文／廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司 李巍

0 引言

對(duì)于舊水泥混凝土路面大修工程，針對(duì)其路面病害的不同，目前廣東省內(nèi)主要采用挖除重建、多錘頭碎石化以及打裂壓穩(wěn)三種處治方案[1]。但挖除重建方案需將舊路面破碎后遠(yuǎn)運(yùn)堆放廢棄，不僅工程費(fèi)用高，也無法再生利用舊水泥混凝土路面，同時(shí)還需占用大量土地，無法做到資源再生利用[2]。而沖擊壓實(shí)舊水泥混凝土路面板后加鋪和對(duì)舊水泥混凝土路面板碎石化后加鋪兩個(gè)方案，雖然也都能夠?qū)εf路材料進(jìn)行利用，產(chǎn)生環(huán)保效益。但它們所采用的施工機(jī)械在施工時(shí)振動(dòng)較大，有可能對(duì)道路兩側(cè)的建筑物穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，同時(shí)由于兩種路面改造方案都需要對(duì)舊路結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使得改造后的路面標(biāo)高會(huì)比原舊路標(biāo)高增加至少30～50cm，對(duì)沿線居民出行有較大的影響，故這兩種方案對(duì)于過圩鎮(zhèn)路段，道路兩側(cè)有較多建筑結(jié)構(gòu)物及路面設(shè)計(jì)標(biāo)高無法抬高過多的路段均不適用[2]。根據(jù)廣東省的實(shí)際情況，主管部門及設(shè)計(jì)單位提出了挖除舊水泥混凝土路面進(jìn)行集中破碎加工，生產(chǎn)再生集料重新用于基層的思路。

2019年，選擇在國(guó)道G234線郁南段某路面改造工程項(xiàng)目中進(jìn)行試驗(yàn)。本路段為水泥混凝土，一級(jí)公路，改造里程11.7km。由于本項(xiàng)目道路兩側(cè)建筑密集，不適合進(jìn)一步加高。故路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用挖除舊水泥混凝土面板運(yùn)到指定回收點(diǎn)集中堆放，加工處理后作為基層水泥穩(wěn)定層的集料，本文詳細(xì)描述及分析舊水泥混凝土路面再生集料在路面大修工程中的應(yīng)用，以期為類似工程應(yīng)用提供借鑒。

1 再生集料的加工生產(chǎn)

水泥混凝土路面板再生集料的加工設(shè)備與一般天然集料的加工設(shè)備并沒有太大區(qū)別，且兩者加工工藝也基本一致[2]，本項(xiàng)目對(duì)舊水泥混凝土板進(jìn)行破除后集中運(yùn)輸至拌合站，采用鄂式破碎機(jī)對(duì)舊混凝土塊進(jìn)行二次加工破碎。然后通過振動(dòng)給料機(jī)將破碎后的砼板運(yùn)送至篩分斗，篩分斗從上至下分為31.5、9.5、4.75mm 3層篩孔，過篩后碎石分別進(jìn)入3個(gè)料斗倉，再裝載運(yùn)輸，并仍用3個(gè)料倉分別堆放[3]，加工出的碎石采用0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～31.5mm三級(jí)級(jí)配，其中4.75～9.5mm、9.5～31.5mm各占總量的40%，細(xì)料占20%。根據(jù)骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的碎石摻配情況，舊水泥混凝土路面板破碎加工的再生集料基本可用完。再生集料的加工生產(chǎn)流程如圖1。

圖1 再生集料加工流程

2 再生集料的物理力學(xué)性能

舊水泥混凝土板經(jīng)二次破碎加工后分解成硬化的水泥砂漿體、表面包裹水泥砂漿的碎石以及與不含水泥砂漿的碎石三種類型，這三者便是再生集料的主要組成。且多次測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)圖1所示流程處理后得到的三種再生集料所占的質(zhì)量百分比基本穩(wěn)定，其中硬化的水泥砂漿體占比最小，為15%；而表面包裹水泥砂漿的碎石占比最多，為65%；不含水泥砂漿的碎石占比則為20%。

