廢舊水泥混凝土路面工程中的再生利用

劉艷美

(黑龍江省哈爾濱市五常市公路管理站，黑龍江 五常 150200)

我國每年因規(guī)劃新建道路、舊路升級改造、舊路破損重建及自然災(zāi)害等原因，有大量的廢舊水泥混凝土路面被破除丟棄，一方面占用土地資源，另一方面造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

近幾年，工程建設(shè)對砂石資源的開采造成的環(huán)境壓力越來越大。砂石料供需不平衡問題也愈加突出，材料嚴(yán)重短缺，價(jià)格大幅上漲。資源枯竭、環(huán)境破壞與城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展矛盾明顯。

廢舊水泥混凝土路面具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨、抗沖擊、抗凍、耐水等特性，且穩(wěn)定性好、易加工，具有很強(qiáng)的路用性能，是道路工程建設(shè)不可多得的再生資源。據(jù)有關(guān)研究，目前我國廢舊水泥混凝土路面的再生利用率僅10%左右，深入研究廢舊水泥混凝土路面在道路工程中的再生利用對建筑垃圾減量、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約、實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。

1 廢舊水泥混凝土路面在道路工程中再生利用概述

廢舊水泥混凝土路面再生制品在道路工程中應(yīng)用廣泛，目前已有大量的工程實(shí)踐。表1列舉了廢舊水泥混凝土路面在道路工程中主要再生利用形式和應(yīng)用范圍。

表1 廢舊水泥混凝土路面在道路工程中的再生利用形式和應(yīng)用范圍

破碎成再生骨料是廢舊水泥混凝土路面目前最廣泛的再生利用方式。再生骨料和天然骨料性能特征具有差異性。由廢舊水泥混凝土破碎、篩分制備的再生骨料顆粒棱角多、表面粗糙、組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導(dǎo)致再生骨料自身的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、空隙率大、壓碎指標(biāo)高。

大量的試驗(yàn)研究表明，用再生骨料制備的再生混凝土用水量較大、硬化后的強(qiáng)度低、彈性模量低，而且抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化能力、收縮、徐變和抗氯離子滲透性等耐久性能均低于普通混凝土?？赏ㄟ^改善骨料粒形和除去再生骨料表面附著的硬化水泥石對再生骨料進(jìn)行強(qiáng)化處理，強(qiáng)化后的再生骨料不僅性能顯著提高，而且不同強(qiáng)度等級廢舊水泥混凝土制備的再生骨料性能差異也較小，有利于再生骨料的質(zhì)量控制。

再生骨料用途不同，其顆粒組成范圍與性能要求也不一樣。我國關(guān)于混凝土用再生粗細(xì)骨料、砂漿用再生粗細(xì)骨料、道路面層、基層用再生粗細(xì)骨料的主要性能要求已制定相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

2 廢舊水泥混凝土路面在網(wǎng)安基地市政道路工程中的再生利用

2.1 工程概況

國家網(wǎng)絡(luò)安全人才與創(chuàng)新基地是經(jīng)國家領(lǐng)導(dǎo)人批示，中央網(wǎng)信辦支持，推進(jìn)我國網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略實(shí)施的重大項(xiàng)目。網(wǎng)安基地一期市政工程是網(wǎng)安基地市政配套子項(xiàng)，位于武漢市東西湖區(qū)徑河街先鋒村，項(xiàng)目共包含七條市政道路+兩條地下綜合管廊，建安投資約6億元，由中南市政總院EPC總承包。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境

新建道路范圍內(nèi)分布有多個(gè)魚塘，魚塘內(nèi)淤泥層厚多為3 m左右。此外，三分之二路床頂面以下的地質(zhì)情況是2～3 m厚的淤泥質(zhì)粉土，地下水位淺，天然含水率高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓實(shí)縮性高。2018年11月至12月份，網(wǎng)安基地市政道路正值路基施工的攻堅(jiān)階段，恰逢武漢市連日陰雨天氣，導(dǎo)致路床泡水軟彈，需要對路床軟土進(jìn)行處理方能施工路面結(jié)構(gòu)層。

