工程渣土固化后在路基填料中的适用性分析

工程渣土固化后在路基填料中的适用性分析

黃晟程 黄克伟

深圳申佳原环保科技有限公司  518000

摘要：建筑行业作为支撑国民经济的重要行业之一，必然要落实党中央提出的政策文本，在建筑工程建设中注重节约资源，保护环境，变废为宝。然而，随着城市化进程加快，导致工程渣土产生量不断增加。本文将从工程渣土固化方法切入，着重分析工程渣土在固化后用作路基填料的适用性，最终提出工程渣土固化在路基填料中运用的可行性，为今后的工程渣土固化利用提供一些参考及思路。

关键词：工程渣土；固化利用；路基填料

前言

随着我国基础设施建设规模的迅速发展，工程弃土等废弃物数量激增。而传统建材产品采用的天然砂石、砂砾等矿石骨料价格上涨、供需脱节，致使社会经济发展与资源环境约束之间的矛盾日益突出。工程渣土在经过固化成为具有一定强度、水稳定性、低渗透性和长期稳定的新型材料——“固化土”。可广泛应用于道路建设、场地硬化等工程领域，以及夯土墙砌体、免烧砖等建材产品的生产。

1.工程渣土固化方式

在笔者参与的深圳市可持续发展科技专项项目：工程渣土资源化利用关键技术研发与应用中，根据该文的技术研发，总结出了几种工程渣土的固化的最优产出方式，在此提出，以起抛砖引玉之效。

1.1固化外加剂搅拌法

首先提供一种固化外加剂，按重量计，由下列成分组成：粉煤灰25-35%、矿渣25-30%、生石灰5-15%、煅烧高岭土10-20%、硅酸钠2-5%、硫酸钠1-3%、聚醚有机硅消泡剂1-2%。

  优选的矿渣为s95级水渣微粉，活性指数28天≥95％，比表面积在400-550㎡/kg，微粉中三氧化硫≤4.0wt%，氯离子≤0.02wt%。

  优选的粉煤灰为普通粉煤灰进行二次研磨的微粉，比表面积为600-800 m2/kg，三氧化硫≤3.0wt%，含水量≤1.0wt%，烧失量≤5.0wt%。

  优选的煅烧高岭土为干粉状，比表面积350-400㎡/kg，含湿量≤2%，氧化铝含量≥45%。

  优选的生石灰，有效含量为≥70wt%，磨细后比表面积350-400㎡/kg。

  优选的硅酸钠为模数2.7-3.0的粉末状固体原料，净含量≥99wt%。

  优选的硫酸钠为无水硫酸钠的粉末固体原料，含量≥99%。

主要包括如下步骤: 1)按比例称取各原料;2)将矿渣和粉煤灰、生石灰使用混合机混合均匀;3)再加入硅酸钠、硫酸钠混合均匀:4)最后加入有机硅混合均匀即得。

图1.掺入固化外加剂搅拌法的固化流程

1.2掺入混合碱溶液搅拌法

采用表1所属的工程废弃渣土、矿渣微粉、粉煤灰、碱激发剂溶液和水；碱激发矿渣-粉煤灰同时发挥了矿渣的潜在水硬性和粉煤灰的火山灰活性，能有效改善碱-矿渣水泥和碱-激发粉煤灰水泥存在的问题，对处置废弃渣土具有促进作用。含有固体氢氧化钠及水玻璃的混合碱溶液，其中固体氢氧化钠用于调整水玻璃模数，取值为0.8-1.2。

  实施例1步骤如下：

  (1)固体氢氧化钠与硅酸钠溶液混合搅拌，调配相应模数的硅酸钠溶液作为碱激发剂，将混合溶液搅拌直至溶液再次恢复透明状态，在25℃±2℃条件下静置24-48h后备用；

  (2)将废弃渣土进行破碎并清除渣土中的异物，对预备的风干渣土过2mm筛，测定其含水率，后将风干渣土与矿渣微粉、粉煤灰混合搅拌；

  (3)将上述配置好的碱激发剂溶液与水混合搅拌5min后倒入步骤(2)的混合物中，再持续均匀搅拌3-5min；

  (4)持续均匀搅拌上述混合溶液，最终制得流动性强、自密实性好的流态固化土。

  在本技术实施例1中，将工程废弃渣土作为回填材料，同时配比合适的矿渣、粉煤灰、碱激发剂溶液和水制备流动化回填材料，既可以保护环境，实现建筑废弃土和工业废渣的有效利用，又可以减少经济成本，节约资源。

实例2与实例3，主要是参数变化，在此不在赘述。

表1，混合碱溶液法固化掺料配比

1.3渣土固化装置固化法

本渣土固化装置其特征在于：包括机架，机架上设有分筛装置，分筛装置的上方设有加料装置，分筛装置的下方设有搅拌装置，分筛装置与搅拌装置间设有粉碎装置，搅拌装置的下方设有成型装置。

这种渣土固化装置，属于渣土固化技术领域，渣土固化装置包括机架，机架上设有分筛装置，分筛装置的上方设有加料装置，分筛装置的下方设有搅拌装置，分筛装置与搅拌装置间设有粉碎装置，搅拌装置的下方设有成型装置，渣土固化剂与渣土固化装置配合使用，渣土固化剂由下列按照重量份数计算的组分组成：水泥20-28份；砂子8-10份；树脂3-5份；减水剂1-1.5份。

