建筑垃圾在公路上的應(yīng)用 你知道嗎？
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，烘干后稱其質(zhì)量并計(jì)算其比例。
建筑垃圾初始級(jí)配
通過篩分試驗(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粒徑為75mm，屬于巨粒土。由于現(xiàn)行規(guī)范中沒有關(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、破碎后最大公稱粒徑、4.75mm篩孔的通過率等指標(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)后的最大公稱粒徑為37.5mm，方案1振動(dòng)后的最大公稱粒徑為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粒徑為75mm，級(jí)配礫石的最大公稱粒徑為31.5mm，因此初步將75、63、53mm作為建筑垃圾最大公稱粒徑的研究對(duì)象，研究振動(dòng)擊實(shí)后最大公稱粒徑的變化。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100mm。綜上所述，將建筑垃圾用于公路墊層時(shí)的最大公稱粒徑設(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的通過率為10%~20%，因此，通過提高建筑垃圾的最小公稱粒徑和悶料等方法來控制破碎后建筑垃圾0.075mm篩孔的通過率。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粒徑進(jìn)行研究。
初步將建筑垃圾的最小公稱粒徑設(shè)為0、2.36、4.75、9.5mm，最大公稱粒徑均為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篩孔的通過率最小，為5.1%。
(2)由于建筑垃圾的最大公稱粒徑為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，得到最大公稱粒徑為75mm、最小公稱粒徑為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篩孔的通過率偏小，且級(jí)配范圍太寬;②4.75mm篩孔的通過率偏大。
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粒徑為75mm、最小公稱粒徑為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。可根據(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。
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