渣土類建筑垃圾的資源化利用技術(shù)研究與應(yīng)用

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)迅猛發(fā)展，地下空間開發(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)計我國工程渣土產(chǎn)量約20億t/年，存量已達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)渣土受納場滑坡事件。因此，如何變廢為寶，實現(xiàn)工程廢棄渣土再利用，對貫徹節(jié)約資源和環(huán)境保護基本國策，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的總目標具有重要戰(zhàn)略意義。我國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)劃和實施計劃，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，原料的級配有一定要求，因此通過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；同時渣土類廢棄物運輸與處理、再生建材產(chǎn)品生產(chǎn)以及應(yīng)用的中間轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)多，各個環(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。肥槽回填常見的回填材料包括壓實與非壓實兩大類。壓實材料有素土、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，密實度和后期強度均難以保障；灰土混合料的摻料多為石灰、水泥類；石灰對土體強度提高有限，進展緩慢，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)維修難度大的問題。近幾年來，通過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材料的性能，無法適應(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度、自密實性、高水穩(wěn)定性、低滲透性和保持長期穩(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，通過室內(nèi)試驗研究新型基槽回填材料的特性，并確定配合比。對固化劑不同摻量的同體積同類渣土固化試塊進行吸水試驗，結(jié)果如圖1所示。吸水量隨著養(yǎng)護時間增加整體呈下降趨勢；固化劑摻量為0.1%時，吸水量整體最小。圖1?不同固化劑含量的填筑料吸水量測試對28d齡期現(xiàn)場用自密實填筑料（添加激發(fā)劑）和粉煤灰水泥土（無激發(fā)劑）進行了SEM試驗，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試驗典型圖（a）自密實填筑料；（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）通過試驗確定28d無側(cè)限抗壓強度不小于0.5MPa；流動擴展度控制在150~180mm；初凝時間不小于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

圖4?滲透系數(shù)實驗圖5?抗壓強度試驗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)場的渣土、固化劑和水按一定配比進行攪拌，形成滿足施工技術(shù)要求的流態(tài)基槽回填材料，通過溜槽或泵送到各類肥槽、基坑、礦坑，進行回填施工，無需分層碾壓和振搗，自密實。施工工藝涵蓋填筑料的制備、填筑、養(yǎng)護及驗收工藝，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原材料進行檢驗，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填筑料，并通過泵送或溜槽的方式將成品運送到施工作業(yè)面進行填筑，填筑后實施養(yǎng)護，并進行檢驗與驗收。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·金湖未來城項目規(guī)劃總用地面積69.41萬m2，項目共分為6個標段，本標段為第二標段。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m2，主要建設(shè)內(nèi)容為人防、停車庫、配套市政公用設(shè)施。該項目旁邊為人造湖泊，水位較高，需要加強抗?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，市政道路動荷載對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)深度過深，人員施工時存在較大安全隱患。為確保工程質(zhì)量及施工安全，在符合規(guī)范設(shè)計要求的前提下實現(xiàn)降低成本造價的目的，擬采用流態(tài)填筑料進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)場照片3.2?施工過程根據(jù)現(xiàn)場情況，采取土場設(shè)置攪拌站，罐車運輸?shù)交靥瞵F(xiàn)場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)驗收要求；填筑施工應(yīng)連續(xù)進行，拌合物從攪拌機出料后，采用泵送輸送至回填部位，無需振搗（圖9）；施工完畢，采用覆土或塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護。

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)場澆筑養(yǎng)護后的效果圖如圖10所示，澆筑前留樣，經(jīng)室內(nèi)試驗檢測，回填材料28d后抗壓強度不小于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、回填夯實難度大、現(xiàn)場不易管控等原因造成回填質(zhì)量難以保證的問題，通過理論分析、試驗和示范研究了以渣土為