摘要：通過(guò)對(duì)S340丹陽(yáng)皇塘段路面改造工程實(shí)例中老路水泥混凝土板塊破碎，生產(chǎn)再生集料應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石基層的研究，達(dá)到工程經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的效果。
　　關(guān)鍵詞：水泥混凝土，再生集料，路面基層，應(yīng)用研究
　　
　　一、課題研究的背景和意義
　　水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、剛度大、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，與瀝青混凝土路面相比，施工簡(jiǎn)單、取材方便，性能價(jià)格比好。因此水泥混凝土路面在我國(guó)的干線公路、部分高等級(jí)公路，特別是地方道路得到了廣泛的應(yīng)用。隨著水泥混凝土路面修筑技術(shù)的推廣與應(yīng)用，水泥混凝土路面里程的不斷延長(zhǎng)，路面的養(yǎng)護(hù)管理工作也日益繁重。一方面早期修建的水泥混凝土路面大多已接近使用年限，隨著累計(jì)交通量增加、環(huán)境因素的影響,水泥路面將會(huì)出現(xiàn)破碎、下沉、錯(cuò)臺(tái)、板角斷裂等病害,并且隨著使用年限的遞增,破損面積將逐年成上升趨勢(shì)。另一方面部分近期修建的水泥混凝土路面，由于超限運(yùn)輸、設(shè)計(jì)、施工及保養(yǎng)等諸多原因，出現(xiàn)了不同程度的早期破損壞。為保證道路的安全暢通，破損的路面需要翻修。
　　對(duì)水泥混凝土路面的翻修，現(xiàn)有的一般做法是挖除并廢棄舊的水泥混凝土面層，修補(bǔ)基層后，鋪筑新的路面結(jié)構(gòu)。破除的舊混凝土作為廢料被丟棄，這就引發(fā)了許多問(wèn)題：一是廢料丟棄的污染問(wèn)題。舊水泥板作為廢料丟棄，產(chǎn)生大量的建筑垃圾，由于混凝土材料屬于無(wú)機(jī)材料、耐久性較好，這種垃圾不會(huì)像有機(jī)物一樣自然分解，因此這種污染將是永久性的。二是能源的浪費(fèi)。新建道路所需集料的開(kāi)采，一般是挖除山體表層風(fēng)化的巖石，通過(guò)爆破和機(jī)械破碎把原狀巖石加工成集料。這樣導(dǎo)致大面積的山體被挖，大面積植被被破壞，造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境破壞。三是廢棄物堆放。廢棄物堆放必然涉及占地的問(wèn)題，在我國(guó)土地資源緊缺的今天，將產(chǎn)生永久資源的浪費(fèi)。四是廢料處理和新料的采集帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。隨著環(huán)境保護(hù)要求標(biāo)準(zhǔn)的提高，特別是城市處理這些廢料成了十分棘手、而又耗費(fèi)資金的問(wèn)題。有限的資源的開(kāi)采成本以及資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致總體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益下降。
　　總之，傳統(tǒng)的水泥混凝土道路改建、修復(fù)方式導(dǎo)致社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益下降以及社會(huì)資源的浪費(fèi)，需要新的技術(shù)進(jìn)行整體改進(jìn)。在采用修復(fù)技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)現(xiàn)有路面的使用壽命并不經(jīng)濟(jì)時(shí)，回收水泥混凝土路面就將成為一種可供選擇的方案。由于我國(guó)各方面資源相對(duì)比較緊缺，環(huán)境保護(hù)的任務(wù)很重，因此，舊水泥混凝土的再生利用在我國(guó)更具有緊迫性和必要性。使現(xiàn)有已損壞的水泥混凝土路面得到快速有效的改造，并在進(jìn)行技術(shù)處理后能保持其合理的結(jié)構(gòu)形式，滿足使用功能要求并達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，使現(xiàn)有公路網(wǎng)保持良好的營(yíng)運(yùn)質(zhì)量和服務(wù)水平，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合效益，這是公路管理部門亟待解決的重要課題，也是影響公路事業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本課題旨在通過(guò)對(duì)S340丹陽(yáng)皇塘段路面改造工程舊水泥混凝土路面再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用研究，總結(jié)出各階段切實(shí)可行的工藝方法，從而解決舊水泥板再生以及再生集料的應(yīng)用，減少舊水泥板廢棄產(chǎn)生的污染問(wèn)題，節(jié)省工程造價(jià)。這是建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的要求。
　　
　　二、課題研究過(guò)程與方法概述
