舊水泥混凝土路面再生集料在路面大修工程中的應用

文／廣東粵路勘察設計有限公司 李巍

0 引言

對于舊水泥混凝土路面大修工程，針對其路面病害的不同，目前廣東省內主要采用挖除重建、多錘頭碎石化以及打裂壓穩三種處治方案[1]。但挖除重建方案需將舊路面破碎后遠運堆放廢棄，不僅工程費用高，也無法再生利用舊水泥混凝土路面，同時還需占用大量土地，無法做到資源再生利用[2]。而沖擊壓實舊水泥混凝土路面板后加鋪和對舊水泥混凝土路面板碎石化后加鋪兩個方案，雖然也都能夠對舊路材料進行利用，產生環保效益。但它們所采用的施工機械在施工時振動較大，有可能對道路兩側的建筑物穩定性產生不利影響，同時由于兩種路面改造方案都需要對舊路結構進行補強，使得改造后的路面標高會比原舊路標高增加至少30～50cm，對沿線居民出行有較大的影響，故這兩種方案對于過圩鎮路段，道路兩側有較多建筑結構物及路面設計標高無法抬高過多的路段均不適用[2]。根據廣東省的實際情況，主管部門及設計單位提出了挖除舊水泥混凝土路面進行集中破碎加工，生產再生集料重新用于基層的思路。

2019年，選擇在國道G234線郁南段某路面改造工程項目中進行試驗。本路段為水泥混凝土，一級公路，改造里程11.7km。由于本項目道路兩側建筑密集，不適合進一步加高。故路面結構設計采用挖除舊水泥混凝土面板運到指定回收點集中堆放，加工處理后作為基層水泥穩定層的集料，本文詳細描述及分析舊水泥混凝土路面再生集料在路面大修工程中的應用，以期為類似工程應用提供借鑒。

1 再生集料的加工生產

水泥混凝土路面板再生集料的加工設備與一般天然集料的加工設備并沒有太大區別，且兩者加工工藝也基本一致[2]，本項目對舊水泥混凝土板進行破除后集中運輸至拌合站，采用鄂式破碎機對舊混凝土塊進行二次加工破碎。然后通過振動給料機將破碎后的砼板運送至篩分斗，篩分斗從上至下分為31.5、9.5、4.75mm 3層篩孔，過篩后碎石分別進入3個料斗倉，再裝載運輸，并仍用3個料倉分別堆放[3]，加工出的碎石采用0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～31.5mm三級級配，其中4.75～9.5mm、9.5～31.5mm各占總量的40%，細料占20%。根據骨架密實型水泥穩定碎石的碎石摻配情況，舊水泥混凝土路面板破碎加工的再生集料基本可用完。再生集料的加工生產流程如圖1。

圖1 再生集料加工流程

2 再生集料的物理力學性能

舊水泥混凝土板經二次破碎加工后分解成硬化的水泥砂漿體、表面包裹水泥砂漿的碎石以及與不含水泥砂漿的碎石三種類型，這三者便是再生集料的主要組成。且多次測試后發現，經圖1所示流程處理后得到的三種再生集料所占的質量百分比基本穩定，其中硬化的水泥砂漿體占比最小，為15%；而表面包裹水泥砂漿的碎石占比最多，為65%；不含水泥砂漿的碎石占比則為20%。

2.1 再生粗集料的質量標準

（1）根據相關規范，視密度、吸水率、含泥量和針片狀等四個指標是評價粗集料物理性能的主要指標。項目組對本路段的再生粗集料進行取樣，試驗結果見表1。

從表1可知，本項目組所采用的再生粗集料的物理性能指標均符合《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG/T F30-2014）中對再生粗集料的質量標準的要求，可在本項目作為水泥穩定碎石基層材料使用[4]。本項目再生集料的吸水率為3.26%，遠大于天然集料的0.8%，產生這一結果的原因是再生粗集料的表面被砂漿包裹，使得集料表面較粗糙并且具有大的表面積，從而提高了它的吸水率。這就要求在施工過程中，采用比配制天然水穩碎石基層時更高的含水量和水泥劑量。而再生粗集料的針片狀也大于天然粗集料，這也是由于舊水泥混凝土路面在破碎過程中，部分碎石再次破碎，從而導致棱角變多，但其最大值為8.8%，遠小于規范要求，并不會對水泥穩定碎石基層產生不良影響。本項目再生粗集料的含泥量為0.9，顯著高于含泥量為0.27的天然集料，這是由于舊混凝土路面在挖除、破碎加工的過程中，混入泥土。故在再生集料的生產加工過程中需嚴格控制集料當中的含泥量，以減少它對強度和水穩定性的影響。