2.1 再生粗集料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）根據(jù)相關(guān)規(guī)范，視密度、吸水率、含泥量和針片狀等四個(gè)指標(biāo)是評(píng)價(jià)粗集料物理性能的主要指標(biāo)。項(xiàng)目組對(duì)本路段的再生粗集料進(jìn)行取樣，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

從表1可知，本項(xiàng)目組所采用的再生粗集料的物理性能指標(biāo)均符合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F30-2014）中對(duì)再生粗集料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，可在本項(xiàng)目作為水泥穩(wěn)定碎石基層材料使用[4]。本項(xiàng)目再生集料的吸水率為3.26%，遠(yuǎn)大于天然集料的0.8%，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是再生粗集料的表面被砂漿包裹，使得集料表面較粗糙并且具有大的表面積，從而提高了它的吸水率。這就要求在施工過程中，采用比配制天然水穩(wěn)碎石基層時(shí)更高的含水量和水泥劑量。而再生粗集料的針片狀也大于天然粗集料，這也是由于舊水泥混凝土路面在破碎過程中，部分碎石再次破碎，從而導(dǎo)致棱角變多，但其最大值為8.8%，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求，并不會(huì)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生不良影響。本項(xiàng)目再生粗集料的含泥量為0.9，顯著高于含泥量為0.27的天然集料，這是由于舊混凝土路面在挖除、破碎加工的過程中，混入泥土。故在再生集料的生產(chǎn)加工過程中需嚴(yán)格控制集料當(dāng)中的含泥量，以減少它對(duì)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的影響。

表1 再生粗集料的物理性能試驗(yàn)結(jié)果

（2）壓碎值、磨耗損失率、堅(jiān)固性是反映骨料的力學(xué)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，表2為本項(xiàng)目舊水泥混凝土路面再生骨料的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目生產(chǎn)的再生集料的壓碎值、磨耗損失率和堅(jiān)固性三個(gè)指標(biāo)與天然集料對(duì)比，雖然存在一定差異，但仍在規(guī)范允許范圍，可用于基層材料使用。但天然集料的壓碎值為10.2%，明顯優(yōu)于再生粗集料的22.1%，這是由于舊水泥混凝土板需經(jīng)過二次破碎加工，導(dǎo)致部分再生粗集料表面必然存在一些裂紋，同時(shí)部分再生粗集料表面會(huì)包裹砂漿。在試驗(yàn)過程中，粗集料受到外力導(dǎo)致表面砂漿脫落、裂縫擴(kuò)大而破碎。

表2 再生粗集料的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

2.2 再生細(xì)集料的物理力學(xué)性能

水泥混凝土路面再生細(xì)集料由表面粘附著水泥漿的砂礫、表面沒有水泥漿的砂礫、被機(jī)械破碎的水泥石顆粒和機(jī)械破碎過程中產(chǎn)生的石屑組成。表3為項(xiàng)目組對(duì)項(xiàng)目路段內(nèi)再生細(xì)集料的各項(xiàng)物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)。

故本項(xiàng)目再生細(xì)集料均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）表4.9.2 的要求提出的關(guān)于再生細(xì)集料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求[5]。但從表3中可看出，再生細(xì)集料的含泥量為1.5%，砂當(dāng)量為71.4%，雖然分別滿足規(guī)范中≤3.0%和≥60%的要求，但和規(guī)范要求的指標(biāo)很接近，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是經(jīng)二次破碎篩分后的再生細(xì)集料中含有相當(dāng)比例的粘土和塵屑等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)往往會(huì)影響水泥與再生集料的粘結(jié)，從而降低水泥穩(wěn)定再生集料的強(qiáng)度，而在施工中隨著水泥穩(wěn)定再生集料中的用水量的提高，水泥穩(wěn)定再生集料會(huì)逐漸出現(xiàn)溫縮和收縮反應(yīng)，從而使得再生水穩(wěn)基層的水穩(wěn)性和抗凍性能逐漸降低。因此，在再生細(xì)集料的生產(chǎn)加工過程中，應(yīng)盡可能考慮增加工序進(jìn)行篩選。

