1 1):2 1 9-2 2 6.(CAIRC,QI X P,YANG X J,et al.Performance stud
10、y and application of flling material for roadbed engineering of construction solid waste recycledmaterialJ.Journal of municipal technology,2023,41(11):219-226.)220随着城市建设的快速发展,老旧建筑逐渐被拆除,同时产生了大量的爆破建筑破碎骨料 1 。然而,建筑固废材料多是露天堆放或填埋,清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等造成了严重的环境污染 2-3 。基于材料匮乏和大量建筑固废材料的产生以及“金山银山不如绿水青山”战略的可持续发展
11、,实现建筑固废材料的再利用意义重大 4。建筑固废材料作为工程填料完全满足规范要求,是一种绿色低碳的理想填筑材料,并且能够消化大量建筑固废材料,具有显著的社会效益 5 。近年来,国内外研究者对建筑固废材料进行了深人研究,并取得了突破性的进展。例如:张天萌 6 对建筑固废材料在路基填筑施工时的应用展开了研究,发现在施工过程中,以建筑固废材料作为填筑材料时,需合理选料、科学确定集料配合比。魏建军等 7 对建筑固废再生粉料作为流动化回填材料的配合比进行了研究,并在试验的基础上建立了建筑固废再生粉料灰砂比、水固比与回填材料强度之间的关系式。尹超 8 对建筑固废材料进行筛分破碎处理得到了再生骨料,运用MI
12、DAS/GTS仿真软件,并结合摩尔-库伦定律进行了仿真分析,发现经过处理的建筑固废再生料性能介于普通黏土路基和级配砂石路基之间,能够节约1 9.5%的工程成本。Bao9结合实地考察和半结构化访谈,通过对比案例,推导出新兴经济体建筑固废材料循环发展的总体策略,为建筑固废材料可持续发展提供了有益的参考。还有一些专家和学者 1 0-1 4 对建筑固废材料进行了深入研究,但关于级配分级、粗细比例对建筑固废材料性能影响规律的研究较少,且在路基改扩建工程中的应用也较少,因此笔者采用正交试验方法研究建筑固废材料作为路基填料的路用性能。1原材料1.1木材料来源试验选用的建筑固废材料主要是西安市国际港务区周边的
13、居民楼、厂房拆迁和棚户区改造过程中产生的固体废弃物,组成较为复杂,其中混凝土块占比46.1%,砖块占比5 1.4%,玻璃、木屑、防尘网和纸片等共占比2.5%。不同粒径的建筑固废再生料外观如图1 所示。1.2建筑固废再生料基本性质建筑固废再生粗、细集料性能指标分别见表1、2。Journal of Municipal Technology第41 卷a)05 mmb)1020 mm图1 不同粒径的建筑固废再生料外观Fig.1 Construction solid waste recycled materials appearancewith different particle sizes表1 建筑
14、固废再生粗集料性能指标Tab.1 Performance indicators of recycled coarse aggregatefrom construction solidwaste项目压碎值/%轻质杂物含量/%再生混凝土颗粒含量/%坚固性/%有机物含量0.075mm以下粉尘含量/%不均匀系数易溶盐含量/%表2 建筑固废再生细集料性能指标Tab.2 Performance indicators of recycled fine aggregatefromconstruction solid waste项目泥块含量/%单级最大压碎指标/%坚固性/%有机质含量/%技术标准实测值类类类28
15、.030.040.00.30.164.240.030.031.810.0合格合格5.55.029.30.1实测值1类类类1.02.057.010.020.910.01.01.0技术标准1.21.05.00.5第1 1 期项目轻质杂物含量/%不均匀系数易溶盐含量/%2试验方法和结果讨论2.1价筛分试验建筑固废再生粗集料颗粒组成和筛分结果见表3。表3 建筑固废再生粗集料颗粒组成和筛分结果Tab.3 Particle composition and screening results of recycledcoarse aggregate from construction solid waste粒
16、径/项目mm31.526.51类1020类1020100筛分102010093.9546.1629.665.17由表3 可知,再生粗集料的颗粒组成主要分布在1 9.0 2 6.5 mm,其次是1 6.0 1 9.0 mm,最后是9.51 6.0 m m,粒径大小是连续的,没有出现断档的情况,满足类再生粗集料的要求。结合表1 可知,试验采用的再生粗集料轻质杂物含量和坚固性不满足JTG/T2321一2 0 2 1 公路工程利用建筑垃圾技术规范中I类再生粗集料的要求,0.0 7 5 mm以下粉尘含量不满足类再生粗集料的要求。而再生粗集料用于路基填筑时,最低需满足类再生粗集料的要求。建筑固废再生细集料
