鲁智勇

(湖南路桥建设集团公司)

高速公路大修中,铣刨后的半刚性基层材料大量废弃,造成材料资源的巨大浪费、土地资源的占压,并引发一系列的环境问题。对铣刨后的半刚性上基层材料进行再生利用,以该材料作为刚性基层骨料,研究能抵抗重车、结构合理、经济耐用的再生集料刚性基层结构,提高路面结构的耐久性能。在缺乏石料地区,半刚性基层材料的再生利用对保护环境与资源,降低工程建设成本,抵抗重载交通,延长路面结构使用寿命,都具有重要的经济和社会意义。

1 二灰碎石再生集料的回收利用工艺流程

(1)如何使建筑垃圾中废弃混凝土破碎后成为再生骨料,加工工艺如何;

(2)生产出的再生骨料性能如何,与普通天然骨料在性能上有何差异;

(3)如何将再生骨料用于工程建设,用于工程建设后效果(强度、耐久性)如何。

再生骨料的回收利用工艺可分为两种方式进行:第一种方式是在建筑工地直接对建筑垃圾进行加工,经过较为简单的破碎、筛分、分选、洁净工序后产生再生骨料,直接将其用于工程建设。这种方式简单易行,便于现场操作,节约了时间和运输费用。第二种方式是专门构造建筑废料再加工厂,配备各种工艺所需的设备和专门的工作人员,精细地操作,有条不紊地按照操作流程生产出高质量的再生骨料。

由于室内试验研究使用的再生骨料用量较小,通常铣刨后的二灰稳定碎石质量较好,基本上没有杂质和污染,因此采用最简单的生产方式,如图 1所示。

2 二灰碎石再生集料刚性基层的配合比设计

2.1 刚性基层配合比设计要求

对再生集料(铣刨的二灰碎石基层)进行如下试验:粗集料压碎值试验、粗集料针片状含量试验、集料堆积密度及空隙率试验、集料密度及吸水率实验等,其中压碎值为33.14%,远大于规范所要求的上限 15%,表观密度为2.449cm3,小于规范所要求的下限 2.59cm3,且再生粗骨料集料的吸水率达到 3.91%。可见该再生集料具有压碎值大、表观密度小、吸水率大且吸水速率快、细集料多为粉尘和二灰等特点。

根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》和《公路水泥混凝土路面设计规范》,进行混凝土的配合比设计,混凝土的设计标号为C20,规范要求粗集料的最大工程粒径不应大于 31.5mm,对再生集料、新加入的碎石进行筛分实验,经试验调整,确定两中比较好的配合比。

2.2 刚性基层配合比设计

(1)设计粗集料级配。

规范规定的粗集料级配范围、再生集料、新加入的碎石的筛分级配见表 1,设计级配曲线见图 2。

图 1 最简单的再生骨料生产方式

图 2 设计级配曲线

(2)刚性基层的配合比。

确定配合比参数:水灰比的计算和确定据粗集料类型

细集料采用中粗砂,符合规范要求。

表 1 设计粗集料级配

续表1

高速公路水泥混凝土路面设计抗折强度 5MPa,取强度施工保证率 1.02.28d弯拉强度取为 5.1MPa,水泥用42.5#,实测28d抗折强度 7MPa,砂率为 34%,坍落度为40mm,由以上公式计算水灰比为 0.436,单位用水量为143.4kg,单位水泥用量为 328.4kg,假定混凝土密度法验证调整确定:混凝土密度为 2330kg/m3。单位用粗集料为1226kg,单位用细集料为 632kg。经试验最终确定水泥混凝土的配合比如表 2。

表2 再生集料混凝土的配合比

2.3 试验结果

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》对上述配合比的再生骨料混凝土分别养护 7d和 28d的抗压强度、劈裂强度、抗压弹性模量、弯拉强度、弯拉弹性模量等进行的室内试验研究,试验结果表 3所示。

(1)由表 3中的试验结果可知,该配合比再生骨料混凝土的抗压强度、劈裂强度、轴心抗压强度都高于相应的 C20混凝土的规范值,符合实际工程的设计要求;由于再生骨料比天然骨料表面多了一层硬化灰浆,硬化灰浆强度低,且二灰碎石半刚性基层在铣刨的过程中致使再生骨料内部产生微裂缝,因此,再生骨料混凝土的弯拉强度(4.12MPa),低于设计强度(5MPa),但是符合实际工程的要求;该配合比再生骨料混凝土的模量与普通混凝土相差不大,符合路面使用性能的要求。

