廢混凝土再生集料在公路工程中的應(yīng)用分析

劉純玲

（臨沂市公路事業(yè)發(fā)展中心蒙陰縣中心，山東臨沂 276200）

0 引言

混凝土路面達(dá)到設(shè)計使用年限或在其他因素的作用下而出現(xiàn)局部破壞，需要重新修建時，常規(guī)做法是挖除廢混凝土面層，按照相關(guān)規(guī)程修補(bǔ)基層后再行鋪筑。而挖除的廢混凝土作為建筑垃圾被棄用會污染環(huán)境，并且運輸及處理廢混凝土?xí)r也會耗用大量的人力、財力等，以致在路基重建時很難取得理想的經(jīng)濟(jì)及社會效益。沖擊壓實、碎石化處理廢混凝土盡管能實現(xiàn)資源再生利用與環(huán)保，但這種做法不適用于街道化嚴(yán)重、兩側(cè)民房密集分布及無法過多抬高路面標(biāo)高的路段[1]。對廢混凝土路面板塊進(jìn)行破碎處理后再行軋制加工，獲得再生集料用在基層鋪筑領(lǐng)域是一個全新思路。

1 工程概況

B 城高速公路設(shè)計車速100km/h，雙向四車道，平曲半徑最小1000m，縱坡最大為3.0%，路基全寬28m，符合當(dāng)前高速公路的設(shè)計要求。但因近些年車流量劇增，路段交通運輸量持續(xù)增加，為了達(dá)到運輸要求，急需對該公路進(jìn)行改擴(kuò)建處理。因原路段應(yīng)用的是混凝土路面，改擴(kuò)建現(xiàn)場施工中會生成大量的廢混凝土廢料，為了實現(xiàn)對廢物的循環(huán)應(yīng)用，落實環(huán)保理念，減少建筑垃圾的生成量，決定對廢混凝土進(jìn)行再生利用，用在該公路路面半剛性基層的施工方面。

2 廢混凝土再生集料的加工工藝

廢混凝土再生集料的加工設(shè)備及工藝和天然集料的基本相同，包括顎式破碎機(jī)、給料器、振動篩及相關(guān)運輸用設(shè)備等，結(jié)合每日生產(chǎn)量的多少及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求選擇型號適宜的設(shè)備，工藝流程見圖1[2]。

圖1 再生集料加工的工藝流程

事前制訂好再生集料的加工方案，專人專項負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行操作。要格外注意以下幾點問題。

其一，用鑿巖機(jī)鑿碎舊路面混凝土板塊，破碎處理時嚴(yán)控鑿巖機(jī)下鑿深度，鑿巖機(jī)鑿到板塊全厚2/3左右時，啟用反鏟式挖掘機(jī)撬挖并集中堆放，以規(guī)避鑿巖機(jī)破壞原路基的結(jié)構(gòu)層。

其二，當(dāng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)料出現(xiàn)堵塞情況時，要快速用特制鐵鉤予以疏通，不可出現(xiàn)用手搬動進(jìn)料口板塊的行為。

其三，破碎機(jī)連續(xù)兩次破碎處理廢混凝土后，通過給料機(jī)進(jìn)入篩分斗，篩分斗由上至下被分為3 層，篩孔大小有31.5mm、9.5mm、4.75mm，過篩所得的石料分別被整合到1#、2#與4#料斗倉，再用3 輛拖拉機(jī)分別裝載運送，3 個料倉堆放。

其四，每日定時篩分和測定軋制的1#、2#與4#料，其中1#、2#料的含泥灰量較高，可以用水沖洗，嚴(yán)控各個料斗倉的出料質(zhì)量，精準(zhǔn)計量出料比例，確保1#、2#料的出料總量均高于出料總量的60%。

