碾壓混凝土用于道路基層和工地場坪的現(xiàn)狀和分析

李 陽，康 明，趙玉靜，陸美榮，王 林 （1.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 20002；2.上海工業(yè)固體廢棄物資源化利用工程技術(shù)中心，上海 200942；.上海寶鋼新型建材科技有限公司，上海 200942）

碾壓混凝土（Roller Compacted Concrete) 是一種單位用水量較少、坍落度為 0 的干硬性混凝土，一般采用攤鋪、碾壓的方式進(jìn)行施工。這種混凝土適用于大體積混凝土工程[1]，如壩體工程、道路工程等。近年來，隨著對(duì)碾壓混凝土研究與應(yīng)用的不斷深入，其技術(shù)性能亦有進(jìn)一步改善，在市政道路、工地場坪的施工等建設(shè)中具有較好的應(yīng)用前景。

1 國外碾壓混凝土發(fā)展概況

近十幾年來，西班牙、美國、法國、挪威、加拿大、澳大利亞、日本等國都先后開展了碾壓混凝土路面技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究。但是，因普遍存在路面平整度問題，目前各國將碾壓混凝土主要應(yīng)用于低速重車貨場、港口碼頭、停車場和低等級(jí)重交通路面。北美和歐洲是世界上道路碾壓混凝土應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的地區(qū)。美國在波特蘭國際機(jī)場道路工程中首次將道路碾壓混凝土直接用于道路路面；加拿大是目前世界上道路碾壓混凝土工程應(yīng)用最多的國家；瑞典通常將道路碾壓混凝土用于一般公路、貨場、車站等；西班牙將碾壓混凝土用于高速公路路面瀝青面層（通常 8 cm 厚）的下層結(jié)構(gòu)；澳大利亞則將道路碾壓混凝土用于高速公路路基等；日本道路協(xié)會(huì) 1990 年提出了《碾壓混凝土路面技術(shù)指南》, 并初步解決了其平整度難題；2002 年印度在從 Ropar至 Punjab 公路的面層修筑中首次采用了粉煤灰取代量高達(dá)50%，28 d 抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別高達(dá) 41.6 MPa、7.6 MPa 的新型高摻量粉煤灰碾壓混凝土，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

2 我國碾壓混凝土技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)學(xué)者已對(duì)道路碾壓混凝土進(jìn)行了大量研究。黃維蓉等[2]推薦了農(nóng)村公路路面碾壓混凝土參考配合比；牛開民等[3]提出了碾壓混凝土路面橫向縮縫間距的建議范圍；李世綺等[4]考察粗集料粒徑對(duì)路面碾壓混凝土施工性能及路面質(zhì)量的影響，研究提出了高等級(jí)公路碾壓混凝土路面對(duì)粗集料粒徑的要求；胡長順等[5]研究了復(fù)合式路面設(shè)計(jì)原理及施工技術(shù)。

有關(guān)研究成果已被納入 JTG D 40—2011《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》、JTG/TF 30—2014《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》中，里面含碾壓混凝土面層適用規(guī)范、碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)、碾壓混凝土路面施工和碾壓混凝土面層質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)章節(jié)。另外，JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》則給出了碾壓混凝土拌合物稠度試驗(yàn)方法、碾壓混凝土抗彎拉試件的制作方法。

與傳統(tǒng)的普通水泥混凝土相比，道路碾壓混凝土具有以下優(yōu)點(diǎn)：施工過程可不用模板，簡便快速，工期可縮短20%～33%；可摻加大量摻合料，可節(jié)省水泥約 30%，經(jīng)濟(jì)性較好，工程投資可節(jié)約 10%～30%；單位用水量少，干縮小，可擴(kuò)大接縫間距，初期強(qiáng)度高，養(yǎng)護(hù)期短。已有工程實(shí)踐表明, 在碾壓混凝土面層上加鋪 5 cm 左右的瀝青混凝土層, 構(gòu)成復(fù)合面層結(jié)構(gòu)，可用來改善碾壓混凝土路面的平整性與抗磨耗性。

