渣土类建筑垃圾的资源化利用技术研究与应用

随着我国基础设施建设迅猛发展，地下空间开发、房屋建筑、市政及道路工程建设产生大量渣土，据统计我国工程渣土产量约20亿t/年，存量已达100多t，占建筑废弃物的60%。工程渣土堆放不仅占用大量土地资源、造成环境污染，甚至发生渣土失稳垮塌等安全事故，如深圳光明新区渣土受纳场滑坡事件。因此，如何变废为宝，实现工程废弃渣土再利用，对贯彻节约资源和环境保护基本国策，加快建设资源节约型、环境友好型社会的总目标具有重要战略意义。我国工程渣土的资源化利用基本处于起步阶段，在所有建筑固废中渣土类废弃物的利用率最低。对于建设规模较大的城市，大规模的工程渣土排放较大程度依赖于异地处置，以及低效初级利用，如低洼地填埋、基础回填、矿坑回填、围海造田等；缺乏规划和实施计划，高度不可控。目前工程渣土资源化利用主要有烧结制砖、非烧结制砖、制陶和路基填料回用等几个方式，而多数资源化利用方式均要求掺入其他骨料和添加剂，原料的级配有一定要求，因此通过资源化利用方式处置大规模的普通弃土较为困难，造成利用率很低；同时渣土类废弃物运输与处理、再生建材产品生产以及应用的中间转运环节多，各个环节处于脱离状态，未能形成产业链，造成成本过高。目前，道路基础、基槽回填等工程施工中还需要大量的混凝土或土方等回填材料。肥槽回填常见的回填材料包括压实与非压实两大类。压实材料有素土、灰土混合料；采用素土回填，受作业空间和填料本身性能的限制，密实度和后期强度均难以保障；灰土混合料的掺料多为石灰、水泥类；石灰对土体强度提高有限，进展缓慢，水稳性也较差；水泥成型的土体干缩性较大，体积稳定性差，且工程成本较高。具有代表性的非压实回填材料有混凝土、气泡混合轻质土、流态粉煤灰等，但存在原材成本高、后期基础维修难度大的问题。近几年来，通过在工程弃土中加入固化剂改善土体性能用作回填材料，但所用固化剂通用性较差，一种固化剂只能提高一两项材料的性能，无法适应耐久性、耐水性、抗冻融等多方面要求。为解决在各类工程基槽回填，特别是竖向不规则、作业空间狭窄的情况下存在施工效率低下、回填质量难以保证、渣土资源化利用率低、人工消耗量大的难题，研究以渣土为主要原材料的新型基槽回填材料，在满足施工要求前提下提高渣土的利用率。1 新型流态基槽回填材料研究新型流态基槽回填材料是以建筑基坑弃土为主要原材料，掺入一定比例的固化剂和水，充分拌和均匀后，形成的一种具有一定强度、自密实性、高水稳定性、低渗透性和保持长期稳定等特性绿色低碳材料。选取不同地区废弃渣土，经预处理后，通过室内试验研究新型基槽回填材料的特性，并确定配合比。对固化剂不同掺量的同体积同类渣土固化试块进行吸水试验，结果如图1所示。吸水量随着养护时间增加整体呈下降趋势；固化剂掺量为0.1%时，吸水量整体最小。图1 不同固化剂含量的填筑料吸水量测试对28d龄期现场用自密实填筑料（添加激发剂）和粉煤灰水泥土（无激发剂）进行了SEM试验，两者典型微观结构如图2中的（a）和（b）所示（整体结构约为200μm×200m）。比较发现自密实填筑料整体结构比粉煤灰水泥土更致密和均匀（表1）。图2 SEM试验典型图（a）自密实填筑料；（b）粉煤灰水泥土表1 新型流态基槽回填材料特性（掺量为0.15%同一配比固化剂）通过试验确定28d无侧限抗压强度不小于0.5MPa；流动扩展度控制在150~180mm；初凝时间不小于3h；填筑料湿密度不低于1400kg/m3，如图3~图5所示。图3 坍落度试验

图4 渗透系数实验图5 抗压强度试验2 新型绿色低碳回填施工技术新型绿色低碳回填施工技术是将施工现场的渣土、固化剂和水按一定配比进行搅拌，形成满足施工技术要求的流态基槽回填材料，通过溜槽或泵送到各类肥槽、基坑、矿坑，进行回填施工，无需分层碾压和振捣，自密实。施工工艺涵盖填筑料的制备、填筑、养护及验收工艺，工艺流程图如图6所示。在制备新型流态基槽回填材料前需对原材料进行检验，确定配比；采用智能搅拌设备将渣土类建筑垃圾、固化剂、水按一定配比搅拌均匀，制成满足施工要求的自密实填筑料，并通过泵送或溜槽的方式将成品运送到施工作业面进行填筑，填筑后实施养护，并进行检验与验收。图6 施工工艺流程3 工程应用3.1 工程概况河北建投雄安·金湖未来城项目规划总用地面积69.41万m2，项目共分为6个标段，本标段为第二标段。位于56宗地E3路以南、奥威东路以北、N 11路以东、N 14路以西（不含绿地、市政道路）。地下建筑面积13.619172万m2，主要建设内容为人防、停车库、配套市政公用设施。该项目旁边为人造湖泊，水位较高，需要加强抗渗防渗功能。如图7所示，回填区域紧邻N3和E3市政道路，市政道路动荷载对肥槽挤压形成不均匀沉降，危害道路与结构主体安全。基坑肥槽狭小，回填区深度过深，人员施工时存在较大安全隐患。为确保工程质量及施工安全，在符合规范设计要求的前提下实现降低成本造价的目的，拟采用流态填筑料进行溜槽或泵送的方式回填肥槽，回填施工质量要求28d抗压强度0.8MPa以上，渗透系数≤0.1m/d（等同亚粘土）。图7 施工现场照片3.2 施工过程根据现场情况，采取土场设置搅拌站，罐车运输到回填现场采用溜槽或泵送回填方式，如图8所示。基层处理经监理单位签字验收合格后方可回填施工；拟回填肥槽未封闭部位采用木模板支设，模板支设应符合相关验收要求；填筑施工应连续进行，拌合物从搅拌机出料后，采用泵送输送至回填部位，无需振捣（图9）；施工完毕，采用覆土或塑料薄膜覆盖养护。

图8 回填施工成套系统

图9 泵送回填3.3 施工效果现场浇筑养护后的效果图如图10所示，浇筑前留样，经室内试验检测，回填材料28d后抗压强度不小于0.8MPa，满足施工要求。图10 回填效果4 结论为解决由于回填空间狭窄、回填深度大、回填夯实难度大、现场不易管控等原因造成回填质量难以保证的问题，通过理论分析、试验和示范研究了以渣土为