　　本課題結(jié)合S340丹陽(yáng)皇塘段路面改造工程實(shí)例,通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面的破碎篩分；再生集料的物理、力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)；作為水泥穩(wěn)定下基層的配合比設(shè)計(jì)；鋪筑及路用性能的檢驗(yàn)等，形成一整套舊水泥混凝土路面再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用研究報(bào)告，為后續(xù)公路工程改造的舊水泥混凝土路面再生利用提供技術(shù)支撐。
　　S340丹陽(yáng)皇塘段路面改造工程全長(zhǎng)8.4km，全部為水泥混凝土路面，隨著地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，已無(wú)法滿足正常的通行需要，必須進(jìn)行全面的路面改造。改造方案為老水泥混凝土路面全部破除，改造成瀝青混凝土路面。考慮到大量的舊水泥板廢除引起的環(huán)境污染和浪費(fèi)，我們結(jié)合工程建設(shè)進(jìn)行了水泥混凝土再生集料在路面基層中的應(yīng)用研究。
　　本課題采用室內(nèi)試驗(yàn)與室外工藝研究相結(jié)合的方法。即舊水泥板的鑿除、再生集料的加工及采用再生集料進(jìn)行的水泥穩(wěn)定碎石的拌和、攤鋪及碾壓工藝為室外工藝研究；再生集料的技術(shù)指標(biāo)、級(jí)配組成及混合料配合比設(shè)計(jì)為室內(nèi)試驗(yàn)。
　　
　　三、課題研究的基本內(nèi)容
　　1、舊水泥混凝土板現(xiàn)場(chǎng)鑿除及清運(yùn)
　　對(duì)舊水泥混泥土板破碎的工藝、大小、清運(yùn)的方法進(jìn)行研究，尋求最科學(xué)合理的工藝，最大限度是滿足集中破碎的需要。
　　對(duì)舊水泥混泥土路面的破除采用鑿巖機(jī)現(xiàn)場(chǎng)就地破除，挖掘機(jī)配合自卸汽車運(yùn)至石料加工場(chǎng)。考慮到正常的施工和車輛的通行，結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃的安排，分段半幅進(jìn)行破碎。將滿足質(zhì)量要求的碎塊用挖掘機(jī)配合自卸汽車運(yùn)至指定地點(diǎn)。同正常的舊水泥板廢棄的鑿除不同，要求粒徑不超過(guò)30cm，并剔除碎塊中污染物。
　　將破除后的舊水泥板采用挖掘機(jī)配合自卸汽車，集中運(yùn)至附近的軋石場(chǎng)，或施工單位的水泥穩(wěn)定碎石拌和場(chǎng)，租用軋石機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝就地生產(chǎn)。
　　本階段主要注意：
　　⑴交通的管制。鑿巖機(jī)、挖掘機(jī)、運(yùn)輸車輛同時(shí)上路，要分段鑿除、運(yùn)輸。
　　⑵鑿巖機(jī)破碎粒徑控制。與舊水泥板棄運(yùn)相比粒徑要盡量小。棄運(yùn)只要求便于挖掘機(jī)配合自卸汽車裝運(yùn)即可，而舊水泥板在軋制加工時(shí)，設(shè)備的功率不同，要求破碎的粒徑要求也不一樣，對(duì)于一般功率的軋制設(shè)備，粒徑一般控制在30cm左右。因?yàn)椋�粒徑過(guò)大，軋石機(jī)喂料口會(huì)產(chǎn)生堵、卡的現(xiàn)象，影響破碎的質(zhì)量和進(jìn)度。
　　⑶污染物的剔除。粘附的二灰碎石基層材料以及施工過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，對(duì)破碎形成的集料的質(zhì)量產(chǎn)生影響，在裝運(yùn)的過(guò)程中應(yīng)剔除。
　　⑷加工場(chǎng)地的硬化與隔艙。如果委托就近的集料加工場(chǎng)不存在此問(wèn)題。若自行安裝設(shè)備集中加工，對(duì)舊水泥板塊的堆放場(chǎng)地、加工出的集料存放場(chǎng)地及各種集料的隔艙等要嚴(yán)格按照“禁污染、無(wú)積水、不串倉(cāng)”的原則對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化和隔艙。
　　
　　2、破碎后的舊水泥板的集中加工及集料性能試驗(yàn)
　　根據(jù)破碎后的舊水泥板的特點(diǎn)及再生集料的用途，選擇軋石設(shè)備的類型、型號(hào)及工藝，集中破碎、分級(jí)篩分，板塊破碎采用的機(jī)械主要有750型碎石機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、直線振動(dòng)篩。
　　碎石機(jī)工作原理：工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，使動(dòng)顎周期地靠近、離開(kāi)定顎破，從而對(duì)物料有擠壓、搓、碾等多重破碎，使物料由大變小，逐漸下落，直至從排料口排出。
　　直線振動(dòng)篩(直線篩)工作原理：ZSG系列振動(dòng)篩工作時(shí)，兩電機(jī)同步反向旋轉(zhuǎn)使激振器產(chǎn)生反向激振力，迫使篩體帶動(dòng)篩網(wǎng)做縱向運(yùn)動(dòng)，使其上的物料受激振力而周期性向前拋出一個(gè)射程，從而完成物料篩分作業(yè)。
　　用砼板塊經(jīng)破碎機(jī)兩次破碎后，經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)進(jìn)入篩分斗，篩分斗從上至下分為三層。篩孔依次為：31.5mm、9.5mm和4.75mm。碎石后的石料經(jīng)篩分后，分別進(jìn)入1#、2#、4#料斗倉(cāng)內(nèi)。生產(chǎn)的自然比例大概為1#：2#：4#＝48：25：27；與新開(kāi)采集料相比（新開(kāi)采的各種集料的級(jí)配一般為1#：2#：3#：4#＝45：22：8：25），4#級(jí)配范圍在0.075mm～4.75mm，與新開(kāi)采集料中3#、4#料相當(dāng)，可以通過(guò)外購(gòu)3#料來(lái)補(bǔ)充摻配，滿足再生集料的出料比例與水泥穩(wěn)定集料生產(chǎn)比例相協(xié)調(diào)，達(dá)到提高再生集料的加工速度。