表1 再生粗集料的物理性能試驗結果

（2）壓碎值、磨耗損失率、堅固性是反映骨料的力學性能優劣的重要指標，表2為本項目舊水泥混凝土路面再生骨料的力學性能試驗結果，本項目生產的再生集料的壓碎值、磨耗損失率和堅固性三個指標與天然集料對比，雖然存在一定差異，但仍在規范允許范圍，可用于基層材料使用。但天然集料的壓碎值為10.2%，明顯優于再生粗集料的22.1%，這是由于舊水泥混凝土板需經過二次破碎加工，導致部分再生粗集料表面必然存在一些裂紋，同時部分再生粗集料表面會包裹砂漿。在試驗過程中，粗集料受到外力導致表面砂漿脫落、裂縫擴大而破碎。

表2 再生粗集料的力學性能試驗結果

2.2 再生細集料的物理力學性能

水泥混凝土路面再生細集料由表面粘附著水泥漿的砂礫、表面沒有水泥漿的砂礫、被機械破碎的水泥石顆粒和機械破碎過程中產生的石屑組成。表3為項目組對項目路段內再生細集料的各項物理力學性能進行試驗的結果統計。

故本項目再生細集料均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）表4.9.2 的要求提出的關于再生細集料的相關技術指標要求[5]。但從表3中可看出，再生細集料的含泥量為1.5%，砂當量為71.4%，雖然分別滿足規范中≤3.0%和≥60%的要求，但和規范要求的指標很接近，產生這一現象的原因是經二次破碎篩分后的再生細集料中含有相當比例的粘土和塵屑等雜質，這些雜質往往會影響水泥與再生集料的粘結，從而降低水泥穩定再生集料的強度，而在施工中隨著水泥穩定再生集料中的用水量的提高，水泥穩定再生集料會逐漸出現溫縮和收縮反應，從而使得再生水穩基層的水穩性和抗凍性能逐漸降低。因此，在再生細集料的生產加工過程中，應盡可能考慮增加工序進行篩選。

表3 再生細集料的力學性能試驗結果

3 再生集料基層的工程經濟效益及環境效益

3.1 經濟效益

近年來，各級地方政府越來越重視對自然生態環境的保護，從而導致天然砂石材料的價格逐步上漲，目前天然集料的料場出廠價格約為100元/m3左右，并仍有上漲的趨勢，而舊水泥混凝土路面再生利用的直接經濟效益不僅體現在碎石集料的出廠價格，同時還包括再生加工減少的石料遠購運輸費用、破處后舊水泥混凝土路面板棄運費用以及對廢棄舊路材料進行集中堆放的場地長期租賃費用等[3]。同樣是對舊水泥砼路面進行大修改造，采用不同處治方案時，施工費用見表4。

表4 舊水泥混凝土路面處治措施造價對比

由表4可知，即使在不考慮舊水泥混凝土路面的遠運費用、堆放場地長期租用費用的情況下，無論是采用沖擊壓裂、多錘頭碎石化還是新建再生集料水穩基層水泥混凝土路面，費用都低于挖除舊路后新建水泥混凝土路面。而多錘頭碎石化方案的費用雖然低于舊水泥混凝土路面再生集料處治方案，但該方案在施工過程中，多錘頭碎石機械工作時引起的振動會對道路兩旁的建筑結構物的穩定性產生的不良影響，同時會抬高路面標高，對沿線居民出行產生影響，不適用于房屋密集路段。

本項目路面改造采用水泥穩定再生集料基層水泥混凝土面層方案，共計挖除舊水泥混凝土路面37418.4m3，均集中運輸后破碎成碎石進行利用。由于再生集料用于水泥穩定基層的數量不足，故與外購天然集料一起應用于水泥穩定基層，再生集料占水泥穩定碎石基層料的26%。本項目再生集料的成本約為45.78元/m3，與普通集料的成本相比，采用再生集料可節省約54.22元/m3，本項目總計節約造價635.24萬元。

3.2 社會及環境效益

舊水泥混凝土路面的再生利用，不僅可以節約土地資源，避免占用土地堆放舊路材料，同時也避免棄運廢舊混凝土運棄過程中對周圍環境帶來的不利影響，環保效益顯著。再生集料的利用，是石材資源的再循環利用，避免了石料山體的開采，減少石料加工的污染。同時，也避免山體開挖帶來的水土流失狀況等[6]。真正體現出資源節約、環境友好、循環再生利用、節能減排降耗和可持續發展的功效。

4 結語

舊水泥混凝土路面板再生利用為基層集料，滿足規范技術要求，可大量節省工程造價，具有顯著的經濟效益，符合資源節約型、環境友好型社會的要求，是“既要綠水青山，又要金山銀山”的生動體現，值得進行應用推廣。