二灰碎石再生集料剛性基層的配合比設計與施工技術分析

魯智勇

(湖南路橋建設集團公司)

高速公路大修中,銑刨后的半剛性基層材料大量廢棄,造成材料資源的巨大浪費、土地資源的占壓,并引發一系列的環境問題。對銑刨后的半剛性上基層材料進行再生利用,以該材料作為剛性基層骨料,研究能抵抗重車、結構合理、經濟耐用的再生集料剛性基層結構,提高路面結構的耐久性能。在缺乏石料地區,半剛性基層材料的再生利用對保護環境與資源,降低工程建設成本,抵抗重載交通,延長路面結構使用壽命,都具有重要的經濟和社會意義。

1 二灰碎石再生集料的回收利用工藝流程

(1)如何使建筑垃圾中廢棄混凝土破碎后成為再生骨料,加工工藝如何;

(2)生產出的再生骨料性能如何,與普通天然骨料在性能上有何差異;

(3)如何將再生骨料用于工程建設,用于工程建設后效果(強度、耐久性)如何。

再生骨料的回收利用工藝可分為兩種方式進行:第一種方式是在建筑工地直接對建筑垃圾進行加工,經過較為簡單的破碎、篩分、分選、潔凈工序后產生再生骨料,直接將其用于工程建設。這種方式簡單易行,便于現場操作,節約了時間和運輸費用。第二種方式是專門構造建筑廢料再加工廠,配備各種工藝所需的設備和專門的工作人員,精細地操作,有條不紊地按照操作流程生產出高質量的再生骨料。

由于室內試驗研究使用的再生骨料用量較小,通常銑刨后的二灰穩定碎石質量較好,基本上沒有雜質和污染,因此采用最簡單的生產方式,如圖 1所示。

2 二灰碎石再生集料剛性基層的配合比設計

2.1 剛性基層配合比設計要求

對再生集料(銑刨的二灰碎石基層)進行如下試驗:粗集料壓碎值試驗、粗集料針片狀含量試驗、集料堆積密度及空隙率試驗、集料密度及吸水率實驗等,其中壓碎值為33.14%,遠大于規范所要求的上限 15%,表觀密度為2.449cm3,小于規范所要求的下限 2.59cm3,且再生粗骨料集料的吸水率達到 3.91%。可見該再生集料具有壓碎值大、表觀密度小、吸水率大且吸水速率快、細集料多為粉塵和二灰等特點。

根據《公路水泥混凝土路面施工技術規范》和《公路水泥混凝土路面設計規范》,進行混凝土的配合比設計,混凝土的設計標號為C20,規范要求粗集料的最大工程粒徑不應大于 31.5mm,對再生集料、新加入的碎石進行篩分實驗,經試驗調整,確定兩中比較好的配合比。

2.2 剛性基層配合比設計

(1)設計粗集料級配。

規范規定的粗集料級配范圍、再生集料、新加入的碎石的篩分級配見表 1,設計級配曲線見圖 2。

圖 1 最簡單的再生骨料生產方式

圖 2 設計級配曲線

(2)剛性基層的配合比。

確定配合比參數:水灰比的計算和確定據粗集料類型

細集料采用中粗砂,符合規范要求。

表 1 設計粗集料級配

續表1

高速公路水泥混凝土路面設計抗折強度 5MPa,取強度施工保證率 1.02.28d彎拉強度取為 5.1MPa,水泥用42.5#,實測28d抗折強度 7MPa,砂率為 34%,坍落度為40mm,由以上公式計算水灰比為 0.436,單位用水量為143.4kg,單位水泥用量為 328.4kg,假定混凝土密度法驗證調整確定:混凝土密度為 2330kg/m3。單位用粗集料為1226kg,單位用細集料為 632kg。經試驗最終確定水泥混凝土的配合比如表 2。

表2 再生集料混凝土的配合比

2.3 試驗結果

根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》對上述配合比的再生骨料混凝土分別養護 7d和 28d的抗壓強度、劈裂強度、抗壓彈性模量、彎拉強度、彎拉彈性模量等進行的室內試驗研究,試驗結果表 3所示。

(1)由表 3中的試驗結果可知,該配合比再生骨料混凝土的抗壓強度、劈裂強度、軸心抗壓強度都高于相應的 C20混凝土的規范值,符合實際工程的設計要求;由于再生骨料比天然骨料表面多了一層硬化灰漿,硬化灰漿強度低,且二灰碎石半剛性基層在銑刨的過程中致使再生骨料內部產生微裂縫,因此,再生骨料混凝土的彎拉強度(4.12MPa),低于設計強度(5MPa),但是符合實際工程的要求;該配合比再生骨料混凝土的模量與普通混凝土相差不大,符合路面使用性能的要求。

