道路工程中水泥穩(wěn)定碎石的再生利用

田 瑛

道路工程中水泥穩(wěn)定碎石的再生利用

田 瑛

分析了舊水泥穩(wěn)定碎石作為再生集料的特性及其對新生成混合料的影響,從理論及實(shí)踐方面研究了將舊水泥穩(wěn)定碎石作為再生集料用于新建道路、舊路改造的可行性,以期促進(jìn)再生集料在今后道路工程中的推廣應(yīng)用。

水泥穩(wěn)定碎石,再生集料,粒徑,壓碎值,配比

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石自 1997年在我市首次應(yīng)用于濱河?xùn)|路作為道路基層以來,因其具有良好的力學(xué)性能、水穩(wěn)性好、強(qiáng)度高、干溫縮性小、抗凍性好以及加工簡便、成本費(fèi)用合理等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。水泥穩(wěn)定碎石(以下簡稱水穩(wěn)碎石)所需材料主要是碎石、石屑和水泥,這些材料來源廣泛、價格適中。到目前為止,還沒有更好的材料可以取代其作為道路的基層、底基層。

1 水泥穩(wěn)定碎石再生利用的起因

在城市化進(jìn)程飛速擴(kuò)張的今天,城市道路、建筑物、構(gòu)筑物不斷翻修擴(kuò)建,市場對水泥、碎石等材料的需求急劇增長,砂、石材料的價格一路上漲,而大量開采新的砂、石材料又給早已不堪重負(fù)的生態(tài)環(huán)境增加了負(fù)擔(dān)。同時廢舊的水穩(wěn)碎石、水泥混凝土等建筑垃圾不斷增多,需要占用大量土地堆置廢棄材料。如果能將廢舊的水穩(wěn)碎石材料、水泥混凝土加以合理利用,作為新建道路、舊路改造的水穩(wěn)材料,不僅可以減少廢料排放對環(huán)境的壓力,還可以減少工程中新石子的用量,節(jié)省工程造價,是一舉多得的好辦法。

2 水泥穩(wěn)定碎石的應(yīng)用特點(diǎn)及再生集料品質(zhì)要求

水穩(wěn)碎石對作為道路基層及底基層的碎石原材有如下要求：

1)碎石應(yīng)為多棱角塊體、表面清潔無土,具有較高的強(qiáng)度、韌性和抗磨耗能力。2)對于次干路及以下道路：水穩(wěn)碎石做底基層時,單個顆粒最大粒徑不應(yīng)大于 53mm;作基層時,單個顆粒最大粒徑不應(yīng)大于 37.5mm,集料中不宜含有塑性指數(shù)的土。3)對于城市快速路和主干道：水穩(wěn)碎石做底基層時,單個顆粒最大粒徑不應(yīng)大于37.5mm;水穩(wěn)碎石用作基層時,單個顆粒最大粒徑不應(yīng)大于 31.5mm。4)對城市快速路和主干路,基層與底基層水泥穩(wěn)定粒料中碎石或礫石的壓碎值不應(yīng)大于 30%;對其他道路基層不應(yīng)大于 30%、底基層不應(yīng)大于35%。5)集料中有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)超過2%,硫酸鹽含量不應(yīng)超過 0.25%。

通過試驗(yàn)室大量試驗(yàn)證實(shí)：再生集料在采制過程中采取恰當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC其不受二次污染時,它的有機(jī)質(zhì)及硫酸鹽含量、塑性指數(shù)均符合要求。那么,再生集料的利用重點(diǎn)就是其粒徑及壓碎值是否符合要求,對新生集料的強(qiáng)度影響如何。

2.1 再生集料的品質(zhì)要求

1)強(qiáng)度方面：通常建筑物、構(gòu)筑物及水泥路面的混凝土強(qiáng)度都在C15(即15MPa)以上,將它的破碎料作為再生骨料對低強(qiáng)度混凝土,尤其是對成型后強(qiáng)度要求不高的水穩(wěn)碎石基層(水穩(wěn)碎石材料的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求通常為3.5MPa左右)來說幾乎是沒有影響的。

2)外觀角方面：再生集料表面因包含了沒有完全打碎的水泥砂漿,且部分舊料會在破碎過程中產(chǎn)生新的斷面。這就使得再生集料表面較天然粗集料表面粗糙、空隙多,因而再生集料 24 h吸水率高于天然集料,導(dǎo)致拌和過程中混合料的水灰比實(shí)質(zhì)上的減小、骨料表面的吸附力增加,使得拌和后的混合料粘結(jié)力變大,攤鋪后的層面能更快產(chǎn)生整體性。

3)級配方面：舊水穩(wěn)碎石材料經(jīng)過道路使用中的各種影響及破碎加工后,最大粒徑有所減小、細(xì)集料的含量有所增加。由多次試驗(yàn)結(jié)果分析得知其級配比新集料更加連續(xù),有利于形成骨架密實(shí)型的水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。施工中可以通過篩分試驗(yàn)重新配料調(diào)整再生集料的級配類型,控制 0.075mm以下細(xì)集料的含量,以滿足新水穩(wěn)材料對集料的級配要求,使水穩(wěn)基層更容易碾壓密實(shí),提高成型后的整體強(qiáng)度。

4)試驗(yàn)結(jié)果：采用φ15 cm、高15 cm的圓柱體試件做重型擊實(shí)試驗(yàn)可知：采用新集料的水穩(wěn)碎石 7 d抗壓強(qiáng)度低于同樣水泥摻量的再生骨料的水穩(wěn)碎石 7 d抗壓強(qiáng)度值;而同樣級配再生骨料的水穩(wěn)碎石材料其水泥含量越高,7 d抗壓強(qiáng)度值越大。