表3 再生細(xì)集料的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3 再生集料基層的工程經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

近年來，各級(jí)地方政府越來越重視對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，從而導(dǎo)致天然砂石材料的價(jià)格逐步上漲，目前天然集料的料場(chǎng)出廠價(jià)格約為100元/m3左右，并仍有上漲的趨勢(shì)，而舊水泥混凝土路面再生利用的直接經(jīng)濟(jì)效益不僅體現(xiàn)在碎石集料的出廠價(jià)格，同時(shí)還包括再生加工減少的石料遠(yuǎn)購運(yùn)輸費(fèi)用、破處后舊水泥混凝土路面板棄運(yùn)費(fèi)用以及對(duì)廢棄舊路材料進(jìn)行集中堆放的場(chǎng)地長(zhǎng)期租賃費(fèi)用等[3]。同樣是對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行大修改造，采用不同處治方案時(shí)，施工費(fèi)用見表4。

表4 舊水泥混凝土路面處治措施造價(jià)對(duì)比

由表4可知，即使在不考慮舊水泥混凝土路面的遠(yuǎn)運(yùn)費(fèi)用、堆放場(chǎng)地長(zhǎng)期租用費(fèi)用的情況下，無論是采用沖擊壓裂、多錘頭碎石化還是新建再生集料水穩(wěn)基層水泥混凝土路面，費(fèi)用都低于挖除舊路后新建水泥混凝土路面。而多錘頭碎石化方案的費(fèi)用雖然低于舊水泥混凝土路面再生集料處治方案，但該方案在施工過程中，多錘頭碎石機(jī)械工作時(shí)引起的振動(dòng)會(huì)對(duì)道路兩旁的建筑結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性產(chǎn)生的不良影響，同時(shí)會(huì)抬高路面標(biāo)高，對(duì)沿線居民出行產(chǎn)生影響，不適用于房屋密集路段。

本項(xiàng)目路面改造采用水泥穩(wěn)定再生集料基層水泥混凝土面層方案，共計(jì)挖除舊水泥混凝土路面37418.4m3，均集中運(yùn)輸后破碎成碎石進(jìn)行利用。由于再生集料用于水泥穩(wěn)定基層的數(shù)量不足，故與外購天然集料一起應(yīng)用于水泥穩(wěn)定基層，再生集料占水泥穩(wěn)定碎石基層料的26%。本項(xiàng)目再生集料的成本約為45.78元/m3，與普通集料的成本相比，采用再生集料可節(jié)省約54.22元/m3，本項(xiàng)目總計(jì)節(jié)約造價(jià)635.24萬元。

3.2 社會(huì)及環(huán)境效益

舊水泥混凝土路面的再生利用，不僅可以節(jié)約土地資源，避免占用土地堆放舊路材料，同時(shí)也避免棄運(yùn)廢舊混凝土運(yùn)棄過程中對(duì)周圍環(huán)境帶來的不利影響，環(huán)保效益顯著。再生集料的利用，是石材資源的再循環(huán)利用，避免了石料山體的開采，減少石料加工的污染。同時(shí)，也避免山體開挖帶來的水土流失狀況等[6]。真正體現(xiàn)出資源節(jié)約、環(huán)境友好、循環(huán)再生利用、節(jié)能減排降耗和可持續(xù)發(fā)展的功效。

4 結(jié)語

舊水泥混凝土路面板再生利用為基層集料，滿足規(guī)范技術(shù)要求，可大量節(jié)省工程造價(jià)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，是“既要綠水青山，又要金山銀山”的生動(dòng)體現(xiàn)，值得進(jìn)行應(yīng)用推廣。