再生填料在市政道路的应用研究及生命周期评价

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随着城市化进程与基础设施建设的不断加快,产生了大量建筑固体废弃物;由于拆除的建筑物多为砖混结构,建筑固体废弃物中烧结粘土砖占据较高比例。本文以废弃粘土砖生产再生填料,并取代天然填料用于市政道路工程。通过成型性研究确定级配后,对再生填料的路用性能及石灰稳定再生填料的反应机理进行研究,并通过试验路段对再生填料的性能进行现场检测;最后,基于生命周期评价理论,对废弃粘土砖再生填料在市政道路工程应用的环境影响与经济效益进行定量分析。研究结果表明,废弃粘土砖再生填料的承载比为150%,掺加石灰后再生填料的承载比超过250%;石灰稳定再生填料的抗压强度随养护龄期增加也有明显提升,28d抗压强度较1d时增加120%~175%;同时,石灰的掺入还有利于改善再生填料的耐水稳定性与干缩性能。石灰稳定再生填料的石灰剂量随龄期增加而降低;累积放热量持续增加;微观形貌显示再生填料颗粒间相互连接,且结构更加密实。上述结果均表明,烧结粘土砖为主要成分的再生填料在击实条件下能直接与石灰发生火山灰反应,并改善再生填料的性能。但石灰掺量较高时,过量石灰未能及时参与反应,对再生填料的承载比与抗压强度等性能产生不利影响,本研究中再生填料的最佳石灰掺量为3%~4.5%。再生填料用于路床的试验路段检测结果表明,碾压5遍后的压实度均超过95%,承载力达到400k Pa,弯沉值低于1.6mm;而由于粘土砖与石灰间火山灰反应的持续进行,掺加3%石灰的Ⅱ型再生填料用于底基层的强度随养护龄期增加有明显提升,底基层养护30d后的承载力较1d时增加了141.75%,弯沉值降低了73.47%。再生填料用于市政道路底基层及以下部位的相关性能均满足相关标准要求。生命周期评价结果表明,废弃粘土砖再生填料在市政道路工程的应用,对全球气候变暖、酸化以及固体废弃物等环境影响指标的影响较为明显。相比于水泥稳定碎石与石灰稳定土,在底基层应用1t石灰稳定再生填料的环境效益为10.136元,并节约应用成本70.588元;在路床应用1t再生填料的环境效益为7.396元,但增加应用成本29.539元。填料的生产或购置费用以及运输距离是影响环境效益与建设成本的关键因素,通过合理规划再生利用加工厂的位置以降低运输距离,或根据实际情况选用固定式或移动式生产设备等方式,能有效降低建筑固体废弃物再生利用过程的环境影响与应用成本。
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