2.2 再生集料應(yīng)用的優(yōu)勢

如采用拌和站集中拌和,因再生集料在采制過程中要經(jīng)過銑刨機(jī)破碎,加上原水穩(wěn)碎石基層中本身的水泥含量不高,得到的再生集料中水泥砂漿塊體很少且極易破碎,所以不需要采用專門的機(jī)械進(jìn)行破碎清洗,對拌和站沒有特殊要求,不會增加再生材料的造價。如果采用現(xiàn)場冷再生技術(shù)則需要專門的冷再生機(jī),雖然機(jī)械投資較高,但機(jī)械可長期重復(fù)利用,且施工中不需要大量新購碎石、沒有運(yùn)輸過程,在碎石運(yùn)輸價格居高不下的今天其施工成本會有進(jìn)一步的降低。

3 工程實(shí)例

早在 2003年濱河西路翻修時,我公司就嘗試過使用冷再生技術(shù)進(jìn)行舊水穩(wěn)碎石基層的翻修再利用。

濱河西路為城市一級主干道,當(dāng)時的寬度為 23.4m,原路面的基層為 30 cm厚水穩(wěn)碎石,因交通長期超負(fù)荷運(yùn)行,瀝青面層、水穩(wěn)碎石基層損壞嚴(yán)重。施工采用現(xiàn)場冷再生技術(shù)利用原水穩(wěn)材料做道路基層,再鋪筑瀝青面層。為了減少對居民出行的影響,施工采用了半幅施工的方式。

3.1 原材的處理

該工程施工的重點(diǎn)是舊集料的級配和強(qiáng)度的調(diào)整,通過我單位試驗(yàn)室多次取樣試驗(yàn)后確定：選用柴村1 cm～3 cm碎石為新增骨料,其摻量定為10%;水泥選用 32.5級礦渣硅酸鹽水泥,摻量為 6%。按此摻量確定的冷再生基層篩分結(jié)果見表 1。

表1 冷再生基層篩分結(jié)果

試驗(yàn)得該混合料的最佳含水量為 7.2%,最大干密度為2.09g/cm3,7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.71MPa。該再生混合料級配符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 施工措施

1)為保證拌和均勻,施工中冷再生機(jī)行走速度始終控制在5m/m in～8m/min,拌和過程中隨時抽查拌和深度及含水量,發(fā)現(xiàn)有偏差及時糾正。2)每拌和完一段及時碾壓,以保證施工質(zhì)量。施工完一段適時適量灑水,確保路面潮濕但水穩(wěn)層水泥不被水沖洗流失。3)養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)格控制交通,嚴(yán)禁重型車輛運(yùn)行。

3.3 質(zhì)量控制及可行性

現(xiàn)場冷再生施工翻修速度快、造價低(比新鋪水穩(wěn)碎石每平方米可降低成本 25元/m2),且沒有廢棄材料外運(yùn),對環(huán)境污染極小,施工取得了良好的效果。為保證施工質(zhì)量,在施工過程中還是要采用一些方法確保再生集料的品質(zhì)的,具體如下：

1)在舊水穩(wěn)碎石基層的銑刨過程中水穩(wěn)層上的面層要清理干凈,水穩(wěn)底層剩余5mm～10mm的厚度不銑,以防面層及下基層的雜質(zhì)混入再生骨料中,增加再生集料的生產(chǎn)難度及成本。2)因再生集料狀況復(fù)雜,拌和前、施工中都應(yīng)對骨料的顆粒級配、相對密度、壓碎值、含水量等勤做試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有變化要及時調(diào)整,確保成品質(zhì)量。在條件允許的情況下盡可能設(shè)計為骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。3)在拌和過程中應(yīng)先將水泥和再生集料充分干拌,混合均勻后再加水進(jìn)行拌和出料。拌和時間應(yīng)比新集料拌和時間適當(dāng)延長。4)設(shè)計時嚴(yán)格控制集料的水灰比,拌和中嚴(yán)格控制水泥劑量,既要保證水穩(wěn)基層的強(qiáng)度,又要防止水泥含量過高增加基層產(chǎn)生干縮裂縫的可能性。5)嚴(yán)格控制運(yùn)輸及施工時間,采取有效措施防止水分散失,及時進(jìn)行含水量的測定。6)確保碾壓及養(yǎng)生質(zhì)量,在強(qiáng)度增長期間嚴(yán)禁車輛通行。不能封閉交通時應(yīng)限制重車通行,其他車輛的車速不應(yīng)超過 30 km/h。

4 結(jié)語

多年來通過我單位試驗(yàn)室的認(rèn)真研究及本單位施工設(shè)備的不斷更新,舊集料再生利用已不是難題。只要方法得當(dāng)、措施合理,舊集料再生利用不論從經(jīng)濟(jì)還是環(huán)保角度講都是很值得施工單位推廣、應(yīng)用的。

[1] DBJ 04-271-2008,城鎮(zhèn)道路工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 劉曉娜.道路基層水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)材料的再生利用[D].成都：成都理工大學(xué),2007.

[3] 劉君明,藺寶垚,尤 偉.水泥穩(wěn)定再生混合料收縮性能研究[J].山西建筑,2010,36(10)：162-163.

The recycling of cement stabilized crushed stone in road engineering

TIAN Ying

The paper discussed the regeneration of the old cementstabilized crushed stone as the aggregate characteristics andm ix of the impact on the new generation.From the theory and practice discussed the possibility of the regeneration of theold cement stabilized crushed stoneaggregate for new roads and improve the old road to promote the recycled aggregate in road works in the future app lication.

cement stabilized crushed stone,recycled aggregates,particle size,crushing value,the ratio

U 416.216

B

1009-6825(2011)09-0142-02

2010-11-28

田 瑛(1976-),女,工程師,太原市政工程總公司,山西太原 030002