魯智勇

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)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(fèi)、土地資源的占?jí)?并引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題。對(duì)銑刨后的半剛性上基層材料進(jìn)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(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)耐用的再生集料剛性基層結(jié)構(gòu),提高路面結(jié)構(gòu)的耐久性能。在缺乏石料地區(qū),半剛性基層材料的再生利用對(duì)保護(hù)環(huán)境與資源,降低工程建設(shè)成本,抵抗重載交通,延長(zhǎng)路面結(jié)構(gòu)使用壽命,都具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(chǎn)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(shè),用于工程建設(shè)后效果(強(qiáng)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(jìn)行:第一種方式是在建筑工地直接對(duì)建筑垃圾進(jìn)行加工,經(jīng)過(guò)較為簡(jiǎn)單的破碎、篩分、分選、潔凈工序后產(chǎn)生再生骨料,直接將其用于工程建設(shè)。這種方式簡(jiǎn)單易行,便于現(xiàn)場(chǎng)操作,節(jié)約了時(shí)間和運(yùn)輸費(fèi)用。第二種方式是專門構(gòu)造建筑廢料再加工廠,配備各種工藝所需的設(shè)備和專門的工作人員,精細(xì)地操作,有條不紊地按照操作流程生產(chǎn)出高質(zhì)量的再生骨料。

由于室內(nèi)試驗(yàn)研究使用的再生骨料用量較小,通常銑刨后的二灰穩(wěn)定碎石質(zhì)量較好,基本上沒(méi)有雜質(zhì)和污染,因此采用最簡(jiǎn)單的生產(chǎn)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(shè)計(jì)

2.1 剛性基層配合比設(shè)計(jì)要求

對(duì)再生集料(銑刨的二灰碎石基層)進(jìn)行如下試驗(yàn):粗集料壓碎值試驗(yàn)、粗集料針片狀含量試驗(yàn)、集料堆積密度及空隙率試驗(yàn)、集料密度及吸水率實(shí)驗(yàn)等,其中壓碎值為33.14%,遠(yuǎn)大于規(guī)范所要求的上限 15%,表觀密度為2.449cm3,小于規(guī)范所要求的下限 2.59cm3,且再生粗骨料集料的吸水率達(dá)到 3.91%?？梢?jiàn)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(xì)集料多為粉塵和二灰等特點(diǎn)。

根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》和《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》,進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì),混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C20,規(guī)范要求粗集料的最大工程粒徑不應(yīng)大于 31.5mm,對(duì)再生集料、新加入的碎石進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn),經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整,確定兩中比較好的配合比。

2.2 剛性基層配合比設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)粗集料級(jí)配。

規(guī)范規(guī)定的粗集料級(jí)配范圍、再生集料、新加入的碎石的篩分級(jí)配見(jiàn)表 1,設(shè)計(jì)級(jí)配曲線見(jiàn)圖 2。

圖 1 最簡(jiǎn)單的再生骨料生產(chǎn)方式

圖 2 設(shè)計(jì)級(jí)配曲線

(2)剛性基層的配合比。

確定配合比參數(shù):水灰比的計(jì)算和確定據(jù)粗集料類型

細(xì)集料采用中粗砂,符合規(guī)范要求。

表 1 設(shè)計(jì)粗集料級(jí)配

續(xù)表1

高速公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度 5MPa,取強(qiáng)度施工保證率 1.02.28d彎拉強(qiáng)度取為 5.1MPa,水泥用42.5#,實(shí)測(cè)28d抗折強(qiáng)度 7MPa,砂率為 34%,坍落度為40mm,由以上公式計(jì)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(yàn)證調(diào)整確定:混凝土密度為 2330kg/m3。單位用粗集料為1226kg,單位用細(xì)集料為 632kg。經(jīng)試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)上述配合比的再生骨料混凝土分別養(yǎng)護(hù) 7d和 28d的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓彈性模量、彎拉強(qiáng)度、彎拉彈性模量等進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表 3所示。

(1)由表 3中的試驗(yàn)結(jié)果可知,該配合比再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度都高于相應(yīng)的 C20混凝土的規(guī)范值,符合實(shí)際工程的設(shè)計(jì)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(qiáng)度低,且二灰碎石半剛性基層在銑刨的過(guò)程中致使再生骨料內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫,因此,再生骨料混凝土的彎拉強(qiáng)度(4.12MPa),低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度(5MPa),但是符合實(shí)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(qiáng)度指標(biāo)以及模量隨齡期的變化有以下規(guī)律:兩種配合比的再生骨料混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)以及模量均隨齡期的增加而增長(zhǎng),增長(zhǎng)的趨勢(shì)基本上一致。

