水泥混凝土路面再生技術(shù)研究及應(yīng)用

謝 琴

（福建省港航建設(shè)發(fā)展有限公司，福州 350000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)迅速擴(kuò)大，混凝土消費(fèi)量也飛速增長。廢棄混凝土的回收利用已成為亟待解決的問題。水泥混凝土再生，是指將廢棄混凝土塊通過破碎、清潔、分級等一系列工藝處理后，按照一定比例、級配制作成的新骨料運(yùn)用到工程上。

1 工程概況

圖1 原路面圖片1

圖2 原路面圖片2

福建某路段路面改造工程，舊路等級為二級公路，水泥混凝土路面。 原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級公路， 設(shè)計(jì)速度為40km/h， 舊路路基寬度為15～23m， 行車道寬度為12～14m，由于交通量日益增大，水泥混凝土路面長時(shí)間受車輛荷載影響，路面已接近結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，原路面病害嚴(yán)重(圖1、圖2)。舊水泥混凝土路面狀況的評定主要包括路面的破損狀況、路面結(jié)構(gòu)承載能力兩方面。 經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，部分板塊的板中彎沉值偏大,彎沉值高于0.50mm 的占比為35.7%，板底脫空較嚴(yán)重，斷板率為5.7%。 綜合評定本項(xiàng)目路面狀況指數(shù)為47，破損嚴(yán)重，已無法正常服務(wù)。

2 水泥混凝土再生料生產(chǎn)與技術(shù)指標(biāo)

2.1 再生料生產(chǎn)

水泥混凝土再生料又稱再生骨料， 其生產(chǎn)過程中主要用到以下幾種設(shè)備：切割設(shè)備、破碎設(shè)備、傳輸設(shè)備、篩分設(shè)備和去除雜質(zhì)的設(shè)備。這些設(shè)備分工分步完成破碎、分級和除雜等一系列工序后， 最終生產(chǎn)出符合要求的再生骨料。 當(dāng)然，骨料必須滿足相關(guān)的技術(shù)性能要求，比如具備一定的強(qiáng)度和比重、較小的含水率和吸水率、良好的顆粒形狀、限量的有害物質(zhì)，以及較好的級配。 對于從廢棄混凝土中分離出來的集料， 通過相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)控制后須均能滿足技術(shù)性能要求。對于分離出來的水泥石，孔隙率較大， 導(dǎo)致吸水率和含水率也要大些， 技術(shù)性能較差，可采用二次破碎處理的方式除去。在二級破碎的過程中， 由于包裹在碎石表面的水泥石粘結(jié)較差的部分在圓錐式破碎機(jī)中都會(huì)脫落， 相當(dāng)于提高了二級破碎后得到的骨料的強(qiáng)度。

要保證再生骨料的質(zhì)量， 選擇合適的破碎設(shè)備非常重要。經(jīng)過現(xiàn)場對比分析，顎式破碎機(jī)較為適合該項(xiàng)目路面的破碎。

再生骨料生產(chǎn)過程主要包括以下3 道工藝：(1) 預(yù)處理。 首先去除廢棄混凝土中大體積雜質(zhì)(如鋼筋),再將除雜后的混凝土塊輸入顎式破碎機(jī)中， 破碎成直徑為40mm 大小的顆粒。(2)碾磨。將破碎后的混凝土顆粒放置于偏心轉(zhuǎn)筒內(nèi)，不斷旋轉(zhuǎn),利用顆粒之間的摩擦力,有效去除骨料表面的水泥砂漿。(3)篩分。對碾磨后的骨料進(jìn)行篩分,去除表面上包裹的水泥、砂漿,最終產(chǎn)品就是再生骨料，具體再生骨料生產(chǎn)工藝流程如圖3。

圖3 再生骨料生產(chǎn)工藝流程

2.2 再生骨料技術(shù)指標(biāo)

該工程路段路面的水泥混凝土路面破碎后的骨料性能參數(shù)見表1。

一般水泥混凝土再生骨料表面大多都包裹著部分硬化的舊水泥砂漿，顆粒棱角多，表面粗糙，而且混凝土在崩解過程中不可避免地產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致骨料內(nèi)外出現(xiàn)大量的細(xì)小裂紋。 因此，如果將再生骨料作為原料制成的再生混凝土投入使用并達(dá)到滿足要求的工作性能，就不能完全照搬一般混凝土制作工藝。

表1 再生骨料各項(xiàng)基本性能參數(shù)

舊混凝土道路的面板被破碎機(jī)打破后， 再生粗骨料基本上有3 種形態(tài)：第一種是普通顆粒，絕大部分為骨料和附帶的較小量砂漿；第二種是水泥砂漿顆粒；第三種是復(fù)合顆粒，其表面包裹著水泥砂漿的一部分石子。在破碎粒徑較小情況下，水泥砂漿顆粒與碎石顆粒含量大；而在破碎粒徑大的情況下，復(fù)合顆粒占比明顯大。碎石顆粒形態(tài)與原水泥混凝土碎石的形態(tài)相比較，無明顯變化；復(fù)合顆粒間的差異明顯， 一部分顆粒表面被舊砂漿包裹的范圍小，而另一部分被舊砂漿包裹的范圍大，這些包裹的砂漿層使再生骨料表面氣孔數(shù)量明顯增多。 對本項(xiàng)目中生產(chǎn)得到的再生骨料進(jìn)行大量檢測并綜合分析后， 得出普通顆粒、水泥砂漿顆粒、復(fù)合顆粒的占比分別為22.1%、31.1%、46.8%。 其中復(fù)合顆粒所占的比例最高，普通集料形態(tài)的顆粒占比最低。

