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陕 西 省 交 通 建 设 集 团 公 司

SHAANXI PROVINCIAL COMMUNICATION CONSTRUCTION GROUP

陕西西咸北环高速公路建设再生建筑垃圾应用实践

张东省 教授级高工

陕西省交通建设集团公司 副总经理

2015年8月

据相关资料反映,全国每年产生的建

筑垃圾达20多亿吨,使我国成为世界上建筑垃

圾排放量最多的国家之一,“十二五”期间,

仅西安市将新增建筑垃圾2亿多吨,垃圾累计

总量达到5亿吨以上,但资源化利用率不足2% 。

建筑垃圾是指在对建筑物、构筑物的建

设、维修、拆除和装修的活动中产生的对建筑物

本身无用或不需要的排出物料。主要来源道路开

挖、建筑工地施工、旧建筑拆除。

一、项目背景

一、项目背景

◆应用现状

目前,建筑垃圾回收利用主要集中在市政、建筑领域,用来制作成混凝土骨料、再生砌块、铺道砖等,应用时对建筑垃圾中的渣土还要剔除。应用效益低。

一、项目背景

另外, 传统资源的无节制开采,对生态环境破坏严重;城市化进程及基础设施的快速发展,造成了传统资源的极度短缺。公路交通行业可持续发展与碎石、砂砾等地材短缺的矛盾日益突

出。

建设面临资源短缺

一、项目背景

建筑垃圾替代部分传统材

料,作为路用材料,是降低工程造价,弥补资源短缺的很好途径。

公路

建筑垃圾再生材料是传统路用材料的理想替代品

二、西咸北环高速公路工程概况

西咸北环线高速公路是国高网连霍高速公路临潼至兴平段的并行线,是“关天经济区发展规划”和“西咸新区”确定的交通建设重点工程。全长122.61公里,设计时速120公里/每小时,双向六车道高速公路建设标准。计划于2015年建成通车。

陕西省交通运输厅在广泛调研的基础上,确定了“建筑垃圾再生材料在公路工程中大规模综合利用关键技术研究”总课题,成立了由冯西宁厅长亲自担任组长的课题领导小组,组织长安大学、西安建筑科技大学、西安公路研究院等高等院校和科研机构进行科研攻关。

邀请中国工程院徐德龙、李佩成院士以及王秉纲、陈家珑、沙爱民等国内知名专家对科研方向进行论证,对科研工作进行指导。

徐德龙院士现场指导李佩成院士与会指导陈家珑教授与会指导

总课题下设10个子课题,从建筑垃圾的收集、加工、分离、分类、性能、设计、施工应用、污染控制、定额、政策、经济和环境效益等方面开展研究。

序号课题名称

总课题建筑垃圾在公路工程中规模化综合利用的关键技术研究

子课题1规模化加工建筑垃圾再生材料综合技术研究

子课题2建筑垃圾再生材料在路基工程中大规模应用关键技术研究

子课题3建筑垃圾再生材料在特殊地基处理中的应用研究

子课题4建筑垃圾再生材料在路面工程中的应用研究

子课题5建筑垃圾再生材料在预制构件及附属工程中的应用研究

子课题6建筑垃圾再生材料在公路工程中大规模应用设计方法研究

子课题7建筑垃圾再生路用复合材料开发研究

子课题8公路工程大规模应用建筑垃圾再生材料的环境影响研究

子课题9建筑垃圾再生材料大规模应用政策研究

子课题10建筑垃圾再生材料大规模应用定额研究及经济效益分析

建筑垃圾再生材料在特殊地基处理中的应用研究

研究建筑垃圾再生材料处理湿软地基、建筑垃圾桩处理湿陷性黄土地基的设计参数、材料要求、施工质量控制和检测标准,通过室内试验和现场试验段施工,解决了建筑垃圾再生大粒径粒料处理湿软地基的质量控制难题,提出了建筑垃圾桩原材料规格、级配要求及建筑垃圾灰土桩的最佳灰剂量及干密度,并埋设XBHV-10型分层沉降仪对湿陷性黄土

地基和湿软地基处理后的分层变形情况进行长期观测总结。

建筑垃圾桩试件

建筑垃圾再生材料在路基工程中大规模应用关键技术研究

研究建筑垃圾再生材料应用于路基填筑的原材料技术要求、施工工艺、质量控制标准和检测方法。通过室内试验和现场试验段施工,研究形成《公路工程应用建筑垃圾再生材料检验试验细则》、《公路工程应用建筑垃圾再生材料路基施工技术指南》、《公路