(2)该配合比再生骨料混凝土的强度指标以及模量随龄期的变化有以下规律:两种配合比的再生骨料混凝土的强度指标以及模量均随龄期的增加而增长,增长的趋势基本上一致。

表 3 再生骨料混凝土的强度试验结果

3 二灰碎石再生集料刚性基层施工技术

3.1 工程概况

试验路段全长 270m,宽 11.5m,路面的结构形式是29cm二灰土+12cm二灰碎石下基层 +22cm再生集料刚性基层 +6cm中粒式沥青混凝土 +4cm细粒式沥青混凝土。再生集料刚性基层试验路段共有四种结构形式,施工要求严格施工工艺和质量控制。

试验路段施工要求严格施工工艺和质量控制。试验路铺设一年后,对其进行了无侧限抗压强度、模量和弯沉值检测,并对结果进行了分析,最后探讨了再生集料刚性基层的路用性能优势。根据再生集料刚性基层的设计方案,研究了相应的施工方案。

3.2 施工技术

试验段路面的各结构层中,面层按照普通生产路段铺筑。铺筑过程中重点研究再生集料刚性基层的施工技术。

(1)钢筋网的铺设。

施工前应确保运送再生混凝土的道路基本平整、畅通,不得延误运输时间或碾坏基层。底基底清理干净之后,开始铺设并固定钢筋网,底基底清理干净,包括将局部凸出不平处凿平,剔除虚渣,并用高压风(水)冲洗干净。

①试验路段 1:该段不设钢筋网。

②试验路段 2:该段铺设一层钢筋网,钢筋网距离刚性基层底部的距离为3cm。钢筋网采用直径8mm的I级钢筋点焊网,网眼尺寸为 10cm×10cm,纵向钢筋网片搭接尺寸为 20cm,接头搭接处采用绑扎连接方式。

在清理干净的底基层顶部,用高度为 3cm的混凝土垫块将钢筋网垫起,保证钢筋网距离刚性基层底部的距离为3cm,图为该段钢筋网的固定。

(2)施工过程。

①再生混凝土的拌和:采用强制式混凝土拌和机集中拌和,拌制混凝土时,准确掌握配合比,以保证混凝土配量的精确度。在拌和前要按拌合物的设计要求,对搅拌设备标定水泥、粗细集料和水等材料的准确配合比。

②再生混凝土的运输:运输再生混凝上时,针对水分蒸发和拌和物易发生堆积、离析等问题要作相应的考虑处理。

③再生混凝土的摊铺:采用人工摊铺,摊铺按边缘、板角、接缝处顺序进行,应用铁锹反扣,严禁抛掷和楼耙,防止再生混凝土拌和物离析。

④再生混凝土的振捣:认真处理好基层边角部位,不留强度薄弱区,以求再生混凝土基层全宽范围内均匀密实。振捣时功率选择要适当,既要振捣密实,又要保证不产生大的分层离析。

⑤拆模:当再生混凝土达到一定强度后,即可拆除模板,一般 1～2d即可拆模,拆模时必须小心,不要碰伤再生混凝土基层的边角。

⑥切缝处理:横缝切缝间距为 10m,切缝深为 5cm,由于施工现场昼夜温差小于 10℃,采用硬切缝的方式。

⑦施工缝:由于施工不连续或每天工作结束时,需设置工作缝,非特殊情况,工作缝应设在缩缝位置,做成平缝形式,不设传力杆,以免设置不当造成再生混凝土板破碎或隆起。施工缝端部应平整、光洁、无麻面。

⑧养生:再生混凝土路面完成后,及时养生,养生时严禁车辆通行,养生时间为 14d。

⑨洒布粘层油:刚性基层拉毛结束之后立即洒布粘层油,粘层油施工时,洒布粘层乳化沥青采用专用沥青洒布车;采用专用沥青洒布车喷洒粘层乳化沥青,洒布量为 0.3～0.5L/m。

⑩洒布石屑:石屑应避免出现针片状和粒径单一的原料,表面应无灰尘,并用助勃剂进;热包裹,以提高粘结力和改善外观。

[1]张亚梅.再生混凝土配合比设计初探[J].混凝土与水泥制品,2002,(1).

[2]杜婷,李惠强,吴贤国.混凝土再生骨料强化试验研究[J].新型建筑材料,2002,(3).

[3]胡玉珊,邢振贤 .粉煤灰掺入方式对再生混凝土强度的影响[J].新型建筑材料,2005,(5).