交通方面，既有省道新徑路東西向橫穿新建七條道路中的內(nèi)環(huán)路，施工期間既有省道交通不能中斷，為確保省道新徑路正常交通通行，需修建800 m長、12 m寬的水泥混凝土交通疏導(dǎo)便道，待本段新建道路施工完成，恢復(fù)交通后，交通疏導(dǎo)便道便破除。

此外，道路施工還涉及到一處包裝廠水泥混凝土場地的破除、先鋒村內(nèi)既有水泥混凝土路面的破除、網(wǎng)安基地園區(qū)內(nèi)同時(shí)在建的中金數(shù)谷、弘芯半導(dǎo)體等多家單位的臨時(shí)停車場、施工進(jìn)出場水泥混凝土便道的拆除、遷建再拆除。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)，包括交通疏導(dǎo)便道在內(nèi)，本項(xiàng)目整個(gè)現(xiàn)場需要破除共計(jì)約36 200 m2的廢舊水泥混凝土路面，將產(chǎn)生約10 000 m3的廢舊水泥混凝土路面破碎塊；再者，基地內(nèi)及周邊有多個(gè)項(xiàng)目在建，也將會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊水泥混凝土路面破碎塊，也同樣面臨外棄的問題。根據(jù)基地建設(shè)的總體規(guī)劃和當(dāng)?shù)卣囊?guī)定，工程棄土棄渣需要外運(yùn)到20 km外的棄土場，并繳納銷納費(fèi)。

2.3 工程應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)工程應(yīng)用范圍

EPC總承包在充分分析項(xiàng)目現(xiàn)場條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)保及外在因素等綜合比較，確定在現(xiàn)場臨時(shí)建設(shè)一座小型廢舊水泥混凝土再生加工廠的方案，將現(xiàn)場及周邊所有廢舊水泥混凝土路面資源化利用于本工程。

①在魚塘淤泥層地段，用廢舊水泥混凝土路面破碎塊外加其再生骨料，采取拋塊擠淤的方法處理魚塘淤泥層。

②在軟土路床地段，用廢舊水泥混凝土路面破碎塊外加其再生骨料，采取塊料平鋪嵌縫的方法處理軟土路床，能有效形成軟土硬殼層。

③將廢舊水泥混凝土路面小破碎塊加工成再生骨料，用于路基填料、人行道透水混凝土、路面墊層、箱涵、管廊、管道的混凝土墊層及基坑回填、機(jī)動(dòng)車道水泥穩(wěn)定碎石底基層、海綿城市系統(tǒng)透水層。

(2)施工工藝

①拋塊擠淤處理淤泥層(厚度在5 m以內(nèi))施工工藝：施工準(zhǔn)備→機(jī)械破碎→分揀裝車→轉(zhuǎn)運(yùn)→分區(qū)分層拋投→挖機(jī)初步碾壓→小塊推平嵌縫→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→壓實(shí)度檢測。

②塊料平鋪嵌縫處理軟土路床施工工藝：施工準(zhǔn)備→機(jī)械破碎→大塊修理、小塊破碎→運(yùn)輸至待處理路段→平鋪塊料→攤鋪再生級配骨料找平層→碾壓→標(biāo)高復(fù)核→彎沉檢測。

③再生骨料用于道路工程施工工藝：施工準(zhǔn)備→機(jī)械破碎→裝車運(yùn)輸至再生加工廠→破碎成再生骨料→制備透水混凝土、水泥穩(wěn)定再生骨料等→現(xiàn)場攤鋪→質(zhì)量檢測。

(3)施工質(zhì)量控制措施

采用破碎機(jī)械將廢舊水泥混凝土路面破碎成大塊和小塊，大塊主要用于處理魚塘淤泥層及軟土路床，小塊經(jīng)錘式破碎機(jī)破碎成再生骨料。對再生骨料現(xiàn)場取樣，按《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E42-2005中的試驗(yàn)方法，對其吸水率、壓碎值、針片狀顆粒含量等主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足使用要求。為確保施工質(zhì)量，EPC要求施工單位在施工過程中應(yīng)該采取以下質(zhì)量控制措施。

