水泥穩定再生粗集料基層配合比設計應用實踐研究

謝道權

(安徽省高等級公路工程監理有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

安徽省合肥至安慶高速公路改擴建項目二標段，由安徽路港工程有限公司承建，派河特大橋和杭埠河特大橋上部結構近4000立方舊梁板混凝土，按設計要求全部拆除重建。為了能將拆除梁板的水泥砼加工后再次利用，經行業內專家論證后將橋梁破除廢棄混凝土為母材，經自加工生產水穩再生各規格粗集料，細集料為自采礦石加工。通過對加工后再生集料進行配合比設計，強度指標符合水泥穩定碎石基層設計和相關技術規范要求。用于本標段部分水穩基層施工，通過近兩年的通車運行質量較為穩定。

1 配合比設計

1.1 材料質量及要求

水泥經檢測各項指標符合相關技術規范要求，再生粗集各項指標經檢測符合《橋梁破除廢棄混凝土再生粗集料技術》要求；水拌和及養生用水應滿《公路路面基層施工技術細則》(JTGT F20-2015)的要求。 0～5mm細集料是自購礦料加工，經檢測質量符合技術規范相關要求。橋梁破除廢棄混凝土再生集料及自加工細集料級配見表1。

表1 各規格礦料篩分級配

1.2 混合料級配設計

為了控制基層施工后的干縮、溫縮裂縫，在配合比設計時，在能滿足無側限強度的前提下，盡量限制細集料和水泥用量；施工時嚴格控制各規格料的粉塵含量，含水量宜不超過最佳含水量的1%。

依據《橋梁破除廢棄混凝土再生技術與應用綜合研究》設計要求，結合工程實踐經驗，進行了混合料的級配設計，合成級配各篩孔的通過率能滿足規范設計要求。

合成級配見表2。

表2 級配礦料比例和合成級配

1.3 混合料擊實試驗

設計水泥劑量分別為3.8%、4.4%、5.0%時，含水量均按5.8%、6.8%、7.8%、8.8%、9.2%進行了重型擊實試驗結果如下：水泥劑量3.8%時，最佳含水量7.0%，對應最大干密度為2.274g/cm;水泥劑量4.4%時，最佳含水量7.3%，對應最大干密度為2.281g/cm;水泥劑量5.0%時，最佳含水量7.6%，對應最大干密度為2.287g/cm。

1.4 無側限強度試驗

依據水泥穩定再生混合料擊實試驗的最佳含水量及最大干密度，再按壓實度98%和標準試模體積計算混合料質量，進行室內無側限成型標準試件，按標準養生溫度和養生時間后進行強度試驗，試驗結果見表3。

表3 成型強度試驗結果

本設計中3.8%、4.4%、5.0%水泥劑量下的7d無側限抗壓強度代表值均大于3.0MPa。依據項目設計文件規定：底基層強度值：2.5～4.5MPa，基層強度值：4.0～6.0MPa。擬采用3.8%的水泥劑量進行水穩再生料底基層施工,擬采用5.0%的水泥劑量進行水穩再生料基層施工，無側限強度可以滿足設計要求。

2 水穩基層配合比試驗段驗證

依據室內配合比：再生集料(mm)(20～30)∶(10～20)∶(5～10)∶(0～5)=36∶19∶18∶27水泥用量5.0%，含水量按7.6%，在水穩拌和站進行生產拌料，進行K23+100～K23+340段左幅試驗段施工240 m。實際生產1 280 t料。水泥劑量檢測6次平均值為5.1%，含水量檢測5次平均值為7.5%。在不加水泥的傳送帶上取混合料進行水洗篩分試驗。混合料級配見表4。

表4 拌和機取料混合料篩分級配

經試驗段施工拌和站取樣篩分試，混合料級配符合設計要求。

對試驗段攤鋪現場水穩料取樣進行重型擊實試驗，實測結果最大干密度為2.285g/cm3混合料含水率7.5%。依據98%壓實度實度7.5%含水率和試模體積，計算試件裝料質量，靜壓法進行室無側限成型試件13個，室內標準養生6天，浸水1 d后進行無側限強度試驗,結果為強度平均值5.2 MPa、標準差0.564、變異系數 10.8%，經計算強度代表值4.28 MPa，符合基層設計值4～6 MPa要求。

現場壓實后經檢測壓實度6個點，分別為98.4%、98.5%、99.3%、98.7%、98.2%、98.9%壓實度符合設計及技術規范大于98%的要求。對水穩基層試驗段土工布覆蓋后灑水保濕養生7天，養生期間禁止重車通行，試驗段現場取芯試樣較為完整，如圖1、圖2所示。

圖1 水穩再生料基層取芯圖

圖2 水穩再生基層取芯圖

3 水穩再生集料與礦石加工集料比較分析

(1) 材料經濟成本分析：以合肥至安慶改擴建工程第二合同段安徽路港工程公司實際案例進行分析，從橋梁破除現場到運至水穩拌和站平均運距5.5 km，材料運輸和廢棄料初破分離、垃圾清運費平均每噸約22元。礦山采購礦石運拌和站加工點平均運距約38 km，礦石運至拌和站成本費用，考慮施工周期內的價格波動因素平均每噸約60元。兩者比較每噸母材費用可節省約38元。加工成品各規格碎石料每噸平均約85元，綜合比較水穩層成品集料單價每噸節省約40%～50%。

(2)再生集料與礦石加工集料社會效益比較分析：破除廢棄混凝土若不就地再利用，不僅對破除材料的運輸、存放、處理需要大量的人力財力，若存放與處理不當，對周邊自然環境也會造成一定的影響；如果公路工程建設領域中通過技術措施處理后能合理利用再生集料，就會減少對礦山資源的開采量，也是響應了國家近年來倡導保護自然生態環境，保護原生態資源的基本國策的具體舉措。

4 結束語

通過合肥至安慶改擴建高速公路項目再生集料配合比設計，再生集料質量、混合料級配、水泥用量、含水率及壓實度滿足技術規范要求時，通過對水穩基層試驗段施工保濕養生7 d后，現場基層取芯試樣較為完整，施工質量可以保證。所施工段落通過近兩年的通車運行后，經現場調查整體質量較為穩定。廢棄混凝土加工再生粗集料，實踐證明通過優化配合比設計和施工中改進技術措施，可以應用于公路水穩基層、底基層施工。再生集料再利用符合國家提倡節能環保新理念，經濟效益、社會效益俱佳，在工程建設領域中應用前景廣闊。