就地取材 變廢為寶超級水泥讓綠色筑路成為現(xiàn)實

文·攝影/本刊記者 王宇

新疆交通建設(shè)集團總工程師黃勇（左二）向用戶介紹超級水泥應(yīng)用情況

“小康路上絕不讓任何一個地方因農(nóng)村交通而掉隊”，這是交通運輸部2013年總結(jié)從2003年開始啟動的“修好農(nóng)村路，服務(wù)城鎮(zhèn)化，讓農(nóng)民兄弟走上瀝青路和水泥路”發(fā)展計劃而提出的新要求。五年來，通過深入開展“四好農(nóng)村路”建設(shè)，新改建農(nóng)村公路127.5萬公里，廣大農(nóng)民群眾“出行難”問題得到有效緩解。

隨著一條條農(nóng)村路深入到千家萬戶，如何讓農(nóng)村路的建設(shè)既經(jīng)濟又環(huán)保成為很多交通人思考的重點。尤其是在廣袤的西部地區(qū)，環(huán)境惡劣，生態(tài)脆弱，缺水少料，建設(shè)成本高，有沒有辦法解決這些難題？以新疆交通建設(shè)集團總工程師黃勇為代表的科研團隊，依托中關(guān)村中科公路養(yǎng)護產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟西部分聯(lián)盟，在新疆交通建設(shè)集團股份有限公司牽頭下，新疆交建科學(xué)技術(shù)院、新疆交建物流有限公司聯(lián)合北京賽力格科技有限公司，由中國科學(xué)院材料院提供技術(shù)支持，創(chuàng)造性地研制出“固力強超級水泥”全新材料。

“普通硅酸鹽水泥在用于公路工程的施工中，尤其是在水泥穩(wěn)定基層的應(yīng)用中往往存在一些限制。比如，對于水穩(wěn)集料含泥量的要求較為嚴格，而且對初終凝時間也有一定的要求?！秉S勇說，“固力強超級水泥歸屬于硅酸鹽質(zhì)種類，其化學(xué)指標與普通硅酸鹽水泥相似。其優(yōu)勢在于不增加成本的基礎(chǔ)上，物理指標更加優(yōu)于普通硅酸鹽水泥?！?/p>

熟悉水泥混凝土建造工藝的人都知道水泥最怕土，因此對沙石料的要求都比較高，而且還有一道水洗的工序，這在干旱的西部地區(qū)是個不小的難題。

“以固力強核心料配制而成的超級水泥，在常溫下能夠直接膠結(jié)土壤顆粒，能夠與土壤礦物反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，從而獲得較高強度。其主要成份是氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵和激發(fā)劑等，因其配料不同而具有不同的適應(yīng)性能，可任意固化各類中低液限土壤、頁巖、泥砂石混合料（天然戈壁料）、建筑廢渣、工業(yè)廢渣等。遍布新疆的戈壁料就是最好的砂石料，完全可以就地取材，不用水洗，直接用超級水泥拌合后就能修筑出一條符合標準的水泥路。”黃勇說。

感覺是不是太神奇了？這么好的材料用起來會不會很貴？除了實驗數(shù)據(jù)外，有沒有實際案例支撐？

面對《交通建設(shè)與管理》記者的疑問，黃勇說：“超級水泥混凝土比傳統(tǒng)商品混凝土造價要低30%以上。目前已經(jīng)形成一個核心材料，多種水泥專用生產(chǎn)配方，眾多就地取材材料配合比關(guān)鍵實用配方的三重關(guān)鍵技術(shù)體系。”

超級水泥+就地取材的沙石料建造的水泥混凝土路面

記者在位于烏魯木齊市開發(fā)區(qū)新疆交建集團橋梁拼裝工廠內(nèi)看到，已經(jīng)完成的2萬多平方米場地硬化，經(jīng)過一個冬天和50噸以上重車的反復(fù)碾壓，路用性能不錯。原料就是廠區(qū)內(nèi)的挖方戈壁料。工廠負責人介紹說，這些戈壁料含泥量大于10%，采用超級水泥42.5號，按C20水泥混凝土標準，每方料水泥用量為300公斤?，F(xiàn)場取樣的混凝土7天抗壓強度為18Mpa，28天抗壓強度為24Mpa，接近C25級別混凝土強度；對比顯示，同樣的戈壁料與普通42.5號水泥所制得的混凝土試件7天強度僅為12Mpa，前者的抗壓強度比后者高出50%。經(jīng)測算，同比節(jié)約施工成本20%以上。如果考慮到廠區(qū)內(nèi)挖方外運以及處理費用，綜合成本節(jié)約30%以上，使用超級水泥的經(jīng)濟效益十分顯著。