表 3 再生骨料混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 二灰碎石再生集料剛性基層施工技術(shù)

3.1 工程概況

試驗(yàn)路段全長(zhǎng) 270m,寬 11.5m,路面的結(jié)構(gòu)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(xì)粒式瀝青混凝土。再生集料剛性基層試驗(yàn)路段共有四種結(jié)構(gòu)形式,施工要求嚴(yán)格施工工藝和質(zhì)量控制。

試驗(yàn)路段施工要求嚴(yán)格施工工藝和質(zhì)量控制。試驗(yàn)路鋪設(shè)一年后,對(duì)其進(jìn)行了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、模量和彎沉值檢測(cè),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析,最后探討了再生集料剛性基層的路用性能優(yōu)勢(shì)。根據(jù)再生集料剛性基層的設(shè)計(jì)方案,研究了相應(yīng)的施工方案。

3.2 施工技術(shù)

試驗(yàn)段路面的各結(jié)構(gòu)層中,面層按照普通生產(chǎn)路段鋪筑。鋪筑過(guò)程中重點(diǎn)研究再生集料剛性基層的施工技術(shù)。

(1)鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè)。

施工前應(yīng)確保運(yùn)送再生混凝土的道路基本平整、暢通,不得延誤運(yùn)輸時(shí)間或碾壞基層。底基底清理干凈之后,開(kāi)始鋪設(shè)并固定鋼筋網(wǎng),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(fēng)(水)沖洗干凈。

①試驗(yàn)路段 1:該段不設(shè)鋼筋網(wǎng)。

②試驗(yàn)路段 2:該段鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)距離剛性基層底部的距離為3cm。鋼筋網(wǎng)采用直徑8mm的I級(jí)鋼筋點(diǎn)焊網(wǎng),網(wǎng)眼尺寸為 10cm×10cm,縱向鋼筋網(wǎng)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(wǎng)墊起,保證鋼筋網(wǎng)距離剛性基層底部的距離為3cm,圖為該段鋼筋網(wǎng)的固定。

(2)施工過(guò)程。

①再生混凝土的拌和:采用強(qiáng)制式混凝土拌和機(jī)集中拌和,拌制混凝土?xí)r,準(zhǔn)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(shè)計(jì)要求,對(duì)攪拌設(shè)備標(biāo)定水泥、粗細(xì)集料和水等材料的準(zhǔn)確配合比。

②再生混凝土的運(yùn)輸:運(yùn)輸再生混凝上時(shí),針對(duì)水分蒸發(fā)和拌和物易發(fā)生堆積、離析等問(wèn)題要作相應(yīng)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(jìn)行,應(yīng)用鐵鍬反扣,嚴(yán)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(rèn)真處理好基層邊角部位,不留強(qiáng)度薄弱區(qū),以求再生混凝土基層全寬范圍內(nèi)均勻密實(shí)。振搗時(shí)功率選擇要適當(dāng),既要振搗密實(shí),又要保證不產(chǎn)生大的分層離析。

⑤拆模:當(dāng)再生混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,即可拆除模板,一般 1～2d即可拆模,拆模時(shí)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(xiàn)場(chǎng)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(xù)或每天工作結(jié)束時(shí),需設(shè)置工作縫,非特殊情況,工作縫應(yīng)設(shè)在縮縫位置,做成平縫形式,不設(shè)傳力桿,以免設(shè)置不當(dāng)造成再生混凝土板破碎或隆起。施工縫端部應(yīng)平整、光潔、無(wú)麻面。

⑧養(yǎng)生:再生混凝土路面完成后,及時(shí)養(yǎng)生,養(yǎng)生時(shí)嚴(yán)禁車輛通行,養(yǎng)生時(shí)間為 14d。

⑨灑布粘層油:剛性基層拉毛結(jié)束之后立即灑布粘層油,粘層油施工時(shí),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(yīng)避免出現(xiàn)針片狀和粒徑單一的原料,表面應(yīng)無(wú)灰塵,并用助勃?jiǎng)┻M(jìn);熱包裹,以提高粘結(jié)力和改善外觀。

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