將碾壓混凝土與固廢綜合利用相結(jié)合，獲得了相關(guān)技術(shù)成果。以“鋼渣”“碾壓混凝土”進(jìn)行檢索，檢索到相關(guān)專利為 4 項(xiàng)，見表1。

表1 檢索“鋼渣” “碾壓混凝土”相關(guān)專利

3 上海市碾壓混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 在市政道路中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在上海市政道路施工中，通常采用三渣混合料作為基層材料，缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度低、養(yǎng)護(hù)期長，造成道路施工占路時(shí)間長，對(duì)交通暢通帶來嚴(yán)重影響。為此，上海市建筑科學(xué)研究院與黃浦區(qū)市政養(yǎng)護(hù)公司合作，從 2002 年起，以礦渣粉、鋼渣粉和脫硫石膏為主要膠凝材料開展“碾壓灰渣混凝土用于快速修補(bǔ)路基層技術(shù)”。該碾壓混凝土的強(qiáng)度增長情況見表2。

表2 碾壓混凝土的強(qiáng)度隨齡期增長情況

該碾壓混凝土具有凝結(jié)時(shí)間適宜、早期強(qiáng)度高、道路彎沉值低、施工揚(yáng)塵少等優(yōu)點(diǎn)。碾壓施工完成后，3 d 內(nèi)即可恢復(fù)交通，能夠滿足市區(qū)道路快速修復(fù)的需要，已先后在西藏中路綜合改造和外灘井字形通道等工程中應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)效果和社會(huì)效益。其中西藏中路綜合改造工程大規(guī)模使用碾壓混凝土基層代替粉煤灰三渣基層，已竣工 10年，反射裂紋少，瀝青路面質(zhì)量至今良好。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 2002 年至 2012 年的 10 a 間，采用碾壓混凝土基層代替粉煤灰三渣基層完成的城市道路改造和掘路修復(fù)工程達(dá)數(shù)十項(xiàng)，涉及主干路、次干路和支路，總長度達(dá)7.5 km。在大量應(yīng)用工程的基礎(chǔ)上，上海市建筑科學(xué)研究院主編了上海市地方標(biāo)準(zhǔn) DB 31/T 784—2014《快硬性道路基層混合料（FRRM）應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。

3.2 在工地場坪中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在碾壓混凝土研發(fā)工作的基礎(chǔ)上，上海市建筑科學(xué)研究院有限公司、上海寶鋼新型建材科技有限公司、湛江寶鋼新型建材科技有限公司、新疆互力佳源環(huán)保科技有限公司等單位針對(duì)全國各地鋼鐵企業(yè)處置利用難度較大的冶金固廢和建筑垃圾展開合作，研發(fā)了用于廠礦、堆場、建筑工地場坪硬化的碾壓混凝土場坪硬化材料。目前該碾壓混凝土場坪硬化材料已在上海、新疆等地區(qū)開展工程應(yīng)用，近一年累計(jì)施工面積超過 5 萬 m2，消納了大量的冶金固廢和建筑垃圾。

上海寶鋼廠研發(fā)了以“燒結(jié)脫硫灰+拆房垃圾再生集料+轉(zhuǎn)爐鋼渣”等低值固廢為主要組分的場坪硬化材料，低值固廢的摻加比例達(dá) 90%；新疆八一鋼鐵廠，研發(fā)了“燒結(jié)脫硫灰+轉(zhuǎn)爐鋼渣+陳礦渣”等低值固廢為主要組分的場坪硬化材料，低值固廢的摻加比例達(dá) 70%；武漢鋼鐵廠、梅山鋼鐵廠、湛江鋼鐵廠研發(fā)了“燒結(jié)脫硫灰+轉(zhuǎn)爐鋼渣+采礦碎屑”等低值固廢為主要組分的場坪硬化材料，低值固廢的摻加比例達(dá) 90%。