結(jié)合試生產(chǎn)的出料狀況，按照表1 的規(guī)定控制工程現(xiàn)實生產(chǎn)中各組料的出料粒徑范疇及粉塵含量[3]。

表1 加工所得再生集料粒徑范圍及質(zhì)量要求

嚴(yán)格按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范、試驗規(guī)程的指標(biāo)要求等控制生產(chǎn)所得集料的質(zhì)量，質(zhì)量指標(biāo)要求和天然集料保持一致。

3 再生集料的施工工藝

3.1 施工前的準(zhǔn)備工作

3.1.1 檢測驗收路基頂層

按規(guī)程對準(zhǔn)備竣工的路基頂層進(jìn)行質(zhì)檢驗收，測出路基主要性能指標(biāo)，有壓實度、平整度、最大彎沉量等，保證其滿足項目改擴(kuò)建要求，監(jiān)理及施工單位簽字確認(rèn)，隨后方可組織路基施工活動。

對于路基已經(jīng)檢測驗收后在多種因素制約下而不能正常開工，比如突遭暴雨，則一定要天晴時進(jìn)行復(fù)檢，重新碾壓不合格的位置。如果探查到路基土表面松散度增加或過于干燥，則要進(jìn)行灑水處理，確保碾壓后能抵達(dá)設(shè)計的密實度，復(fù)檢確認(rèn)合格后才可以組織路基施工作業(yè)。

3.1.2 準(zhǔn)備機(jī)械設(shè)備和儀器

開工前按照規(guī)程保養(yǎng)好公路改擴(kuò)建施工所需的設(shè)備，并配齊試機(jī)的配件。對于攪拌機(jī)要檢查不同構(gòu)件之間連接的緊固度、轉(zhuǎn)動部件的靈敏性及配料機(jī)斗門的啟閉狀況等。

開工前配齊路基所需的質(zhì)檢儀器，包括3.0m 直尺、壓實度檢測儀及水準(zhǔn)儀等。

3.1.3 測量掛線

在施工路段路基上每間隔10.0m 建立一個中線樁，并于中線樁處安置好外邊樁與中邊樁，撒白灰以標(biāo)記邊緣線，以此為據(jù)更精準(zhǔn)地確定現(xiàn)場施工寬度，結(jié)合外邊樁與中邊樁布置情況設(shè)定高程，聯(lián)合使用懸掛鋼絲基準(zhǔn)線控制縱斷高程。

在公路左右兩側(cè)安置基準(zhǔn)線，可以選擇φ2.0mm鋼絲作為基準(zhǔn)線，在公路中間部位按照掛線高程穩(wěn)妥地安置好鋁合金滑竿用作移動基準(zhǔn)線，相鄰兩個立柱的間距為10.0m，立柱和鋪筑邊線相距30.0cm，按照設(shè)計高程上浮10.0cm 懸吊基準(zhǔn)線，控制基準(zhǔn)線拉力≥800.0kN，下垂≥1.0mm，以此為據(jù)更加合理地確定攤鋪機(jī)縱橫坡度，現(xiàn)場放出基準(zhǔn)線后，要指派專人進(jìn)行復(fù)測與管理，以規(guī)避在外力因素作用下局部受損的情況，最大限度地增加基準(zhǔn)線的精準(zhǔn)度。

3.2 拌和級配碎石

該改擴(kuò)建項目施工期間集中拌和廢混凝土再生集料。先嚴(yán)格檢查不同規(guī)格石料級配構(gòu)成情況，規(guī)避局部變異情況，測出石料的含水率，確保其滿足最佳含水量要求。嚴(yán)格按照配合比組織攪拌作業(yè)，定時檢測供料運輸帶的供料情況，專人檢測成品料，通過抽檢方式檢查樣品，確保成品料的外觀及質(zhì)量均符合設(shè)計要求。需要特別注意的是，若攪拌站生產(chǎn)期間觀察發(fā)現(xiàn)局部混合料異常，要第一時間停機(jī)查明原因，清除劣質(zhì)材料，確保混合料整體攪拌的均勻性。

