成永宁

（中国铁建投资集团有限公司，北京 100855）

引言

建筑垃圾是各类建筑物、构筑物等在建设施工、拆迁、修缮及居民装饰房屋过程产生的渣土、废砂浆、废砖瓦、废混凝土等固体废弃物。近年来，随着我国城市建设的快速发展，工程建设和拆迁改造过程中产生了大量的城市建筑垃圾。据统计，我国每年建筑垃圾的产生量已超过20 亿吨，占城市垃圾总量的1/3 以上，并呈现逐年增长趋势。未经处理的建筑垃圾占用大量土地，还会对周围水体、土壤和大气带来环境污染，严重影响和制约城市的可持续性健康发展。

建筑垃圾中废弃砖瓦、混凝土块、渣土等占比很高，经过除杂、回收、分选等工艺后可以进行再次利用，具有可再生资源化属性。目前，世界各国对建筑垃圾综合处理与利用方面进行了广泛研究，日本、德国、韩国、法国等国家已形成较为成熟的资源化利用体系，对建筑垃圾的综合利用率可达到90%以上。同样，我国对建筑垃圾的再生利用也开展了大量的试验研究和实践工作，主要利用方向有生产民用建筑材料[1-2]、制备再生骨料[3-4]、道路路基路面工程材料等[5-7]。

建筑垃圾中的废弃混凝土块、砖块等具有一定的强度和稳定性，可以作为道路工程资源化利用材料。

1 基本性质

目前，世界上尚未对建筑垃圾的理解、定义和标准形成统一。我国于2005 年颁布的《城市建筑垃圾管理规定》中，将建筑垃圾定义为建设单位、施工单位新建、改建、扩建和拆除各类建筑物、构筑物、管网等以及居民装饰装修房屋过程中所产生的弃土、弃料及其它废弃物。建筑垃圾一般可按来源、组成成分、资源化属性、性质等进行分类，但由于其组成成分较为复杂，具有较大的变异性，目前尚未形成统一的分类方法。

城市建筑垃圾主要由拆除工程所产生的混凝土块、砖瓦块、砂浆、木材、钢筋、玻璃等为主，这些废弃材料虽然没有活性，但是其化学性质和物理性质比较稳定；同时具有一定强度和水稳定性，具有资源化利用属性。直接产生的城市建筑垃圾原材料通常具有较大的尺寸，无法直接进行再生利用。将城市建筑垃圾中的金属、塑料、木头、玻璃、布片、泡沫等杂物去除后，剩余的砖、石、砂浆和混凝土等物质再经过加工可以形成再生材料。建筑垃圾粒料的加工过程主要利用破碎、磁选、风选、筛分、分离、抑尘等不同功能设备，最终形成满足要求的再生粒料。本试验采用可移动式现场加工装备，通过冲击破碎将建筑垃圾加工成最大粒径为50 mm 的粗粒式建筑垃圾粒料，供试验使用。

2 试验与分析

选择三个不同拆除工程的建筑垃圾进行加工，共制备三个粗粒式建筑垃圾粒料样品，分别编号为sample1、sample2、sample3。按照《公路土工试验规程》（JTG 3430—2020）的试验方法，对粗粒式建筑垃圾粒料进行组成与颗粒分析、击实试验、加州承载比（CBR）等测试，对其基本物理、力学性质以及路用特性进行试验研究。

2.1 组成分析

对三个样品进行分选，粒径5 mm 以下颗粒的作为细粒组分。粒径5 mm 以上颗粒主要为混凝土粒料或砖块粒料，对其进行分离、归类，可以得到三个样品的不同成分的组成，见图1。

图1 建筑垃圾粒料组成分析

通过对样品细粒、砖块、混凝土组分的分选，三个样品小于5 mm 以下的细粒组分为42%，37%，49%，大于5 mm 粗粒含量均占总质量的50%以上。

2.2 颗粒分析

按照《公路土工试验规程》（JTG 3430—2020）中颗粒分析试验方法，采用筛分法对建筑垃圾粒料进行粒组含量和级配组成的试验分析，分析筛最小孔径为0.075 mm，最大孔径为60 mm。三个样品的筛分结果和颗粒分析曲线见图2。