17、颗粒组成和筛分结果见表4。表4建筑固废再生细集料颗粒组成和筛分结果Tab.4 Particle composition and screening results of recycledfine aggregate from construction solid waste粒径/项目mm9.54.75I类0 510090100659535651530520020010II类 0 5 1 0 0 9 0 1 0 0020筛分0 5 1 0 088.7由表4可知,再生细集料的颗粒组成主要集中在0.3 9.5 mm,也未出现断档的情况,满足类再生细集料的要求。结合表2,再生细集料单级最大压碎指标和坚
18、固性不满足I类再生细集料的要求。而蔡润池等:建筑固废再生料作为路基工程填料的性能研究与应用续表技术标准实测值1类I类类0.355.00.20.5通过以下筛孔的百分率/%19.016.09.51008510090100通过以下筛孔的百分率/%2.361.180.60.30.150.07574.063.049.028.017.0221细集料用于路基填筑时,最低需满足类再生细集料的要求。2.2击实试验试验以4.7 5 mm筛孔区分,确定再生料最大干密度和压实度。对不同粗细比例的再生料进行组合并筛分,试验结果如图2 所示。120+粗:细=2:8一粗:细=3:7100粗:细=4:6米粗:细=5:5+米粗
19、:细=6:480粗:细=7:3+粗:细=8:2%/本6040204.752.3601505010052.061.9913.500图2 不同粗细比例再生料的筛分曲线Fig.2 Sieve analysis curves of different coarse-to-fine ratiorecycled materials由图2 可知,不同粗细比例下再生料的筛分曲线存在一定差距,其中粗:细=6:4 的建筑固废再生料中4.7 5 mm的颗粒含量较低,骨料之间形成骨架空隙结构,但在实际压实功的作用下,大粒径集料会破碎形成小粒径颗粒,从而填充到骨料空隙中并形成骨架密实结构,来满足路基承载力的要求。不同粗
20、细比例下再生料含水量与干密度的关系如图3 所示。由图3 可知,随着粗集料的增加,最大干密度整体上呈先增大后减小的趋势,最佳含水量的变化趋势与其相同,粗细比例与含水率和干密度之间并不是线性单调增加或减少。最大干密度与粗集料含量的关系如图4所示。由图4可知,粗集料含量与最大干密度的拟合曲线为Y=-0.00336X+1.92786,即随着粗集料的增加,最大干密度整体呈减小的趋势,因此在实际施工中应控制粗集料的含量。2.3承载比试验以4.7 5 mm和0.0 7 5 mm作为级配控制筛孔,计算粗细集料的搭配比例。细集料含量为2 9%7 1%,即可得出粗细比例为粗:细=3:7、4:6、5:5、6:4、7
21、:3 时满足规范要求。510粒径/mm1520253035市放技术222Journal of Municipal Technology第41 卷1.65(eu0/8)/翠(eu0/8)/泽1.581.361.541.52(eu0/a)/翠1.621.60Fig.3 The relationship between moisture content and dry density of recycled materials with different proportions of thickness and fineness采取静压法成型试件。控制压实度为9 6%,计原因是压实度减小时,单位体
22、积的集料减少,因此算一次成型试件所需再生集料的质量。承载比膨胀量小;压实度增加时,单位体积的集料增多,因(California Bearing Ratio,以下简称“CBR)试验数据此膨胀量大。试验结果表明,再生料整体的膨胀量极统计表见表5。小,其吸水膨胀率就极小,主要原因是再生料为骨由表5 可知,在CBR试验中,随着压实度的增架结构,粗集料颗粒吸水后几乎不发生膨胀。因此,加,不同粗细比例下试件的膨胀量逐渐增大,主要相较于填土路基,再生料的吸水膨胀量较低。1.601.551.501.451.401.741.641.621.60(cu0/8)/器788.79含水量/%a)粗:细=2:81112c
23、)粗:细=4:61314含水量/%e)粗:细=6:4(eu0/8)/器1.841.821.801.781.761.741.72图3 不同粗细比例下再生料含水量与干密度的关系1.641.621.601.581.561.541.5210111313.414含水量/%15 15.41.881.8681.39月(eu0/8)/1.701.651.601.551.501511.82(euo/a)/暴1.801.781.761.741.721.70161789含水量/%b)粗:细=3:7141515.716含水量/%d)粗:细=5:5131414.715含水量/%f)粗:细=7:3910含水量/%g)粗:
24、细=8:21010.71117161112121817第1 1 期1.901.85(euo/8)/&?鲁1.801.751.701.6520图4最大干密度与粗集料含量的关系Fig.4 The relationship between the maximum dry density andcoarse aggregate content表5 CBR试验数据统计表Tab.5 CBR test data statistical table压实度/CBR 均值/干密度平均值/膨胀量平均值/项目%90粗:细=7:3939690粗:细=6:4939690粗:细=5:5939690粗:细=4:6939690
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