3.3 攤鋪級配碎石

自卸車輛運送級配碎石，如果物料運輸時間段內(nèi)存在自然光照過于強(qiáng)烈、高溫或大風(fēng)等氣候條件，要給運輸車加蓋帆布，減少級配碎石水分散發(fā)、流失量。為了減少或規(guī)避局部裝料的離析情況，要求自卸車輛按照“前—后—中—前—后”順序裝料，卸料時要指派專人全程。

該公路路基改擴(kuò)建工程的松鋪系數(shù)初步設(shè)置為1.25。取路段前50.0m 作為試驗段，測定試驗路段攤鋪前、攤鋪后、復(fù)壓后的標(biāo)高，確定真實的松鋪系數(shù)，以此為據(jù)調(diào)整松鋪厚度。兩臺攤鋪機(jī)以梯隊形式進(jìn)行攤鋪，前后錯距離以30.0m 為宜，相鄰攤鋪軌道重疊寬度控制在10.0～30.0cm 范圍內(nèi)。攤鋪作業(yè)期間運料車處于攤鋪機(jī)前60.0cm 處緩慢卸料，攤鋪機(jī)做攤鋪處理，卸料完畢后運料車即可離場，再組織另一輛運料車接替卸料，達(dá)到邊卸邊鋪，攤鋪機(jī)攤鋪速度2.0～2.5m/min，對于攤鋪完的路段，技術(shù)人員要盡快檢測其厚度、高程及橫坡等，若不滿足項目設(shè)計要求時，則要盡早進(jìn)行返工修整處理，將出現(xiàn)離析的粗細(xì)集料剔除干凈[4]。該工程采用分段式碾壓方案，即初壓、復(fù)壓、終壓，使用雙鋼輪、單鋼輪振動及膠輪壓路裝置。

4 碎石層的施工質(zhì)控措施

4.1 壓實度

在工程路基現(xiàn)場施工中，一定要確保廢混凝土再生集料現(xiàn)場碾壓的充分性，才能使其綜合性能達(dá)到要求。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，路基壓實度≥97.0%。該工程用雙鋼輪、單鋼輪、膠輪壓路機(jī)進(jìn)行多次組合式振壓，壓實度基本滿足工程設(shè)計及規(guī)范要求。

4.2 含水量

4.2.1 拌和場含水量的管控

集中拌和再生集料時，要檢測各個規(guī)則石料的含水率，結(jié)合測定結(jié)果科學(xué)調(diào)整配合比，增減混合集料的用水量，進(jìn)而確保現(xiàn)場攤鋪再生集料時能保持最佳含水率。

4.2.2 施工過程中含水量的管控

現(xiàn)場攤鋪作業(yè)完工后即可測定含水量，當(dāng)再生集料維持最佳含水率時，方能取得預(yù)期的壓實效果。當(dāng)集料含水率較大時，要自然風(fēng)干后再行碾壓作業(yè)；而若含水率過低，則要先行補(bǔ)水，而后碾壓。

4.3 檢驗碎石混合料的級配

由拌和站出料口和運輸車內(nèi)進(jìn)行取樣檢測級配，分析試樣以判斷其級配的準(zhǔn)確性，若其和級配設(shè)計要求有出入時，則要重新調(diào)整各規(guī)格石料的占比。

在攤鋪工序完成后未進(jìn)行碾壓施工前，取適量集料作為樣品進(jìn)行測試分析，明確其是否發(fā)生離析問題。如果發(fā)現(xiàn)級配明顯超限，則要有針對性地調(diào)整后續(xù)碾壓工藝。