上海地區(qū)典型工程案例為寶山區(qū)錦滬路建筑垃圾處置基地。該基地占地面積約 1.3 萬 m2，年處置利用寶山區(qū)拆房垃圾 100 萬 t。原場地地基薄弱，出現(xiàn)不同程度的沉降，場地含泥量大，土方車、工程車輛進(jìn)出頻繁，特別是雨天作業(yè)帶起泥漿，晴天作業(yè)粉塵飛揚(yáng)，給作業(yè)環(huán)境和周邊環(huán)境帶來壓力。為改善現(xiàn)場環(huán)境，寶武環(huán)科公司采用碾壓混凝土場坪硬化材料，對(duì)場地全部實(shí)施硬化處理。經(jīng)檢測，該工程使用的碾壓混凝土場坪硬化材料的技術(shù)性能見表3。

表3 上海地區(qū)碾壓混凝土場坪硬化材料 28 d 的技術(shù)性能

新疆地區(qū)的典型工程案例是新疆八一鋼鐵廠的鋼渣區(qū)停車場。該工程使用的碾壓混凝土場坪硬化材料的現(xiàn)場取芯試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 新疆地區(qū)碾壓混凝土場坪硬化材料的取芯強(qiáng)度

由表3 和表4 的檢測結(jié)果可知，利用各地固廢資源配制的碾壓混凝土場坪硬化材料的強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到 C 20 以上，力學(xué)性能和耐久性良好。

4 碾壓混凝土的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

碾壓混凝土具有綜合利用建筑固廢、工業(yè)固廢的巨大潛力，在道路基層和工地場坪施工工程中，推廣應(yīng)用碾壓混凝土場坪硬化材料，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

4.1 高效處置低值固廢，節(jié)約天然砂石資源

粉煤灰、高爐水渣等工業(yè)固廢綜合利用率較高，但是鋼渣、燒結(jié)脫硫灰、建筑垃圾等低值固廢由于以下原因，缺乏綜合利用技術(shù)途徑，急需研發(fā)新產(chǎn)品以破解處置難題。

(1) 燒結(jié)脫硫灰：寶鋼煉鋼燒結(jié)機(jī)脫硫裝置年產(chǎn)生燒結(jié)脫硫灰 20 萬 t，化學(xué)成分具有高鈣、高硫、高氯離子含量的特點(diǎn)，安定性差，如果用在水泥或混凝土中，會(huì)造成 SO3和氯離子檢測結(jié)果超標(biāo)，故難以在普通建材中利用。在寶武集團(tuán)所屬的新疆八一鋼鐵廠、武漢鋼鐵廠、梅山鋼鐵廠燒結(jié)脫硫灰成為最難處置利用的工業(yè)固廢。

(2) 鋼渣：上海地區(qū)年處置利用 80 萬 t 鋼渣，主要利用途徑是作為含鐵原料用于水泥生料配料。但是由于上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，所有水泥熟料生產(chǎn)廠全部關(guān)閉，因此存在出路難題。在寶武集團(tuán)所屬的新疆八一鋼鐵廠、武漢鋼鐵廠、梅山鋼鐵廠、湛江鋼鐵廠，普遍存在鋼渣處置利用難度大的問題。

(3) 建筑垃圾：上海規(guī)劃建設(shè) 12 個(gè)裝修垃圾和拆房垃圾處置點(diǎn)，年處置量達(dá) 1 000 萬 t。這些處置點(diǎn)均采用分類、分選、破碎和篩分工藝，再生產(chǎn)品包括粒徑 0～5 mm 再生粉末、5～15 mm 和 15～51.5 mm 再生集料。由于再生細(xì)粉和再生集料的雜質(zhì)含量和含泥量高、顆粒強(qiáng)度低、吸水率大，難以在混凝土、砂漿和路基材料中使用，一般僅用于軟土路基換填，少量用于磚，應(yīng)用市場較窄。

由于鋼渣、燒結(jié)脫硫灰、建筑垃圾再生粉末和再生集料的利用率低，在廠區(qū)暫時(shí)堆存，對(duì)周圍環(huán)境易造成影響，有必要在量大、面廣的道路基層和工地場坪工程中，充分利用這些低值、難處理固廢，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4.2 協(xié)同處置各種固廢，使得原材料技術(shù)性能互補(bǔ)

針對(duì)冶金固廢及資源化產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，采用復(fù)配技術(shù)措施，彌補(bǔ)、消除各類固廢的缺陷，取得“1+1＞2”的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)技術(shù)效果。具體如下。