　　經(jīng)過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足水泥穩(wěn)定基層用集料要求，與新開(kāi)采的水穩(wěn)碎石用集料相比，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)，具體對(duì)照表詳見(jiàn)表1。
　　再生集料與新開(kāi)采的集料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)照表表1

　　本階段主要注意：
　　⑴對(duì)于大量的水泥板，宜自行安裝設(shè)備（最好為移動(dòng)式軋石機(jī)）進(jìn)行加工。對(duì)于小量的水泥板宜采用委托就近采石場(chǎng)加工，減少加工場(chǎng)地的征用以及設(shè)備搬運(yùn)、安裝費(fèi)用，降低成本。
　　⑵液限和塑性指數(shù)與污染物的多少有關(guān)，必須嚴(yán)格控制，在加工的過(guò)程中要隨時(shí)剔除污染物。
　　⑶自行加工對(duì)場(chǎng)地要求較高，否則浪費(fèi)很大。
　　
　　3、集料級(jí)配組成、混合料配合比設(shè)計(jì)及施工
　　采用再生集料進(jìn)行集料級(jí)配組成及水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)，用滿足規(guī)范要求的半剛性基層原材料、混合料，作為下基層混合料進(jìn)行施工。
　　根據(jù)舊水泥板再生集料的室內(nèi)篩分結(jié)果，按照級(jí)配組成設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行室內(nèi)水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)，找尋滿足混合料物理力學(xué)性能的混合料配合比。通過(guò)試驗(yàn)，經(jīng)室內(nèi)試配級(jí)配組成為：1#料（9.5～31.5mm）：2#料（4.75～9.5mm）：4#料（0～4.75mm）＝20：40：40，與再生集料的自然比例相比，1號(hào)料用量偏少、2號(hào)料用量偏多。混合料的合成級(jí)配詳見(jiàn)表2。
　　實(shí)際采用的水泥劑量為4.0%，其最大干密度2.04g/cm3、最佳含水量10.0%，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度4.4Mpa。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，與先開(kāi)采集料配制的混合料相比，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)，具體對(duì)照表詳見(jiàn)表3。
　　再生集料與新開(kāi)采的集料級(jí)配組成設(shè)計(jì)對(duì)照表表2

　　
　　再生集料與新開(kāi)采的集料水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)成果對(duì)照表表3

　　本階段主要注意：
　　⑴從最佳含水量看，再生集料吸水性較大，因此，施工要求的含水量較高。
　　⑵再生集料級(jí)配組成設(shè)計(jì)較為容易，合成級(jí)配更容易達(dá)到規(guī)范中值。
　　⑶同樣水泥劑量，再生集料的強(qiáng)度略高。
　　
　　4、成型下基層的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢驗(yàn)和路用性能觀察
　　現(xiàn)場(chǎng)鋪筑路段為K3+000～K3+300右下基層。采用舊水泥板再生集料的半剛性基層的現(xiàn)場(chǎng)試拌鋪筑工藝與新生集料配制的水泥穩(wěn)定碎石混合料相同。
　　從現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，混合料質(zhì)量均勻、成型路段取芯芯樣完整、光潔，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。現(xiàn)場(chǎng)施工水泥穩(wěn)定碎石混合料（再生集料與新開(kāi)采集料）篩分結(jié)果(詳見(jiàn)表4)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果對(duì)照表（詳見(jiàn)表5）。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)施工水泥穩(wěn)定碎石混合料篩分結(jié)果對(duì)照表表4

　　
　　水泥穩(wěn)定碎石混合料現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果結(jié)果對(duì)照表表5

　　本階段主要注意：
　　⑴施工工藝基本相同。
　　⑵再生集料取芯芯樣看，因再生集料中部分1料是由碎石和水泥漿組成，芯樣中碎石粒徑較小。
　　⑶達(dá)到同樣強(qiáng)度的水泥穩(wěn)定碎石，再生集料需要的水泥用量小。
　　
　　四、課題研究成果的特色與創(chuàng)新