图2.渣土固化装置

2．工程渣土在固化后用作路基填料的适用性分析

2.1各类工程渣土固化后的强度指标

大部分工程渣土水稳性和抗冻性较差，压实成型后，干缩、温缩、冷缩均较明显，作为路基填料使用时，对道路结构的稳定性有较大影响，经过级配优化后的路基填料，在机械荷载的作用下，不仅可以将材料由“亲水”性转变成“厌水"性，而且还可以改变路基填料的物理结构，固化成为致密、均匀、抗渗性能高，强度高，水稳性好，抗冻性好,形变小且耐久的板块，满足路基工程中的应用。

经固化后的路基填料，其 CBR 值必须满足规范要求或通过改性满足规范要求。建筑渣土承载比 CBR 值试验必不可少，本次试验对固化剂法，混合溶剂法，固化装置法固化之后的工程渣土，分别制成不同压实度的混合料样进行试验，得到建筑渣土细料、混合料的 CBR值见表2。

表2.各类工程渣土固化后的强度指标和压实度指标

2.2工程渣土固化后的结构方案

工程渣土固化后，除了进行强度试验，还需要进行现场试验，其目的是验证和充实室内试验研究的成果，解决大规模施工条件下使用建筑渣土填筑市政道路施工工艺，找出建筑渣土路基合理的结构形式。

2.2.1软土地基处理方案。

首先进行软土地基排水，排水后由道路中线方向逐步向前填石挤淤 ，采用大型推土机将大块建筑渣土推下挤淤，填石挤淤厚度 60~100 cm，采用大型推土机碾压。

2.2.2.建筑渣土路基填筑方案。

填筑建筑渣土的压实厚度为 40 cm，粒径超过 30 cm的采用人工拣除或破碎处理。用重型推土机整平预压，重型振动压路机 (18 t) 振压压实。碾压质量标准为重型压路机 (18~21t)重复碾压沉降量小于 5 mm。

2.2.3建筑渣土路基填筑结构方案。

建筑渣土级配不均匀造成建筑渣土填筑层顶面回弹模量变化较大 ，采用设置过渡层填筑结构消除对路面结构不利影响，即建筑渣土填筑至离路面 80 cm 时，换用均质素土填筑。

图3.建筑渣土路基填筑结构方案

2.3工程渣土固化后的弯沉检测

参照JT059-95公路路基路面现场试验规程，本次研究分别进行了建筑渣土、建筑渣土 +80 cm 素土和建筑渣土 +30 cm 灰土共 3个填筑方案的顶面回弹弯沉检测试验，结果表明:

(1)建筑渣土顶面弯沉值较小、回弹模量大、变异系数相对较大:建筑渣土的 CBR 值高强度大，弹性模量也较大;但由于建筑渣土级配不均匀，其回弹模量变化较大 ，因此建筑渣土顶面弯沉变化大，对路面的不利影响也较大。;

(2)建筑渣土 +80 cm 素土顶面弯沉值最大，回弹模量最小，变异系数最大 ，由于路床采用粉土，其 CBR 相对较小 (2%~4%)，弹性模量小，其顶面弯沉值大，必须进行改性处理 ;

(3)建筑渣土 +30 cm灰土顶面弯沉值最小，回弹模量最大，变异系数最小，由于灰土为半刚性结构，具有强度高、弹性模量大的特点，可以有效减少建筑渣土弹性模量不均匀对路面的不利影响。

3.工程渣土固化利用可行性

3.1我国工程渣土产生量

   随着我国城市建设及改造提速、新型城镇化进程加快等，包括建筑垃圾在内的固体废弃物污染日益严重。根据相关数据显示.2015-2022年，我国建筑垃圾年产生量从14亿吨增加至49亿吨。

而我国建筑垃圾资源化率不足10%，韩国、日本、德国等国家建筑垃圾再生资源化利用率已达到90%，所以我国在该领域尚有较大的发展空间。根据相关数据显示，2022年我国建筑垃圾资源化市场规模达805亿元。伴随着国家将大力支持推进建筑垃圾资源化工作，建筑垃圾资源化市场空间较大，未来前景将更加可观。

表3.我国工程渣土产生量

3.2绿色环保的建筑垃圾政策

2016年我国《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，建筑垃圾要按照绿色、循环、低碳的理念进行再生利用，促进建筑垃圾的“减量化、资源化、无害化”，可见建筑垃圾治理工作已上升到法律高度。

在住建部指导下，国家希望《建筑垃圾固化标准》能通过体系建设、标准制定、示范引领等路径，推进绿色建造方式加速落地。值得一提的是，该《建筑垃圾固化标准》也填补了国内施工现场建筑垃圾减量化领域技术标准空白，达到国际先进水平。

结语

根据研究与实践表明，建筑渣土应用于道路路基工程中具有可行性。建筑渣土在市政道路路基工程中的应用改变了传统的路基填充方式，实现了建筑资源的循环利用和市政道路工程进度、成本等的有效控制，具有良好的经济社会效益。

  其中，强度方面：混合溶液法固化工程渣土的CBR值最高，结构弯沉方面：建筑渣土 +30 cm灰土顶面沉值最小，回弹模量最大，变异系数最小。并且，工程渣土在应用中需要进行科学的挑拣和破碎，如果渣土中石料的粒径过大，会对质量等造成极为不利的影响。渣土细粒的添加需要控制其添加量，并严格控制建筑渣土的含水量，保证其在后期施工中可以发挥应有的作用（本研究由深圳市科学创新委员会研究项目“ 工程渣土资源化利用关键技术研发与应用”支持（项目编号:专2021N005））。

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