環(huán)保型固化再生碎石土基層施工技術應用

張錫霖ZHANG Xi-lin

（上海建工四建集團有限公司，上海 201103）

1 概述

建筑垃圾的產生隨著城市建設的不斷發(fā)展越來越多。據統計，目前全國的建筑廢棄物總量已經占到城市廢棄物總量的30%~40%，新產生的建筑廢棄物總量也頗為龐大。這些建筑垃圾基本都是占用大量土地資源，直接運到郊外露天堆放或填埋，且會嚴重污染當地環(huán)境，沒有經過任何處理。因此，建筑垃圾處理成為國家一貫強調環(huán)保的大前提下重點治理的問題。既能解決環(huán)境污染問題，又能合理利用這些資源，取得一定的經濟效益，如何利用建筑垃圾使之變廢為寶，這是一個頗具深意的課題，因而具有十分重要的現實意義。[1]結合工程實際，擬使用建筑再生料作為道路基層填筑材料，不僅可以大量減少由于建筑垃圾傾倒對土地資源的占用，也可幫助政府解決部分廢料處理問題，同時可降低相應的工程造價[2]。本文以常見的水泥穩(wěn)定碎石基層為基礎，探索一種新型的環(huán)保型固化再生碎石土基層，將建筑再生料資源化利用，推動建設綠色環(huán)保公路發(fā)展。

2 技術背景

通過業(yè)內咨詢，了解到一種新型的環(huán)保型固化土基層可來替代老路基層。通過詳細了解，業(yè)內某單位對此種新型固化土進行試驗，簡述如下：將100m 路基處理采用粉劑及水劑固化劑替換原路基處理的40cm 碎石層+40cm石灰土做法，替換后為50m 采用30cm 建筑舊料+30cm 環(huán)保型材料固化土層、50m 采用40cm 建筑舊料+20cm 環(huán)保型材料固化土層，剩余100m 采用原設計做法。

從壓實度、彎沉值和7d 無側限抗壓強度這三項試驗結果與水泥穩(wěn)定碎石基層力學性能指標進行對比分析，可知新型固化土基層在壓實度和彎沉值指標上可與水穩(wěn)基層相媲美，而7d 無側限抗壓強度仍有不足。

因此，本文以常用的水泥穩(wěn)定碎石基層力學性能指標為依據，針對7D 無側限抗壓強度不足的問題，通過不同土樣配合比的試驗，確定新型環(huán)保固化再生碎石基層的最優(yōu)配合比，從而達到作為道路基層的性能要求，通過試驗探索出一種新的環(huán)保型固化再生碎石土基層。

3 環(huán)保型固化土再生基層配合比設計研究

以環(huán)保型固化再生基層一般為環(huán)保固化劑、土壤、再生碎石以及水的混合物。

3.1 材料選用

3.1.1 環(huán)保固化劑材料

對固化劑材料性能的一般要求：必須是具有高度導電性溶液的離子交換型土壤穩(wěn)定劑，與含有負離子的黏土混合后，與土壤顆粒表面吸附水的活性陽離子進行強力交換，促使土壤擴散層厚度減薄、電位勢下降、土壤顆粒間排斥力降低，經水稀釋后產生強離子作用的磺化油。聯結加強，同時將土壤顆粒表面所帶的負電荷中和，使土壤顆粒失去對水的靜電吸引力，從而釋放出束縛在吸附層和擴散層內的結合水，使之轉化為自由水排出，這種電化學作用改變了粘土顆粒的雙電層結構，成為一種不可逆的過程，它能將土壤的親水性永久地轉化為疏水性，使土壤易于壓實，從而使土壤的親水性對土壤的物理力學性能進行改良，形成結構穩(wěn)定的整體板塊。因此，相對于傳統的水泥、石灰等無機結合料對土壤進行加固的作用，它能隨水分排出并壓實，其強度可隨水而增加，且具有良好的水穩(wěn)性。

3.1.2 土壤

應采用就近取土、先近后遠的原則。土的有機質含量應小于5%，土的最大粒徑宜不大于15mm，且粒徑大于10mm 土的質量應小于土總量的5%。除了碎礫石包含細料、細沙和泥碳有機泥土不能作為環(huán)保水劑固化土土壤使用外，大礫石含沙和細料、礫石狀沙或沙含細料、含細泥礫石砂、高塑性礫石、低壓縮性淤泥沙和細料、高壓縮性淤泥、中低度壓縮性泥土、高壓縮性泥土、高壓縮性淤泥等等均可作為環(huán)保水劑固化土的土壤材料。

3.1.3 建筑舊料再生碎石

建筑舊料經挑揀、破碎、分離以后，剔除建筑磚塊、瓦片、木塊、生活垃圾等不可用于道路填筑材料的部分，留下混凝土碎塊、石子、石屑等用作道路基層填筑材料。

3.1.4 水

應符合JGJ 63 的規(guī)定。

3.2 試驗目的

采用環(huán)保型固化劑的基礎上，改變土的組成，即添加骨料的方式，進行試驗，取得3 項試驗指標，即壓實度、彎沉值、7d 無側限抗壓強度，從力學性能指標方面去論證其代替水穩(wěn)基層的可行性。