工程应用建筑垃圾再生材料质量检验评定办法》。

EVD动态回弹模量检测

路基沉降监测

建筑垃圾再生材料在路面工程中的应用研究

研究建筑垃圾再生材料应用于路面底基层、基层中的材料分类及其性能指标、配合比设计方法、均质性控制措施、检测评定方法。通过室内试验和试验段施工,提出了建筑垃圾再生材料应用于路面基层的技术指标及标准、最佳建筑垃圾掺配量及集料配合比,总结建筑垃圾再生材料在路面工程中应用的技术,编制《公路工程应用建筑垃圾再生材料路面施工技术指南》。

掺量20%基层试件现场取芯样

建筑垃圾再生材料在预制构件及附属工程中的应用研究

研究建筑垃圾再生材料应用于不同强度要求、不同部位预制构件

的材料分类及其性能指标,提出了材料技术要求和施工工艺;研究预

制构件中建筑垃圾再生材料不同掺配比例和配合比设计方法、施工技

建筑垃圾再生材料在公路工程中大规模应用设计方法研究

研究建筑垃圾再生材料用于公路工程不同部位的设计指标和设计要求;研究建筑垃圾再生材料路基设计的各类断面形式,提出建筑垃圾再生骨料在预制构件、附属工程中应用的设计指标及要求;编制《公路工程应用建筑垃圾再生材料设计指南》。

规模化加工建筑垃圾再生材料综合技术研究

研究建筑垃圾料源分布和料源特性,研究建筑垃圾规模化加工厂规划和设计,研发制造建筑垃圾再生材料生产设备,研究材料分类加工和回收方法,研究加工生产环境保护措施,进行成本与效益分析。编制《公路工程应用建筑垃

圾再生材料生产操作指南》。

基于形状分离的砖砼分离设

建筑垃圾再生路用复合粉体材料开发研究

研究建筑垃圾再生材料物理、化学活化技术,研究复合粉体材料代替部分水泥在路面基层和砼预制构件中应用,进行技术经济分析,比较其与传统材料的成本优劣,研究路用复合粉体材料加工方法、施工工艺、质量控制指标和检测评定方法。

公路工程大规模应用建筑垃圾再生材料的环境影响研究

研究建筑垃圾的污染源解析和建筑垃圾再生材料在路基中释放动力学特征,评价建筑垃圾再生材料在生产、运输、使用环节中对环境的影响以及用于公路工程的环境效益分析,建立污染质在路基下的迁移转化数学模型。并对

建筑垃圾再生材料填筑路基进行长期环境监测。

收缩性能测试

粉体材料

建筑垃圾再生材料大规模应用定

额研究及经济效益分析

研究建筑垃圾再生材料在公路工程中的应用特点,系统编制了建筑垃圾再生材料生产加工、公路工程应用及相关工程机械台班费用定额,解决了建筑垃圾材料在公路工程广泛应用的计价

依据问题。

建筑垃圾再生材料大规模应用政策研究

通过分析研究建筑垃圾的产生、收集、运输、加工生产及利用这一完整的过程,归纳在执法、管理、税收、优惠政策利用等方面存在的问题,分析其原因并提出解决途径。对现有政策进行研究,结合国内外先进经验提出政策建议,为政府制定政策和决策提供参考依据,总结经验

,为后续建筑垃圾的生产、应用提出指导和建议。

运输

本科研项目已被列入:

◆交通运输部2013年度建设科技项目

◆2012年度陕西省科学技术研究发展计划项目

◆2012年陕西省科技统筹创新工程计划战略性新兴产业重大产品(群)项目

◆陕西省交通运输厅2011年度交通科技项目

为确保建筑垃圾再生材料

各项科研工作的顺利开展和后续大规模综合利用的科学实施,

先后在西咸北环线高速公路设置了地基处理、路基填筑、路面基层、小型预制构件4个类

别7处试验段供科研进行试验。

试验段位置

路基填筑

LJ-2合同段:AK0+735~AK0+900

LJ-5合同段:K34+470~K34+770

LJ-6合同段:K47+670~K47+870特殊地基处理

LJ-9合同段:K80+476~K80+805

LJ-11合同段:K114+533~K114+733小型预制构件LJ-9合同段:K91+925~K92+866路面工程LM-3合同段K82+500~K87+500

建筑垃圾再生材料技术应用

为积极响应国家和交通运输部节能减排号召,陕西省交通运输厅以转变交通发展形式、打造绿色交通、实现科学可持续发展为宗旨,率先在西咸北环线高速公路大规模开展建筑垃圾再生材四、规模应用 创示范

