道路廢棄混凝土的再生利用技術(shù)研究

喬新周

(宣大高速公路管理處)

1 再生骨料的加工制備方法

(1)現(xiàn)場再生技術(shù)過程是破碎或粉碎現(xiàn)有路面，然后將破碎或粉碎后的路面用作新路面結(jié)構(gòu)中的基層或底基層。

破裂壓密法和破碎壓密法是兩種常用的現(xiàn)場再生技術(shù)方法。破裂壓密法將嚴(yán)重破壞的混凝土路面破裂成0．09～0．28m2大小的碎塊，壓密后攤鋪罩面。破碎壓密法將現(xiàn)有混凝土路面破碎成最大粒徑為152mm碎石，壓密后攤鋪罩面。兩種方法的目的都是為了防止產(chǎn)生反射裂縫。水泥混凝土罩面和瀝青混凝土罩面均可在使用此方法處理過的表面上攤鋪。但是通常認(rèn)為現(xiàn)場再生不是水泥混凝土再生技術(shù)?，F(xiàn)場再生通常劃歸為非粘結(jié)罩面的表面處理技術(shù)。

(2)料廠再生技術(shù)過程包括舊水泥混凝土路面的現(xiàn)場破碎、裝載、運(yùn)輸，然后在中心料廠破碎成為用于新水泥混凝土路面的集料。如此生產(chǎn)的集料也可用于新路面結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定或非穩(wěn)定基層，或者新水泥混凝土混合料。

料廠再生技術(shù)通常也稱為混凝土再生技術(shù)。再生及利用過程包括以下3個(gè)步驟。

①路面清除：破碎和清除破損路面，并集中運(yùn)往中心料廠進(jìn)行加工處理。

②集料加工：破碎處理，剔除鋼筋、篩分，生產(chǎn)再生集料。

③再生集料使用：在路面重建中使用再生集料。

本試驗(yàn)所用再生骨料均采用料廠再生技術(shù)，具體生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 廢棄混凝土加工成再生集料的工藝流程

2 再生骨料室內(nèi)試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

2．1 原材料

(1)水泥：湖南牛力水泥廠生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)為42．5R的普通硅酸鹽水泥;(2)粉煤灰：湘潭電廠一級(jí)粉煤灰;(3)硅灰：二氧化硅粉;(4)外加劑：高效減水劑FDN;(5)拌和用水：飲用自來水;(6)粗骨料：湖南耒宜公路水泥混凝土路面損壞面板經(jīng)碎石加工廠生產(chǎn)的再生粗骨料(經(jīng)試驗(yàn)測定其吸水率為4．25%);(7)細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2．42。

2．2 試驗(yàn)方法

(1)試件制作。

所有配合比設(shè)計(jì)混合料均用SJD6．0L強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)攪拌，攪拌時(shí)間為2min，經(jīng)振動(dòng)成型，24h拆除模具;抗壓試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗折試件尺寸為150mm×150mm×450mm，試驗(yàn)每組試件均為三個(gè);養(yǎng)護(hù)室溫度為24℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間分別為7d、28d。

(2)拌合物和易性測定。

采用坍落度桶法測定混凝土拌合物坍落度，評(píng)定其流動(dòng)性，通過目測檢查混凝土拌合物粘聚性和保水性。

(3)強(qiáng)度測定。

抗壓、抗折試驗(yàn)儀器均為液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)。

試件自養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后，將試件擦凈，測量尺寸，并檢測外觀。然后將試件放在下承壓板上。開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。加壓時(shí)，連續(xù)而均勻的加荷。加荷速度0．4MPa/s。以3個(gè)試件的算術(shù)平均作為該組試件的抗壓、抗折強(qiáng)度。當(dāng)3個(gè)測定值的最大值或最小值中有1個(gè)與中間值的差超過中間值的15%時(shí)，則中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值;如有2個(gè)測定值與中間值的差超過中間值的15%，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。

3 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

本著回收廢棄混凝土料的目的，本次試驗(yàn)完全采用再生骨料。主要通過如下途徑開展：(1)不同的水灰比;(2)不同的砂率;(3)摻加粉煤灰并輔以硅灰的途徑制備再生混凝土;鑒于再生骨料具有和易性差拌和時(shí)需水量多的問題，為了節(jié)約用水量，本試驗(yàn)考慮加入高效減水劑的辦法，并對(duì)再生骨料最大粒徑(19～26．5mm)的用量進(jìn)行控制。

3．1 配合比

本試驗(yàn)依據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003)、《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD40-2002)的規(guī)定設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)的再生混凝土的抗折強(qiáng)度4．5MPa、強(qiáng)度等級(jí)為C30。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)配合比及再生混凝土的性能