图2 建筑垃圾粒料颗粒分析曲线

由图2 可知，三个样品的最大粒径均小于 60 mm，按土的工程分类方法可以归类为砾类土。三个样品的不均匀系数Cu 分别为65.2，59.2，71.1，曲率系数Cc 分别为1.8，2.7，1.0，属于级配良好的含细粒土砾。

2.3 击实试验

建筑垃圾粒料的击实试验采用《公路土工试验规程》（JTG 3430—2020）中的重型击实方法，试筒内径15.2 cm，高度17 cm，体积2 177 cm3，击实锤质量4.5 kg，落距为45 cm。对三个粒料样品进行五个不同含水率的击实试验，击实曲线见图3。

图3 建筑垃圾粒料击实试验曲线

经过计算可知，三个粒料样品的最大干密度结果分别为1.79 g/cm3，1.82 g/cm3，1.75 g/cm3，最佳含水率结果分别为9.3%，8.5%，11.4%。由此可见，粒料中细粒组分含量及破碎混凝土、砖块的含量对击实结果有明显影响，细粒组合和破碎砖块粒料含量越高，呈最大干密度减小、最佳含水率增高的趋势。

2.4 CBR 试验

室内CBR 主要通过浸水96 h 模拟路基填料在不利状态下的强度性能。试验按每层击数30 次、50 次、98 次制件，然后浸水4 d 后进行贯入试验，测定贯入杆压入2.5 mm 时的力值，计算承载比见图4。

图4 建筑垃圾粒料CBR 试验结果

在30 次、50 次、98 次击数条件下，sample1 的CBR 值分别为55.6%、64.8%和82.4%；sample2 的CBR 值分别为74.3%、83.1%和107.6%；sample3 的CBR 值分别为44.6%、57.1%和76.5%。可以看出，随粒料中细粒组分含量降低、混凝土粒料含量增高，其不同密度条件下的CBR 值均得到提高。sample3中破碎砖块粒料的含量较高，混凝土粒料含量较低，但在30 次击实条件下的CBR 值仍达到44.6%，能够满足现行路基设计、施工规范中路床填料CBR 值大于8%的技术要求，可以用于道路路床部位填筑。

3 现场应用

建筑垃圾粒料作为填筑材料用于路床部位。建筑垃圾粒料填筑路床分四层压实施工，每层厚度为20 cm，总厚度为80 cm。现场施工主要流程：施工准备→场地清理→布料→整平→碾压→压实检测→下一层施工。现场施工采用粗粒式建筑垃圾粒料，颗粒级配与组成与室内试验sample1 一致。

现场采用22 t 振动压路机按静压1 遍、振压3 遍、稳压1 遍的工艺组合进行压实，每层压实后进行压实度检测。当80 cm 路床全部压实完成后，分别在路床的左幅和右幅按20 m 间隔测点进行现场弯沉检测，测试结果见图5。

图5 路基现场弯沉测试结果

从图5 可以看出，路床顶面弯沉整体在100～130（0.01 mm）范围内，其中路床左幅的弯沉最小值为93.2（0.01 mm）、最大值为130.8（0.01 mm），路床右幅的弯沉最小值为93.4（0.01 mm）、最大值为128.4（0.01 mm），弯沉代表值满足设计规范要求，路床整体具有良好的承载能力。

4 结语

（1）以废弃混凝土块、砖块为主的建筑垃圾，经分选、破碎后可以制备粗粒式建筑垃圾粒料，其5 mm 以上粗粒含量可达到50%以上。（2）试验表明，粗粒式建筑垃圾粒料的级配良好，破碎混凝土、砖块粒料的组成比例对击实试验和CBR 试验结果影响明显，但总体水稳定性和力学性能较好，能够满足道路路床层位填筑材料的技术要求。（3）通过粗粒式建筑垃圾粒料填筑路床的现场弯沉测试，弯沉值在100～130（0.01 mm）之间，填筑路床具有较好的刚度和承载能力。