渣土類建筑垃圾的資源化利用技術(shù)研究與應(yīng)用

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，地下空間開(kāi)發(fā)、房屋建筑、市政及道路工程建設(shè)產(chǎn)生大量渣土，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)工程渣土產(chǎn)量約20億t/年，存量已達(dá)100多t，占建筑廢棄物的60%。工程渣土堆放不僅占用大量土地資源、造成環(huán)境污染，甚至發(fā)生渣土失穩(wěn)垮塌等安全事故，如深圳光明新區(qū)渣土受納場(chǎng)滑坡事件。因此，如何變廢為寶，實(shí)現(xiàn)工程廢棄渣土再利用，對(duì)貫徹節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)基本國(guó)策，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的總目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。我國(guó)工程渣土的資源化利用基本處于起步階段，在所有建筑固廢中渣土類廢棄物的利用率最低。對(duì)于建設(shè)規(guī)模較大的城市，大規(guī)模的工程渣土排放較大程度依賴于異地處置，以及低效初級(jí)利用，如低洼地填埋、基礎(chǔ)回填、礦坑回填、圍海造田等；缺乏規(guī)劃和實(shí)施計(jì)劃，高度不可控。目前工程渣土資源化利用主要有燒結(jié)制磚、非燒結(jié)制磚、制陶和路基填料回用等幾個(gè)方式，而多數(shù)資源化利用方式均要求摻入其他骨料和添加劑，原料的級(jí)配有一定要求，因此通過(guò)資源化利用方式處置大規(guī)模的普通棄土較為困難，造成利用率很低；同時(shí)渣土類廢棄物運(yùn)輸與處理、再生建材產(chǎn)品生產(chǎn)以及應(yīng)用的中間轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)多，各個(gè)環(huán)節(jié)處于脫離狀態(tài)，未能形成產(chǎn)業(yè)鏈，造成成本過(guò)高。目前，道路基礎(chǔ)、基槽回填等工程施工中還需要大量的混凝土或土方等回填材料。肥槽回填常見(jiàn)的回填材料包括壓實(shí)與非壓實(shí)兩大類。壓實(shí)材料有素土、灰土混合料；采用素土回填，受作業(yè)空間和填料本身性能的限制，密實(shí)度和后期強(qiáng)度均難以保障；灰土混合料的摻料多為石灰、水泥類；石灰對(duì)土體強(qiáng)度提高有限，進(jìn)展緩慢，水穩(wěn)性也較差；水泥成型的土體干縮性較大，體積穩(wěn)定性差，且工程成本較高。具有代表性的非壓實(shí)回填材料有混凝土、氣泡混合輕質(zhì)土、流態(tài)粉煤灰等，但存在原材成本高、后期基礎(chǔ)維修難度大的問(wèn)題。近幾年來(lái)，通過(guò)在工程棄土中加入固化劑改善土體性能用作回填材料，但所用固化劑通用性較差，一種固化劑只能提高一兩項(xiàng)材料的性能，無(wú)法適應(yīng)耐久性、耐水性、抗凍融等多方面要求。為解決在各類工程基槽回填，特別是豎向不規(guī)則、作業(yè)空間狹窄的情況下存在施工效率低下、回填質(zhì)量難以保證、渣土資源化利用率低、人工消耗量大的難題，研究以渣土為主要原材料的新型基槽回填材料，在滿足施工要求前提下提高渣土的利用率。1?新型流態(tài)基槽回填材料研究新型流態(tài)基槽回填材料是以建筑基坑棄土為主要原材料，摻入一定比例的固化劑和水，充分拌和均勻后，形成的一種具有一定強(qiáng)度、自密實(shí)性、高水穩(wěn)定性、低滲透性和保持長(zhǎng)期穩(wěn)定等特性綠色低碳材料。選取不同地區(qū)廢棄渣土，經(jīng)預(yù)處理后，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究新型基槽回填材料的特性，并確定配合比。對(duì)固化劑不同摻量的同體積同類渣土固化試塊進(jìn)行吸水試驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。吸水量隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加整體呈下降趨勢(shì)；固化劑摻量為0.1%時(shí)，吸水量整體最小。圖1?不同固化劑含量的填筑料吸水量測(cè)試對(duì)28d齡期現(xiàn)場(chǎng)用自密實(shí)填筑料（添加激發(fā)劑）和粉煤灰水泥土（無(wú)激發(fā)劑）進(jìn)行了SEM試驗(yàn)，兩者典型微觀結(jié)構(gòu)如圖2中的（a）和（b）所示（整體結(jié)構(gòu)約為200μm×200m）。比較發(fā)現(xiàn)自密實(shí)填筑料整體結(jié)構(gòu)比粉煤灰水泥土更致密和均勻（表1）。圖2?SEM試驗(yàn)典型圖（a）自密實(shí)填筑料；（b）粉煤灰水泥土表1?新型流態(tài)基槽回填材料特性（摻量為0.15%同一配比固化劑）通過(guò)試驗(yàn)確定28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5MPa；流動(dòng)擴(kuò)展度控制在150~180mm；初凝時(shí)間不小于3h；填筑料濕密度不低于1400kg/m3，如圖3~圖5所示。圖3?坍落度試驗(yàn)