據(jù)黃勇介紹，除了烏魯木齊市外，課題組還在吐魯番、哈密、阿勒泰、庫爾勒等地區(qū)用現(xiàn)場的戈壁料做了7天和28天的抗壓等對比實驗和凍融循環(huán)實驗，超級水泥完勝普通水泥。天然級配戈壁料與超級水泥結(jié)合制得的試件強度較普通水泥均有10%～40%提高，細料含量越大，超級水泥與普通水泥的強度差別越明顯。

“采用天然戈壁料，使用超級水泥按C30級別設(shè)計的混凝土的28天抗壓強度達到了C35的強度等級，而相同條件下普通水泥無法滿足強度要求。說明超級水泥在就地取材，進行水泥混凝土路面及地坪施工的時候具有良好的效果。在凍融循環(huán)測試中，超級水泥制得的天然級配混凝土可以承受50次，而普通水泥30次之后的動彈模量開始出現(xiàn)急劇衰減?！秉S勇告訴《交通建設(shè)與管理》記者說。

超級水泥在農(nóng)村路建設(shè)中表現(xiàn)如何？黃勇說：“我們在和田市策勒縣策勒鄉(xiāng)對一條全長10公里的鄉(xiāng)村道做了試驗，按照設(shè)計要求的配合比將普通硅酸鹽水泥替換為超級水泥，水泥劑量4.5%、用水量7%。超級水泥水穩(wěn)試件28天強度為7.3Mpa, 而普通水泥試件強度為4.2MPa。該試驗段的松鋪系數(shù)為1.25，密度為2.383，攤鋪厚度23厘米，壓實厚度18厘米，壓實度＞97%。效果非常好。”

天然的戈壁料成為工程建設(shè)的最佳原材料

通過實際路用效果分析，超級水泥可以與西部廣袤的戈壁料、沙土直接拌合形成有高強度的混凝土用于修筑農(nóng)村路，為國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略做出切實貢獻。

在黃勇看來，除了路基+墊層+超級水泥混凝土的農(nóng)村公路典型路面應(yīng)用外，采用路基+墊層+超級水泥混凝土基層+礫石封層+瀝青面層的重載交通道路，為“強基薄面”的公路建設(shè)技術(shù)提供了非常好的解決方案。

黃勇說：“采用超級水泥，在保證工程質(zhì)量的前提下，可大幅度節(jié)約工程造價、縮短工期，并可實現(xiàn)材料就地循環(huán)利用、低碳環(huán)保節(jié)能，可廣泛應(yīng)用于公路工程、鐵路工程、水利工程、建筑工程和市政工程，目前已處于可大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用階段?！?/p>

事實上，固力強超級水泥不是對傳統(tǒng)水泥的替代，而是一種核心添加料，普通水泥添加后就能成為超級水泥?！拔覀儾皇且〈F(xiàn)有的水泥生產(chǎn)體系，而是建設(shè)一個生態(tài)系統(tǒng)，讓年產(chǎn)幾十億噸的水泥的應(yīng)用范圍變得更加寬廣，讓綠色筑路技術(shù)向城市、農(nóng)村延展，更要沿著‘一帶一路’走出去?！秉S勇總結(jié)說。

正是基于固力強超級水泥巨大的社會價值和經(jīng)濟價值，該創(chuàng)新材料獲得了2016年新疆自治區(qū)科技進步三等獎，交通建設(shè)行業(yè)協(xié)會科技成果一等獎。

從1756年英國工程師J.斯米頓為近代水泥的研制和發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)，到260多年后的今天，中國的科研工作者把水泥的應(yīng)用提升到了一個全新的高度。