3 配合比與性能評價(jià)

再生混凝土是將普通混凝土中天然骨料按一定比例或是全部替換為再生骨料(主要是粗骨料)。該路段中粗骨料分兩部分，一部分是粒徑為5～40 mm 連續(xù)級配石灰?guī)r碎石，另一部分是再生粗骨料。根據(jù)該項(xiàng)目工程加工再生粗骨料的形態(tài)比例檢測情況，將其篩分為3 個(gè)粒徑組(5～10 mm、10～20 mm、20～40 mm)，天然細(xì)骨料為河砂。 水灰比分別為0.35、0.45、0.55， 再生骨料取代率分別為0%、50%、100%，各級配情況見表2。

表2 再生骨料混凝土配合比

根據(jù)再生骨料級配情況， 從坍落度和抗壓強(qiáng)度兩個(gè)方面分析再生混凝土的性能。

從圖4 中可以看出,同一水灰比中,再生混凝土的坍落度隨再生骨料摻入量的占比上升而降低。 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是再生骨料的外表面粗糙,孔隙多,吸水率大。從圖5 中可以看出，再生混凝土的坍落度隨水灰比增大而增大,這一結(jié)論與普通混凝土的特征是一致的。 據(jù)文獻(xiàn)[1]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生骨料的替代量小于60%時(shí)，其坍落度損失量不會(huì)給混凝土施工帶來困難， 主要原因是再生骨料用量較少，吸水量相對也較少。 因此，在使用再生骨料作為原料生產(chǎn)混凝土?xí)r應(yīng)當(dāng)考慮其吸水特性， 增加拌合水，改善坍落度。

圖4 坍落度Ⅰ

圖5 坍落度Ⅱ

從圖6、圖7 可以看出，天然骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小，再生混凝土這一特征同天然混凝土一致。 在相同水灰比中，再生骨料混凝土3d 及28d的抗壓強(qiáng)度均隨著再生骨料取代量的增加而下降。 有部分研究認(rèn)為，由于再生骨料的界面結(jié)合增強(qiáng)，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度高于天然混凝土或相同配合比的普通混凝土的抗壓強(qiáng)度。 本試驗(yàn)中配合比為0.55 的試驗(yàn)組時(shí)也出現(xiàn)以上情況。

圖6 3d 抗壓強(qiáng)度

圖7 28d 抗壓強(qiáng)度

從以上試驗(yàn)中可以看出， 再生混凝土的早期抗壓強(qiáng)度相比天然混凝土增長速度快，后期強(qiáng)度增長慢，但均滿足使用要求。

4 試驗(yàn)段情況與效益分析

試驗(yàn)段的施工方法和程序完全按照現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。 目前經(jīng)過半年的行車運(yùn)行,試驗(yàn)路段無任何病害發(fā)生，使用性能良好。根據(jù)試驗(yàn)段與部分正常路段的彎沉檢測結(jié)果分析表明， 試驗(yàn)路段與正常生產(chǎn)路段無顯著本質(zhì)差異，彎沉值呈現(xiàn)下降的趨勢，符合半剛性基層材料后期強(qiáng)度增長的規(guī)律。試驗(yàn)段鋪筑的成功，從實(shí)踐上再一次證明了廢棄路面水泥混凝土再生料在路面基層中再生利用的可行性。

水泥混凝土再生技術(shù)利用的社會(huì)效益顯著，首先，可節(jié)省廢棄混凝土的處置費(fèi)用， 本項(xiàng)目中產(chǎn)生的廢棄混凝土約有6 萬m3，經(jīng)測算棄運(yùn)費(fèi)用約為300 萬；其次，再生骨料單價(jià)低于天然骨料，可降低原材料成本。天然骨料的市場價(jià)格為115 元/m3，本項(xiàng)目中一共可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)骨料約4.8 萬m3，單價(jià)為50 元/m3，若全部投入使用，可節(jié)省資金336 萬元。 最后，廢棄水泥混凝土臨時(shí)堆放處置會(huì)浪費(fèi)大量的土地資源，再生利用后可有效解決土地占用問題，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié)語

雖然再生粗骨料的性能與天然粗骨料相比較差，但如果能正確把握各階段施工要點(diǎn)， 完全能使再生混凝土達(dá)到工作要求。再生骨料采取“就近取材”的原則，相比于天然骨料高昂的費(fèi)用， 再生骨料作為基層或底基層將為工程項(xiàng)目節(jié)省較為可觀的費(fèi)用；同時(shí)，有效利用廢棄混凝土為原材料來建造道路， 不僅能夠減少天然骨料資源的開釆量，而且有利于改善當(dāng)前自然資源嚴(yán)重短缺的狀況，還能有效解決因廢棄混凝土大量堆放而引發(fā)的環(huán)境污染問題。