(2)該配合比再生骨料混凝土的強度指標以及模量隨齡期的變化有以下規律:兩種配合比的再生骨料混凝土的強度指標以及模量均隨齡期的增加而增長,增長的趨勢基本上一致。

表 3 再生骨料混凝土的強度試驗結果

3 二灰碎石再生集料剛性基層施工技術

3.1 工程概況

試驗路段全長 270m,寬 11.5m,路面的結構形式是29cm二灰土+12cm二灰碎石下基層 +22cm再生集料剛性基層 +6cm中粒式瀝青混凝土 +4cm細粒式瀝青混凝土。再生集料剛性基層試驗路段共有四種結構形式,施工要求嚴格施工工藝和質量控制。

試驗路段施工要求嚴格施工工藝和質量控制。試驗路鋪設一年后,對其進行了無側限抗壓強度、模量和彎沉值檢測,并對結果進行了分析,最后探討了再生集料剛性基層的路用性能優勢。根據再生集料剛性基層的設計方案,研究了相應的施工方案。

3.2 施工技術

試驗段路面的各結構層中,面層按照普通生產路段鋪筑。鋪筑過程中重點研究再生集料剛性基層的施工技術。

(1)鋼筋網的鋪設。

施工前應確保運送再生混凝土的道路基本平整、暢通,不得延誤運輸時間或碾壞基層。底基底清理干凈之后,開始鋪設并固定鋼筋網,底基底清理干凈,包括將局部凸出不平處鑿平,剔除虛渣,并用高壓風(水)沖洗干凈。

①試驗路段 1:該段不設鋼筋網。

②試驗路段 2:該段鋪設一層鋼筋網,鋼筋網距離剛性基層底部的距離為3cm。鋼筋網采用直徑8mm的I級鋼筋點焊網,網眼尺寸為 10cm×10cm,縱向鋼筋網片搭接尺寸為 20cm,接頭搭接處采用綁扎連接方式。

在清理干凈的底基層頂部,用高度為 3cm的混凝土墊塊將鋼筋網墊起,保證鋼筋網距離剛性基層底部的距離為3cm,圖為該段鋼筋網的固定。

(2)施工過程。

①再生混凝土的拌和:采用強制式混凝土拌和機集中拌和,拌制混凝土時,準確掌握配合比,以保證混凝土配量的精確度。在拌和前要按拌合物的設計要求,對攪拌設備標定水泥、粗細集料和水等材料的準確配合比。

②再生混凝土的運輸:運輸再生混凝上時,針對水分蒸發和拌和物易發生堆積、離析等問題要作相應的考慮處理。

③再生混凝土的攤鋪:采用人工攤鋪,攤鋪按邊緣、板角、接縫處順序進行,應用鐵鍬反扣,嚴禁拋擲和樓耙,防止再生混凝土拌和物離析。

④再生混凝土的振搗:認真處理好基層邊角部位,不留強度薄弱區,以求再生混凝土基層全寬范圍內均勻密實。振搗時功率選擇要適當,既要振搗密實,又要保證不產生大的分層離析。

⑤拆模:當再生混凝土達到一定強度后,即可拆除模板,一般 1～2d即可拆模,拆模時必須小心,不要碰傷再生混凝土基層的邊角。

⑥切縫處理:橫縫切縫間距為 10m,切縫深為 5cm,由于施工現場晝夜溫差小于 10℃,采用硬切縫的方式。

⑦施工縫:由于施工不連續或每天工作結束時,需設置工作縫,非特殊情況,工作縫應設在縮縫位置,做成平縫形式,不設傳力桿,以免設置不當造成再生混凝土板破碎或隆起。施工縫端部應平整、光潔、無麻面。

⑧養生:再生混凝土路面完成后,及時養生,養生時嚴禁車輛通行,養生時間為 14d。

⑨灑布粘層油:剛性基層拉毛結束之后立即灑布粘層油,粘層油施工時,灑布粘層乳化瀝青采用專用瀝青灑布車;采用專用瀝青灑布車噴灑粘層乳化瀝青,灑布量為 0.3～0.5L/m。

⑩灑布石屑:石屑應避免出現針片狀和粒徑單一的原料,表面應無灰塵,并用助勃劑進;熱包裹,以提高粘結力和改善外觀。

[1]張亞梅.再生混凝土配合比設計初探[J].混凝土與水泥制品,2002,(1).

[2]杜婷,李惠強,吳賢國.混凝土再生骨料強化試驗研究[J].新型建筑材料,2002,(3).

[3]胡玉珊,邢振賢 .粉煤灰摻入方式對再生混凝土強度的影響[J].新型建筑材料,2005,(5).