3.3 配合比試驗

試驗材料選擇現場土源，以及現場擁有的再生碎石。

研究再生碎石粒徑與級配組成，通過篩分試驗，結果如表1、圖1。

表1 再生碎石篩分記錄表

圖1 再生碎石級配

分析可得再生碎石的粒徑級配為5-16 約占40%，16~31.5 約占45%，其余約15%。

通過CBR 試驗，測得再生碎石壓碎值28.9%。

采用此再生碎石進行，配合比試驗，試件組成如表2。

表2 配合比實驗結果

通過標準擊實試驗，測得碎石土的最優(yōu)含水率為10.9%，最大干密度為2.078g/cm3。

3.4 現場試驗方案

試驗考慮取100m 施工便道，設計40cm 建筑舊料（路基）+40cm 固化再生碎石土（基層），40cm 固化再生碎石土分2 層施工，用于取得力學性能指標，試驗研究40cm 固化再生碎石土代替機動車道水穩(wěn)層可行性。

試驗準備條件：

下承層建筑舊料路基要求：彎沉值小于250（0.01mm），或者回彈模量大于45MPa（換算彎沉值約250），同常規(guī)土路基頂彎沉值。（表3）

表3 路基彎沉值實測數據

3.5 現場試驗過程

根據施工經驗及水泥初凝時間要求，并結合本試驗段的面積，總結本試驗段施工工藝。

圖2 施工工藝流程圖

3.5.1 預攤鋪及預碾壓

將施工用的土石混合料鋪筑在施工段上，鋪筑時，對混合料含水率進行檢測，含水率控制在24%以下方可進行下一步工作。采用22 噸單輪壓路機對混合料進行預碾壓，并采用平地機對預碾壓后的基層進行初平，且根據方案進行標高的控制（根據松鋪系數預留部分余量）。

3.5.2 環(huán)保固化劑的撒布

固化劑撒布采用撒布車進行，每20cm 層厚控制灑布量25kg/m2。在撒布完成后，并在三個小時內需完成本施工段的碾壓。

3.5.3 銑刨拌和

銑刨拌和機械為冷再生機，該機械拌和寬度為2.3m，一次拌和壓實厚度為20~35cm，在施工中，該機械可根據方案要求對銑刨深度進行調節(jié)。以4 米/分鐘的速度行進。在銑刨過程中，做到緩慢、均勻、連續(xù)，在單幅再生施工進行到一個作業(yè)段結束后，在縱向接縫處的相鄰兩個作業(yè)面重疊處，以10~30cm 為宜，倒出再生機和灑水車進行第二幅施工。本試驗段在施工過程中不需要在銑刨中加水，含水率適當。[3]

3.5.4 平地機精平

冷再生混合料銑刨拌和后，在工作面上用平地機快速初平2 次，凹陷處及時整修，整修時先將混合料翻松5cm，再將混合料填平，用平地機按復檢標高整形，整形時平地機由兩側刮平至路中央，必要時再返回刮，按規(guī)定的坡度和路拱要求進行，然后整形后的再生層沒有出現明顯的車輪痕跡，也沒有出現集料離析的現象。[4]

3.5.5 碾壓

完成精平后，用22 噸振動壓路機的低幅高頻一次穩(wěn)壓，然后高幅低頻進行二次碾壓（這樣就可以壓實再生層下2/3），再用平地機進行一次精平，然后用壓路機的高幅低頻進行三次碾壓，最后再進行一次靜壓，就可以得到緊密相連的紋理。直到無明顯輪跡或凸起現象，完成碾壓，最后進行壓實度檢測和結構層厚度檢測。

3.5.6 養(yǎng)生

在完成固化土基層的施工后，采用土工布進行覆蓋養(yǎng)生，灑水量及頻率以保證其表面濕潤即可。根據環(huán)保型固化劑功能特性，養(yǎng)生時間一般為1~5 天。

3.5.7 試驗檢測

壓實度：98.2%＞水穩(wěn)設計值98%；7d 無側限抗壓強度R（7d）=3.54MPa＞水穩(wěn)設計值3.5MPa；彎沉值（水穩(wěn)設計值34.2（0.01mm））。（表4）

表4 基層彎沉值實測數據

3.6 試驗結論

采用環(huán)保型固化劑的40cm 厚固化土，改變土源組成，即在土中摻40%再生碎石后，在彎沉值、壓實度和7d無側限抗壓強度這三個力學性能指標方面能夠與水穩(wěn)基層相近，可替代水穩(wěn)基層。

4 實施效果

固化再生碎石土基層試驗段實施經濟性如表5。

表5 固化再生碎石土基層成本核算

綜上可知，40cm 厚固化再生碎石土基層成本約130元，而等厚度水穩(wěn)基層成本價約160 元/m2，固化再生碎石土基層能夠節(jié)省成本約18.7%。

環(huán)保型固化再生碎石土基層，從力學性能方面分析，可替代水泥穩(wěn)定碎石基層作為道路結構持力層，且具有施工速度快、養(yǎng)護時間短、節(jié)能環(huán)保、降低工程造價等優(yōu)點，尤其適合上海地區(qū)的絕大部分土質。

5 結語

使用環(huán)保型固化再生碎石土基層的工藝可以讓包括上海在內的不產砂石地區(qū)，資源化建筑舊料再生碎石利用，無需外運大量砂石料，能達到節(jié)省運能和破碎石料的能耗的目的，并具有節(jié)能環(huán)保，保護生態(tài)，降低造價等多方面的優(yōu)越性；同時，本文介紹的新型道路結構將改變筑路必須大量采用碎石結構的傳統，進而成為筑路材料發(fā)展史上的一個重大變革，推廣應用到上海的道路基層結構施工中，具有重要的理論意義和工程應用價值，符合上海經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。