①為保證處理效果，塊料大小要適中。采用方格網(wǎng)法，利用舊路水泥混凝土板縫，方格網(wǎng)上各交點(diǎn)即為炮眼位置，利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎。若用于拋塊擠淤處理魚塘淤泥層，則打出邊長為40～50 cm的方格網(wǎng)，可得到大塊(20 cm

②用于處理魚塘淤泥層時(shí)，自卸汽車將破碎塊運(yùn)至拋投現(xiàn)場魚塘邊緣，應(yīng)用挖掘機(jī)進(jìn)行分選拋投，嚴(yán)禁向魚塘中直接傾倒。為保證拋填擠淤效果，破碎塊拋投方向需遵循以下原則：當(dāng)路線從魚塘的中間穿過時(shí)，從路堤中心呈等腰梯形向前和兩側(cè)拋填至路基寬度，使泥沼及軟土向兩側(cè)擠出；當(dāng)路線從魚塘的邊或角穿過時(shí)，則從塘埂向魚塘中心拋投，并使泥沼及軟土向魚塘中心擠出。

③用于處理軟土路床的塊料，大塊對其尖銳邊角稍做修理，保證其有一大的平整面，小塊利用破碎機(jī)再生成粗細(xì)骨料。大塊料不宜過大也不易過小，太大容易懸空，板下宜掏空，容易失穩(wěn)，造成路面結(jié)構(gòu)破壞，太小處理效果不好，填縫工作量大，整體穩(wěn)定性差。

對于地下水位淺，天然含水率高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓實(shí)縮性高的細(xì)粒土軟土路床，鋪設(shè)一層無法形成硬殼層的，可按此方法鋪筑第二層；當(dāng)路基范圍內(nèi)的地下水位較高，路基干濕狀態(tài)不滿足要求，且路基頂面標(biāo)高受限時(shí)，可利用路基施工所用的臨時(shí)降排水溝，埋設(shè)透水管或回填再生級配骨料，形成排水暗管或盲溝，作為路基永久排水體系，并將此排水系統(tǒng)與海綿城市系統(tǒng)連通一體。

④再生骨料用于路基、路面墊層、人行道透水混凝土等不同的結(jié)構(gòu)部位時(shí)，對再生骨料的粒徑大小有不同的要求，應(yīng)根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整破碎機(jī)篩孔孔徑。若再生骨料被用于承重結(jié)構(gòu)，還需要通過改善骨料粒形和除去再生骨料表面所附著的硬化水泥石，來提高骨料的性能。

經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)跟蹤檢測，基坑回填壓實(shí)度、路基壓實(shí)度和彎沉值均滿足設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。機(jī)動(dòng)車道水泥穩(wěn)定再生骨料底基層攤鋪完成，養(yǎng)護(hù)7 d，取芯檢測無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.7 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)經(jīng)濟(jì)效益分析

利用廢舊水泥混凝土路面破碎塊外加其再生骨料處理受雨水浸泡的軟土路床，既保證了工程質(zhì)量，又避免了工期延誤。最終，道路按節(jié)點(diǎn)目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)通車，為網(wǎng)安基地內(nèi)展示中心更早投入運(yùn)營提供了交通保障。從實(shí)施結(jié)果來看，按當(dāng)時(shí)的天氣條件，采用傳統(tǒng)的翻曬和土質(zhì)改良處理方法，工期將至少延誤45 d。

采用廢舊水泥混凝土路面破碎塊處理魚塘淤泥層；再生骨料用于路基填料、人行道透水混凝土、路面墊層等，代替原生骨料；再加之不發(fā)生的棄渣外運(yùn)費(fèi)用及銷納費(fèi)、不需要外購填料等，工程造價(jià)有效降低。經(jīng)測算，節(jié)約工程造價(jià)約429萬元。

