綠色混凝土在輸水渠道襯砌改造中的應用

韓 鵬，劉旭浩，徐子龑

（1.山東省調水工程運行維護中心，山東 濟南250100；2.平度市水利水產局，山東 平度266700；3.水發建設集團，山東 濟南250102）

山東省引黃濟青工程自1989年通水至今已經運行30年，部分渠段在水位變幅區因凍脹破壞，造成襯砌混凝土板坍塌，裂縫嚴重，雜草叢生；部分地下水位高、渠道水位變幅大的渠段，襯砌渠坡上的排水設施因淤積阻塞排水效果差，造成揚壓力過大，造成渠道襯砌破壞，以上兩方面原因不僅造成渠道運行維護成本高、維護難度大，同時糙率加大，制約渠道過流能力，影響正常通水運行。因此，必須對襯砌渠道實施改造修復工程。根據引黃濟青該擴建初步設計（2014年批復），引黃濟青渠道襯砌修復改造過程中，將拆除襯砌板約24萬m3，如直接簡單作為建筑垃圾進行處理，會造成資源浪費和生態環境破壞。對廢舊混凝土襯砌板進行處理和再利用，是保護環境、節約資源的最好途徑[1]。前期，山東省調水工程運行維護中心在引黃濟青改擴建工程中根據工程現狀直接復用約30%廢舊混凝土襯砌板，但仍有70%需要處理。為進一步在渠道襯砌改造過程中貫徹綠色、可持續發展的思路，山東省調水工程運行維護中心開展了廢舊混凝土襯砌板再生骨料生產綠色混凝土的有關研究。

1 工程概述

目前水利工程尤其是調水工程中再生骨料和綠色混凝土的研究和利用仍處于起步狀態，但隨著我國調水工程數量、規模的進一步擴大和調水工程運行投產時間的增加，再生骨料和綠色混凝土的應用也將越來越廣泛。結合2015年開始實施的引黃濟青改擴建工程，山東省調水工程運行維護中心選定改擴建工程東營段渠道襯砌改造工程開展綠色混凝土預制襯砌的試驗，主要考慮該段所處區域天然骨料貧乏，廢舊混凝土襯砌版存量大，實施試驗可以部分減少外購的骨料，實現廢舊混凝土襯砌版再利用。2018年，山東省調水工程運行維護中心組織山東省水利科學研究院、山東省青州市水利建筑總公司、山東省水利勘測設計院及山東省水利工程建設監理公司開展了現場試驗。先后完成了再生骨料的生產、性能測試、綠色混凝土配合比試驗、綠色混凝土襯砌板的現場預制等工作。主要完成以下研究內容：

2 再生骨料的生產

廢舊混凝土襯砌板通過破碎、清洗、篩分等程序后制成再生骨料[2]。在這個過程里一般需要進行過多次的破碎和篩分，但本次試驗廢舊混凝土襯砌板由于尺寸較小，只進行一次破碎，而為了提高破碎產物的成品率，需要進行多次篩分。本項研究中主要使用1416（破碎箱體寬1.4 m，高1.6 m）錘式破碎機進行破碎。根據渠道襯砌改造工程需要，設置三種規格的篩板篩分生產10～20 mm的粗骨料、5～10 mm的細骨料和5 mm以下的再生砂，生產流程如圖1：

圖1 再生骨料生產流程圖

由于舊混凝土襯砌板預制配合比中最大粒徑骨料為40 mm，破碎后生產的再生骨料中粒徑超過20 mm以上的極少。

3 再生骨料及綠色混凝土產品性能

由于設備選型合理，生產粗骨料內基本不混雜水泥屑，表面基本不附著粉末。廢舊混凝土襯砌板破碎生產的細骨料所檢測指標除細度模數外，其它檢測指標符合《水工混凝土施工規范》（DL/T 5144-2001）的相關要求，細度模數可通過增加破碎次數滿足要求（本次主要研究10～20 mm的再生骨料制作綠色混凝土，未進行進一步的破碎），詳細指標見表1。