高鈣高硫固廢與硅鋁質(zhì)固廢的性能互補(bǔ)：轉(zhuǎn)爐鋼渣、燒結(jié)脫硫灰的 f-CaO、SO3、CaSO3·1/2H2O 含量高，安定性不良，而建筑垃圾粉末的主要成分為紅磚、水泥砂漿和黏土，SiO2、Al2O3含量高，兩類固廢可發(fā)生火山灰反應(yīng)，緩慢生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物，既減少安定性不良的隱患，又提高碾壓灰渣混凝土的后期強(qiáng)度。

粗細(xì)固廢的緊密堆積：燒結(jié)脫硫灰的顆粒較細(xì)，建筑垃圾粉末和再生集料的粒徑適中，而轉(zhuǎn)爐鋼渣的粒徑較粗。各種粒徑的固廢復(fù)配后，經(jīng)碾壓成型施工，達(dá)到緊密堆積的狀態(tài)，可獲得較高強(qiáng)度。

膠凝材料與固廢的膠結(jié)激發(fā)互補(bǔ)：礦渣粉、鋼渣粉對(duì)于黏土含量高的建筑垃圾粉末，具有固化膠結(jié)效果；同時(shí)燒結(jié)脫硫灰提供的 SO3、CaSO3·0.5 H2O 成分、鋼渣提供的f-CaO 成分，有利于激發(fā)礦渣粉、鋼渣粉的活性；并且燒結(jié)脫硫灰中的 CaCO3成分，參與水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，提高碾壓混凝土的強(qiáng)度。

4.3 固廢消納能力強(qiáng)，生產(chǎn)施工成本低

施工情況表明，與普通預(yù)拌混凝土相比，碾壓混凝土施工時(shí)，不用模板，簡便快速，工期可縮短 20%～30%；可消納大量低值固廢，在 30 cm 厚的硬化場坪中，約消納1 t/m2的拆房垃圾、鋼渣和燒結(jié)脫硫灰等低值固廢；水泥用量僅 50 kg/m3，工程投資可節(jié)約 10%～30%；單位用水量少，干縮小，可擴(kuò)大施工縫間距；初期強(qiáng)度高，養(yǎng)護(hù)期短，碾壓施工完成后 3 d 即可行駛重載車輛。

4.4 一定程度上填補(bǔ)低強(qiáng)度混凝土的市場空白

低強(qiáng)度混凝土在市政道路基層、墊層、掘路修復(fù)、臨時(shí)性道路以及建筑工地、廠區(qū)和堆場硬地坪等領(lǐng)域，具有一定的市場需求，估計(jì)上海每年用量約 500 萬 m3（混凝土總量約為 5 500 萬m3）。

上海某預(yù)拌混凝土公司 2018 年 6 月各種強(qiáng)度等級(jí)混凝土的信息價(jià)見表5。

表5 各種強(qiáng)度等級(jí)混凝土的信息價(jià) 元/m3

由表5 可看出，與銷量最大的 C 30 混凝土相比，C 15與 C 20 混凝土價(jià)差極小，而隨著強(qiáng)度越高，混凝土價(jià)格迅速上升。據(jù)調(diào)研，混凝土拌合站均不愿意簽訂 C 20 以下低強(qiáng)度混凝土的合同，而熱衷于高強(qiáng)混凝土的銷售。這是由于C 10～C 20 混凝土的水泥和砂石消耗量、人工機(jī)械費(fèi)與 C 30 混凝土相差無幾，利潤低，而生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土可獲得高利潤。因此，低強(qiáng)度混凝土存在一定供應(yīng)缺口，碾壓混凝土在一定程度上填補(bǔ)低強(qiáng)度混凝土的市場空白。

5 結(jié) 語

利用全國各地的冶煉廢渣和建筑垃圾研制的碾壓混凝土場坪硬化材料，具有低值固廢消納能力強(qiáng)、生產(chǎn)施工成本低、技術(shù)性能優(yōu)等特點(diǎn)，一定程度上填補(bǔ)低強(qiáng)度混凝土的市場空白，在廠礦、堆場、建筑工地場坪硬化以及道路基層方面，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。