廢舊水泥混凝土路面就地再生利用，不用長距離外運(yùn)，減少二氧化碳排放，避免運(yùn)輸遺撒導(dǎo)致路面及環(huán)境揚(yáng)塵污染。此外，利用廢舊水泥混凝土路面破碎塊及其再生骨料可有效減少新材料的開采使用，節(jié)約資源，降低能耗。

3 廢舊水泥混凝土路面再生利用現(xiàn)狀、 存在的問題及對策建議

本工程廢舊水泥混凝土路面再生利用也面臨一些障礙。EPC現(xiàn)場管理人員提出將現(xiàn)場廢舊水泥混凝土路面用于道路工程時(shí)，EPC設(shè)計(jì)人員對施工質(zhì)量控制表示擔(dān)憂，監(jiān)理單位認(rèn)為利用再生骨料及再生制品，工程質(zhì)量難以保證，并提出再生骨料的材料價(jià)格與天然骨料存在差異，結(jié)算時(shí)材料單價(jià)需要進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合本工程應(yīng)用情況，分析我國目前廢舊水泥混凝土路面再生利用現(xiàn)狀及存在的問題。

(1)建筑垃圾回收再利用管理制度不完善，缺乏實(shí)操性的規(guī)章制度；

(2)廢舊水泥混凝土路面分類收集的程度不高，絕大部分依然是混合收集，增大了廢舊水泥混凝土路面資源化、無害化處理的難度；

(3)廢舊水泥混凝土路面回收利用率低，專門的回收機(jī)構(gòu)較少；

(4)我國廢舊水泥混凝土路面處理及資源化利用的技術(shù)水平還有待提高，對新技術(shù)、新工藝及先進(jìn)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)投入還不夠。

為提高廢舊水泥混凝土路面在道路工程中的應(yīng)用水平，提高利用率，加大應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)我國建筑垃圾減量化、資源化，提出如下對策建議。

(1)目前，大、中城市根據(jù)管理的實(shí)際需要，相繼頒布了建筑垃圾或工程渣土管理規(guī)定。初步建立了建筑垃圾申報(bào)及審批制度，收運(yùn)車輛也得以初步規(guī)范化，但無論從規(guī)模上還是力度上還不夠，還需要建立健全相應(yīng)的法規(guī)和管理體制，建立數(shù)字化運(yùn)行監(jiān)管信息系統(tǒng)，加強(qiáng)建筑垃圾治理聯(lián)合執(zhí)法；

(2)引入市場機(jī)制，制定優(yōu)惠的產(chǎn)業(yè)扶持政策，對建筑垃圾處理廠實(shí)行減稅或免稅的優(yōu)惠政策，努力引導(dǎo)再生資源產(chǎn)品形成規(guī)?；a(chǎn)，降低再生資源產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；

(3)大力推動(dòng)建筑垃圾綜合利用技術(shù)和相關(guān)機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)研究，使工藝流程既簡單合理又減少設(shè)備投入的成本；

(4)深入理論研究，加強(qiáng)建筑垃圾的科研工作，制定相應(yīng)技術(shù)規(guī)范(規(guī)程)和技術(shù)指標(biāo)，包括設(shè)計(jì)規(guī)范、應(yīng)用規(guī)程、施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，保證再生混凝土等再生制品的工程質(zhì)量。

4 結(jié) 語

結(jié)合網(wǎng)安基地市政道路項(xiàng)目的工程實(shí)踐，對廢舊水泥混凝土路面在道路工程中再生利用的施工工藝、施工質(zhì)量控制措施進(jìn)行了總結(jié)提煉，分析得出廢舊水泥混凝土路面再生利用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。針對我國廢舊水泥混凝土路面再生利用現(xiàn)狀和存在的問題，提出了盡快完善建筑垃圾回收利用管理制度、推動(dòng)廢舊水泥混凝土路面綜合利用技術(shù)研究、加強(qiáng)先進(jìn)的施工機(jī)械設(shè)備研發(fā)以及制定配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等一系列對策措施。希望能為我國廢舊水泥混凝土路面資源化利用、相關(guān)政策的制定、行業(yè)發(fā)展研究方向提供建議和參考。