圖4?滲透系數(shù)實(shí)驗(yàn)圖5?抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)2?新型綠色低碳回填施工技術(shù)新型綠色低碳回填施工技術(shù)是將施工現(xiàn)場(chǎng)的渣土、固化劑和水按一定配比進(jìn)行攪拌，形成滿足施工技術(shù)要求的流態(tài)基槽回填材料，通過(guò)溜槽或泵送到各類肥槽、基坑、礦坑，進(jìn)行回填施工，無(wú)需分層碾壓和振搗，自密實(shí)。施工工藝涵蓋填筑料的制備、填筑、養(yǎng)護(hù)及驗(yàn)收工藝，工藝流程圖如圖6所示。在制備新型流態(tài)基槽回填材料前需對(duì)原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，確定配比；采用智能攪拌設(shè)備將渣土類建筑垃圾、固化劑、水按一定配比攪拌均勻，制成滿足施工要求的自密實(shí)填筑料，并通過(guò)泵送或溜槽的方式將成品運(yùn)送到施工作業(yè)面進(jìn)行填筑，填筑后實(shí)施養(yǎng)護(hù)，并進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)收。圖6?施工工藝流程3?工程應(yīng)用3.1?工程概況河北建投雄安·金湖未來(lái)城項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積69.41萬(wàn)m2，項(xiàng)目共分為6個(gè)標(biāo)段，本標(biāo)段為第二標(biāo)段。位于56宗地E3路以南、奧威東路以北、N?11路以東、N?14路以西（不含綠地、市政道路）。地下建筑面積13.619172萬(wàn)m2，主要建設(shè)內(nèi)容為人防、停車庫(kù)、配套市政公用設(shè)施。該項(xiàng)目旁邊為人造湖泊，水位較高，需要加強(qiáng)抗?jié)B防滲功能。如圖7所示，回填區(qū)域緊鄰N3和E3市政道路，市政道路動(dòng)荷載對(duì)肥槽擠壓形成不均勻沉降，危害道路與結(jié)構(gòu)主體安全?；臃什郦M小，回填區(qū)深度過(guò)深，人員施工時(shí)存在較大安全隱患。為確保工程質(zhì)量及施工安全，在符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求的前提下實(shí)現(xiàn)降低成本造價(jià)的目的，擬采用流態(tài)填筑料進(jìn)行溜槽或泵送的方式回填肥槽，回填施工質(zhì)量要求28d抗壓強(qiáng)度0.8MPa以上，滲透系數(shù)≤0.1m/d（等同亞粘土）。圖7?施工現(xiàn)場(chǎng)照片3.2?施工過(guò)程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采取土場(chǎng)設(shè)置攪拌站，罐車運(yùn)輸?shù)交靥瞵F(xiàn)場(chǎng)采用溜槽或泵送回填方式，如圖8所示?；鶎犹幚斫?jīng)監(jiān)理單位簽字驗(yàn)收合格后方可回填施工；擬回填肥槽未封閉部位采用木模板支設(shè)，模板支設(shè)應(yīng)符合相關(guān)驗(yàn)收要求；填筑施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，拌合物從攪拌機(jī)出料后，采用泵送輸送至回填部位，無(wú)需振搗（圖9）；施工完畢，采用覆土或塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。

圖8?回填施工成套系統(tǒng)

圖9?泵送回填3.3?施工效果現(xiàn)場(chǎng)澆筑養(yǎng)護(hù)后的效果圖如圖10所示，澆筑前留樣，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，回填材料28d后抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa，滿足施工要求。圖10?回填效果4?結(jié)論為解決由于回填空間狹窄、回填深度大、回填夯實(shí)難度大、現(xiàn)場(chǎng)不易管控等原因造成回填質(zhì)量難以保證的問(wèn)題，通過(guò)理論分析、試驗(yàn)和示范研究了以渣土為