四、科研攻关

生产加工

技术

路基填筑技术

地基处理技术

路面基层铺筑技术

预制构件应用技术

四、规模应用 创示范建筑垃圾再生材料路用技术

西咸北环线高速公路建筑垃圾再生材料的综合利用,开启了科研、生产加工、应用这一系统、完整且创新的高速公路应用建筑垃圾新模式。

建筑垃圾再生材料

应用技术

路基

小型预制构件

地基处理

路面

建筑垃圾再生材料

运输

拉运到施工现场

路基初压

终压、路基成型

路面基层摊铺

路面基层碾压

路面基层成型

拌合料入模

预制构件实体

四、规模应用创示范

建筑垃圾再生材料在西咸北环线高速公路的综

合利用从最初的调研到大规模实施,历经了5年时间,

直接参与的领导、专家、科研、管理人员人数突破了360人。

前期调研

论证设计

室内试 验

工程招标

建筑垃圾再生材料地基处理、路基填筑试验段及大规模实施

建筑垃圾再生材料路面基层试验段及大面积实施

大规模

新技术

高质量

低成本

多用途

临建、地基、路堤、路床、路面、预制构件

570万吨

各项工程质量满足设计、规范要求

砖砼分离设备、EVD 检测、快速检测、建筑垃圾施工定额

社会效益、经济效益显

四、规模应用 创示范

为确保建筑垃圾再生材料综合利用工程实施,结合西咸北环线高速公路工程实际,通过对路线周边建筑垃圾料源调查,以料源补给可靠、方便施工、便于运输为宗旨,合理划分建筑垃圾供货标段,科学确定料场设厂位置。

阎良区石川河道S208泾河桥头

冯家

铁路北客站

韩家

八家

八家

东堡子村

西阳

咸阳

西

过塘

工业大学

医学

(一)路用建筑垃圾再生材料加工生产技术

韩家湾

铁路北客站

石川河道

八家滩

八家堡

西安工业大学

冯家滩

西咸北环线高速公路周边13处建筑垃圾料源实地照片

西安医学院

序号 地点 数量 (万方) 垃圾组成(%)

有效垃圾量(万方)

上路距离 (km)建筑垃圾 生活垃圾 砂土 1 阎良区石川河道

4 50 20 30 3 30 2 冯家滩 100 100 100 17 3 八家滩 200 60 10

30

180 20 4 八家堡村 80 100 80

20 5 西安医学院及周边

150 40 20 40 120 22 6 韩家湾 150 100 150

30 7 西安北客站广场周边 500 50 10 40 450 30 8 西安工业大学校园东 20 60 40 20 30 9 咸阳S208泾河桥头 5 60 20

20 4 6 10 兴平市西阳村 150 100 150 15 11 咸阳西收费站周围 200 70 30

200 20 12 兴平市过塘村 120 100 120 17 13

兴平市东堡子村 80 100

80 13

西咸北环线高速公路周边13处建筑垃圾料源储存数

通过公开招标,确定了3家建筑垃圾加工单位,在兴平西吴立交、泾阳永乐店、斗门镇建设3处建筑垃圾固定加工厂,在西安北郊八家滩、长安区梦白村建设2处移动式建筑垃圾加工厂。为路基施工提供建筑垃圾再生材料272万m 3,小型预制构件0.65 万m 3,路面基层1.3 万m 3,临建工程106万m 3

。

为规范化管理,科学化实施,确保建筑垃圾再生材料数量和质量,专门组建建筑垃圾再生材料现场施工监理组,在所有加工现场安排专业监理工程师负责料源生产加工环节的

全天候监理工作。

通过分析料源组成成分和大量的试验,在体分选、风分选、光电分先、浮选、摩擦和弹跳分选等多种方式中选用了磁力分选—风力分选—筛分这一经济实用的杂物分离方法,为做好建筑垃圾加工过程中的污染防治,我们分别研究了振筛除尘、喷淋除尘、水洗除尘、脉冲除尘等多种除尘方式的性能,在上述研究的基础上,提出了经济型、典型型、综合型三种建筑垃圾加工设备组合及其生产工艺,并系统的对建筑垃圾加工厂进行了设计。