從表1可以看出運(yùn)用再生骨料制備高強(qiáng)路用再生混凝土的方案是完全可行的;改變混凝土配合比中各摻合料用量可以生產(chǎn)出28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到50MPa、抗折強(qiáng)度超過7MPa的再生混凝土;通過摻入粉煤灰和硅灰并適量摻加減水劑完全可以獲得較高的流動(dòng)性、較高的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

3．2 水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響

再生骨料因破碎時(shí)留下較多微裂紋，且骨料上殘存有部分水泥漿，故拌和時(shí)吸水嚴(yán)重，且和易性比較差。因此水膠比對(duì)強(qiáng)度的影響規(guī)律與普通混凝土有所不同。按表1配比拌制混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，分別測其7d和28d抗壓、抗折強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表1、圖2、圖3。

表2 強(qiáng)度試驗(yàn)材料用量

從表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本次試驗(yàn)配合比回收廢料的效果是比較明顯的。

圖2 水灰比對(duì)抗折強(qiáng)度影響關(guān)系圖

圖3 水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度影響關(guān)系圖

從圖2可以看出，在低水灰比(＜0．4)的條件下，降低水灰比對(duì)7d的抗折強(qiáng)度有稍微的增加，對(duì)28d的抗折強(qiáng)度來說不但不會(huì)增加反而會(huì)使強(qiáng)度有輕微的減小的現(xiàn)象，因此依靠降低水膠比來提高抗折強(qiáng)度的做法效果不明顯，增大水灰比甚至使抗折強(qiáng)度有輕微增長。故在低水灰比的條件下通過降低用水量來降低水灰比的做法，達(dá)不到提高抗折強(qiáng)度的目的。比較可行的做法是增大水泥用量，減少粉煤灰用量來提高抗折強(qiáng)度。

從圖3可以看出降低水灰比會(huì)使抗壓強(qiáng)度有所增加，但不會(huì)一直增加，在0．35～0．37位置處出現(xiàn)明顯的波谷現(xiàn)象，此段范圍內(nèi)降低水灰比不但起不到增加強(qiáng)度的目的，反而會(huì)使強(qiáng)度有減小的狀況。在水灰比0．36的位置處存在一個(gè)過渡區(qū)(0．35～0．37)，此范圍內(nèi)會(huì)有比較明顯的變動(dòng)。從圖2、圖3可以看出0．28處可以作為水灰比的下限值。

3．3 抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度關(guān)系

本試驗(yàn)主要針對(duì)水泥混凝土路面在使用過程中關(guān)系比較密切的兩大指標(biāo)(抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度)進(jìn)行測試，以尋求再生混凝土的可行性之路。因此對(duì)抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，力求在理論上得出定性的關(guān)系函數(shù)，分析結(jié)果如圖4所示。

從圖3可以看出抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的線形關(guān)系基本可以用Fs=1/5Fcu-2來表達(dá)。因此要配制抗折強(qiáng)度達(dá)到5MPa的再生骨料混凝土，抗壓強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到C35以上，考慮到數(shù)據(jù)的離散性，可按C40來要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

(1)廢棄混凝土骨料的加工生產(chǎn)技術(shù)完全是可行的，大范圍的應(yīng)用需要大力支持;

(2)通過摻入粉煤灰和硅灰并適量摻加減水劑完全可以獲得較高的流動(dòng)性、抗折和抗壓強(qiáng)度;

圖4 抗壓強(qiáng)度和抗折關(guān)系圖

(3)在比較低的水膠比條件下依靠降低水膠比提高強(qiáng)度的做法效果不理想，比較有效的方法是增加水泥用量、減少粉煤灰用量;

(4)再生骨料的長期使用性能方面仍需進(jìn)一步在實(shí)際工程中論證。

利用廢棄混凝土配制再生混凝土，不僅能降低成本，減少自然資源的破壞，還能減輕廢棄混凝土對(duì)城市的污染，完全符合保護(hù)環(huán)境，保護(hù)資源的基本國策。廢棄混凝土的再生利用是一項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展的具有環(huán)保優(yōu)勢的新技術(shù)，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，必能在實(shí)踐中得到更加廣闊的應(yīng)用，政府需要加強(qiáng)宣傳力度，出臺(tái)一些強(qiáng)制措施限制廢棄混凝土的排放，建立相應(yīng)的廢棄物加工廠，并在財(cái)力和政策上予以大力支持，并制定有關(guān)再生混凝土的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)再生混凝土這一新型建筑材料的發(fā)展。

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