　　舊水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用技術(shù)尚無(wú)成熟的理論和經(jīng)驗(yàn)，由于我國(guó)舊水泥混凝土路面改造的廢棄物污染是最嚴(yán)重的污染源之一，因此該項(xiàng)目的研究對(duì)水泥混凝土路面的維修改造中廢物利用具有極大的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值；尤其是水泥混凝土路面大、中修時(shí)，通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面再生集料的有效利用，以減少環(huán)境污染，節(jié)省工程造價(jià)。
　　本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新
　　1、通過(guò)研究舊水泥混凝土路面再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用，確定切實(shí)可行的工藝及施工參數(shù)，以指導(dǎo)具體施工，填補(bǔ)水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用技術(shù)的空白。
　　2、應(yīng)用質(zhì)量得到了有效保證。從混凝土板的破碎、再生集料的物理力學(xué)性能的試驗(yàn)到路用性能指標(biāo)的分析，評(píng)價(jià)再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用效果的有效性。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合，取得了舊水泥板再生集料在水泥穩(wěn)定碎石基層中應(yīng)用研究的有效途徑和方法，現(xiàn)場(chǎng)可操作性得到驗(yàn)證，再生的集料、混合料等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，鋪筑效果滿足道路的使用性能，推廣應(yīng)用可行。
　　3、廢棄物得到了有效的利用，節(jié)省造價(jià)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。按就近委托采石場(chǎng)加工（量少的情況下）與自行安裝設(shè)備自行加工（量大的情況下）兩種方式。①棄運(yùn)及場(chǎng)地的征用的費(fèi)用計(jì)算（按1m3計(jì)）：棄運(yùn)費(fèi)（按10km每m3.km1.8元）計(jì)18元/m3，場(chǎng)地租用費(fèi)10元/m3，購(gòu)進(jìn)新集料60元/m3，總計(jì)18+10+60＝88元/m3。②再生利用。A、就近委托加工。運(yùn)輸費(fèi)（按來(lái)回25km計(jì)1.8元/km）45元/m3、軋石10元/m3，按加工有效利用率80%，總計(jì)（45+10）/0.8＝69元/m3，相比棄運(yùn)節(jié)省造價(jià)（88-69）/69＝28%。B、自行安裝設(shè)備加工。設(shè)備租用、進(jìn)出場(chǎng)及軋制費(fèi)20元/m3，場(chǎng)地租用費(fèi)10元/m3，運(yùn)輸費(fèi)（按10km每m3.km1.8元）計(jì)18元/m3，按加工有效利用率80%，總計(jì)（20+10+18）/0.8＝60元/m3，相比棄運(yùn)節(jié)省造價(jià)（88-60）/60＝47%。
　　4、減少對(duì)環(huán)境的影響，具有明顯的社會(huì)效益。大量的混凝土廢棄物的丟棄得到了全面解決，永久性的環(huán)境污染消除，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，徹底改善了環(huán)境的污染，同時(shí)節(jié)省了治理環(huán)境污染的費(fèi)用，減少了山體的開(kāi)采，社會(huì)效益顯著。
　　5、便于實(shí)踐應(yīng)用。由于本課題從舊水泥板的鑿除、挖運(yùn)、集料的再生到再生集料、混合料的級(jí)配組成、配合比等室內(nèi)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)的試鋪等一系列的研究，總結(jié)出一套滿足質(zhì)量要求、切實(shí)可行的方法。加工方法、生產(chǎn)工藝及現(xiàn)場(chǎng)施工的設(shè)備和工藝的成熟性，決定了該課題的便于推廣。
　　
　　五、結(jié)語(yǔ)
　　本課題旨在借鑒國(guó)內(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面的破碎工藝、再生集料的物理力學(xué)性質(zhì)、水泥穩(wěn)定碎石室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)以及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋪筑的效果進(jìn)行研究，減少舊水泥混凝土路面上維修和改造造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，最大限度的加以利用。水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應(yīng)用是今后的水泥混凝土路面改擴(kuò)建工程中須待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，其研究成果對(duì)今后的工程的維修改造具有指導(dǎo)作用和應(yīng)用價(jià)值，因此具有廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　
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