研发了基于形状和密度的砖砼分离设备。

基于形状和密度两种分选方式的砖砼分离设备,将建筑垃圾中的砖块和混凝土块分离,分离后砼块中砖含量可控制在10%以下,这一技术填补了国内空白。

四、规模应用 创示范

(二)建筑垃圾再生材料路基填筑技术应用

质量控制体系优化

施工工艺优化

耐久性能评价

建筑垃圾再生材料路基填筑技术应用

主要控制点

级配控制

原材料控制

施工工艺控制

含水量控制

质量控

杂物含量<0.1%(建筑领域<1%)原材料控制:

级配要求:类别

大于4.75mm颗粒含量

(%)

大于0.075mm颗粒含量

(%)

最大粒径

(mm)

建筑垃圾填料

应用部位Ⅰ类 50-8090-10060路床

Ⅱ类40-7090-100200路堤

四、规模应用创示范

施工工艺控制:

对于路基填筑而言,建筑垃圾再生材料与砂砾材料很多工艺相似,但由于建筑垃圾的自身的特性,还存在很大的差异。

最大干密度、最大含水量的确定:

小于4.75mm 大于4.75mm

45%

50%

55%

65%

60%

70%

40%

含石量与

最大干密

度回归曲

线

最大

干密

度和

最佳

含水

量选

注意:现场施工时,

按照建筑垃圾再生材料

的实际含石量对号入座,

确定最大干密度和最佳

含水量。砖:砂浆:混凝土石试验结果粗料含量(>4.75mm颗粒质量百分比%)

15%30%40%60%80%

3:4:3

最佳含水量(%)9.310.010.511.311.9最大干密度(g/cm3) 1.91 1.90 1.88 1.89 1.87

4:3:3

最佳含水量(%)12.613.013.213.413.8最大干密度(g/cm3) 1.94 1.91 1.91 1.87 1.85

5:2:3

最佳含水量(%)11.311.913.113.814.2最大干密度(g/cm3) 1.89 1.87 1.91 1.89 1.81

5:3:2

最佳含水量(%)12.013.013.614.515.2最大干密度(g/cm3) 1.88 1.91 1.89 1.87 1.78

4:4:2

最佳含水量(%)12.014.014.415.814.8

最大干密度(g/cm3) 1.87 1.89 1.91 1.86 1.87不同含石量下的最佳含水量及最大干密度

含水量的控制:

第二次洒水

最佳含水量

的30%-40%

第一次洒水

最佳含水量

的60%-70%

闷料(2-4

小时)

渗透深度

>3/4厚度

查羊角

碾稳

最佳含水量

工艺改良:

路床中掺配1.5%的水泥剂量,有效解决路床局部弯沉代表值不满足要求的问题。

含水量控制

路床材料无侧限抗压强度试件

质量检测控制:

通过试验总结,采用轮迹法、压实度、沉降差、弯沉值、CBR 进行质量控制,并在公路工程中首次采用EVD 动态回弹模量方法,建立了压实度与EVD 动态回弹模量之间的线

性关系,即保证了施工质量又提高了检测效率。

EVD

检测

弯沉检测埋设沉降观测仪 建立了EVD与压实度之间的关系。

对建筑垃圾进行破碎、筛选,去除杂质后,使用20cm以下建筑垃圾再生材料用作路堤填筑;筛分6cm以下的建筑垃圾再生粒料用作路床填筑。在主线、立交匝道、服务区共计60.59Km 的路基、路床填筑中大规模使用建筑垃圾再生材料410万吨

。

建筑垃圾再生材料

路基

工程应用

四、规模应用 创示范

路堤施工

路床施工

设计参数的确定

材料选用标准

质量控制标准

检测评价标准

核心技术

1建筑垃圾再生材料湿软地基处理2

建筑垃圾再生材料桩地基处理

(三) 建筑垃圾再生材料在特殊路基处理中的技术应用

由于空隙率较大,常规方法无法测定压实度。技术难点:

采用筛分出的大粒径(8-24cm)的建筑垃圾再生块料应用于软土地基处理,替代传统的砂砾或漂卵石。

应用技术

密度测试

◆碾压后密度增加了50%。建筑垃圾再生材料破碎细化,级配变好,

密实度大幅提高。

弯沉试验

◆弯沉代表值70.4(0.01mm),小于设计值100(0.01mm),满足设

计要求。

静载试验

◆承载力特征值按相对变形值确定,取s/d=0.01(d为载荷板直径)

对应的荷载作为承载力特征值,平均值为320KPa,完全满足工程要求。

湿软地基处理

四、规模应用创示范

建筑垃圾再生大块料有效解决了西咸北环线高速公路局部湿软地基灰土碾压后反弹及承载力薄弱问题。

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