表1 再生細骨料檢測表

粗骨料所檢測指標符合《水工混凝土施工規范》（DL/T 5144-2001）的相關要求，詳細指標見表2。

表2 再生粗骨料檢測表

使用再生骨料的綠色混凝土配合比試驗試塊（設計標號C30W6F150）28 d齡期抗壓強度為38.6 MPa，工程現場預制試塊28 d齡期抗壓強度達到36.9 MPa，抗凍和抗滲均滿足要求。

4 效益評價

4.1 經濟評價

1）產品產出效率。根據現場測定，每單位重量（噸）的廢舊混凝土襯砌板可以產出10～20 mm再生骨料34.3%、5～10 mm再生骨料9.82%、5 mm以下的再生砂29.63%，20 mm以下可利用再生骨料綜合產出率為73.75%。

對比該部分廢舊混凝土襯砌板當時預制配合比（每立方米混凝土中：水泥282 kg、砂650 kg、20～40 mm骨料723 kg、5～20 mm骨料592 kg、水145 kg）中骨料的使用情況，骨料再生率約為89.78%。

2）生產成本分析。通過對破碎混凝土舊板生產再生骨料過程中使用的機械、材料等計算，全部再生骨料的生產費用約為30元/t，僅計10～20 mm再生骨料時為63元/t。同期工程周邊的天然粗骨料單價約70元/t（110元/m3，1 500 kg/m3）。在滿足性能的條件下破碎生產再生骨料的費用優于購買天然骨料的費用。若在做好環境保護、生態保護措施的前提下，臨近廢舊混凝土襯砌板產生地進行破碎生產，可利用渠道水源、減少運輸距離，成本還可進一步下降。另一方面，結合舊板復用利用（30%復用），舊板利用率可達到81.6%，僅剩余不到20%破碎殘余需要進行處置，較大的降低廢舊混凝土襯砌板處置所需的經濟成本。從經濟上分析是可行的。

4.2 生態效益評價

1）降低了天然骨料的開采利用。天然骨料資源有限，石材的開采不僅損壞山體植被、造成水土流失，破壞生態環境[3]，而且產生的粉塵、廢水對生態環境也有破壞作用。通過廢舊混凝土襯砌板生產再生骨料，既避免因開采天然骨料造成的環境破壞問題，又可在骨料生產方面實現可持續、綠色發展。

2）降低了處置廢舊襯砌板所需的土地資源。廢舊混凝土預制板如作為建筑垃圾進行填埋處置，占用土地資源，污染環境。按照我國當前建筑垃圾處理現狀計，每萬噸建筑垃圾占地0.17 hm2[4]，引黃濟青改擴建產生的廢舊襯砌板處置需占用土地10 hm2。通過再生骨料生產結合舊板復用可以降低土地占用，保護生態環境。

3）避免廢舊襯砌版亂堆亂放造成的環境污染。廢舊混凝土襯砌板亂堆亂放造成的環境污染問題主要表現在風化后產生的粉塵顆粒方面。由于廢舊混凝土襯砌板長時間裸露，受風化作用，逐漸破碎生成粉塵顆粒，對大氣和水造成污染。通過再生骨料生產，可以從源頭減少環境污染。從生態效益、保護生態環境上分析是必要的。

5結語

通過以上分析可知，調水工程渠道襯砌改造中使用再生骨料和綠色混凝土預制襯砌是可行的，可以有效的降低預制襯砌的成本，降低對天然骨料資源的開采利用，保護土地資源，保護生態環境。下一步應結合工程實際一是在工程中對綠色混凝土預制襯砌進行應用檢驗；二是根據引黃濟青改擴建工程現場情況增加再生骨料的應用方式；三是完善再生骨料生產流程，對再生骨料生產所需占地、水、電、機械等進行優化，提出再生骨料及綠色混凝土生產與渠道襯砌改造工程相結合的最優方案。同時，結合引黃濟青改擴建工程研究再生骨料和綠色混凝土的應用，可對我國眾多調水工程的改建、擴建等提供參考借鑒方案。