5 廢混凝土再生集料在公路工程中應(yīng)用的可行性分析

5.1 施工工藝

廢混凝土再生集料的現(xiàn)場施工活動主要由以下幾個步驟構(gòu)成：清除現(xiàn)場路面雜物—運送到集料加工場—集料加工—集料攤鋪、碾壓。實際施工時要組織重型設(shè)備執(zhí)行現(xiàn)場路面清除任務(wù)；運輸階段基本上不會出現(xiàn)問題；集料加工較為簡單，只許在加工場內(nèi)配備石料破碎機(jī)、篩分機(jī)等均能制造出符合公路級配要求的集料；嚴(yán)格按照設(shè)計要求執(zhí)行攤鋪、碾壓作業(yè)。此外，混凝土材料的硬度一般低于石料，故而，破損處理廢混凝土面板時不會對機(jī)械設(shè)備提出較高要求，也可以結(jié)合現(xiàn)實工程的建設(shè)需要，組裝出適用于破碎混凝土面板的專用機(jī)具。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

如果丟棄廢混凝土，則會浪費掉大量的人力、物力資源，并且公路路基修復(fù)、重建時開采新材料會使建設(shè)成本顯著增加，浪費很多環(huán)境資源。而合理應(yīng)用廢混凝土再生集料會帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

另外，在城區(qū)附近，再生利用廢混凝土還可以由道路基礎(chǔ)建設(shè)逐漸推廣至房建領(lǐng)域，因地制宜，盡可能做到就地取材，最大限度地提高各類物資的利用度，這種舉措也有助于創(chuàng)造出更理想的經(jīng)濟(jì)及社會效益。

5.3 再生集料的性能指標(biāo)

5.3.1 廢混凝土再生集料的性質(zhì)

經(jīng)試驗檢測，該公路工程所用的廢混凝土再生集料含泥量1.8%，粗集料的針片狀含量11.3%，壓碎值14.4%，碎石壓碎值9.7%，可見廢混凝土再生集料的強(qiáng)度低于碎石強(qiáng)度。但是以上指標(biāo)已經(jīng)能符合混凝土路面基層的質(zhì)量要求。廢混凝土再生集料的吸水性在碎石集料之上，雖然其會對配制的混凝土工作性產(chǎn)生一定影響，但有助于提高混凝土的強(qiáng)度。

5.3.2 再生集料與碎石集料制成的混凝土對比

工作性的對比：在集中拌制過程中探查到，由廢混凝土再生集料配置而成的混凝土工作性能略遜色于碎石集料，其歸咎于再生集料自身的吸水率偏高。但通過標(biāo)準(zhǔn)試驗檢測發(fā)現(xiàn)，其工作性能還是能滿足普通結(jié)構(gòu)澆筑施工時對混凝土工作性提出的要求。在澆筑大體積混凝土構(gòu)筑物時，可以摻拌適量外加劑的形式去改善工作性，通過這種方式克服因再生集料吸水率偏高而引起局部開裂的問題。

強(qiáng)度的對比：在相同條件下養(yǎng)護(hù)由廢混凝土再生集料與碎石集料制成的混凝土試件，抵達(dá)相應(yīng)齡期時進(jìn)行強(qiáng)度測試。取一組代表性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)作出如下對比，見表2[5]。

表2 兩者強(qiáng)度的對比

綜合對比表2 數(shù)據(jù)，可見由廢混凝土再生集料制得的混凝土抗折、抗壓強(qiáng)度均高于碎石集料拌制的混凝土，由此可以推斷廢混凝土再生集料配制的混凝土完全符合公路工程施工中對混凝土強(qiáng)度提出的要求。

6 結(jié)語

在混凝土改擴(kuò)建項目中會生成大量的廢混凝土，怎樣有效應(yīng)用廢混凝土是當(dāng)前迫切需要處理的問題。本文以B 城高速公路改擴(kuò)建工程作為案例，較為系統(tǒng)地研究了廢混凝土再生集料在路面基層施工領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，總結(jié)了再生集料的施工工藝及質(zhì)控辦法，希望對廢混凝土再生集料在相同或相似基建項目施工中的應(yīng)用能帶來一些幫助。