废混凝土再生集料在公路工程中的应用分析

2023-12-04刘纯玲

运输经理世界 2023年27期

刘纯玲

（临沂市公路事业发展中心蒙阴县中心，山东临沂 276200）

0 引言

混凝土路面达到设计使用年限或在其他因素的作用下而出现局部破坏，需要重新修建时，常规做法是挖除废混凝土面层，按照相关规程修补基层后再行铺筑。而挖除的废混凝土作为建筑垃圾被弃用会污染环境，并且运输及处理废混凝土时也会耗用大量的人力、财力等，以致在路基重建时很难取得理想的经济及社会效益。冲击压实、碎石化处理废混凝土尽管能实现资源再生利用与环保，但这种做法不适用于街道化严重、两侧民房密集分布及无法过多抬高路面标高的路段[1]。对废混凝土路面板块进行破碎处理后再行轧制加工，获得再生集料用在基层铺筑领域是一个全新思路。

1 工程概况

B 城高速公路设计车速100km/h，双向四车道，平曲半径最小1000m，纵坡最大为3.0%，路基全宽28m，符合当前高速公路的设计要求。但因近些年车流量剧增，路段交通运输量持续增加，为了达到运输要求，急需对该公路进行改扩建处理。因原路段应用的是混凝土路面，改扩建现场施工中会生成大量的废混凝土废料，为了实现对废物的循环应用，落实环保理念，减少建筑垃圾的生成量，决定对废混凝土进行再生利用，用在该公路路面半刚性基层的施工方面。

2 废混凝土再生集料的加工工艺

废混凝土再生集料的加工设备及工艺和天然集料的基本相同，包括颚式破碎机、给料器、振动筛及相关运输用设备等，结合每日生产量的多少及经济性等方面的要求选择型号适宜的设备，工艺流程见图1[2]。

图1 再生集料加工的工艺流程

事前制订好再生集料的加工方案，专人专项负责，严格按照规程进行操作。要格外注意以下几点问题。

其一，用凿岩机凿碎旧路面混凝土板块，破碎处理时严控凿岩机下凿深度，凿岩机凿到板块全厚2/3左右时，启用反铲式挖掘机撬挖并集中堆放，以规避凿岩机破坏原路基的结构层。

其二，当发现进料出现堵塞情况时，要快速用特制铁钩予以疏通，不可出现用手搬动进料口板块的行为。

其三，破碎机连续两次破碎处理废混凝土后，通过给料机进入筛分斗，筛分斗由上至下被分为3 层，筛孔大小有31.5mm、9.5mm、4.75mm，过筛所得的石料分别被整合到1#、2#与4#料斗仓，再用3 辆拖拉机分别装载运送，3 个料仓堆放。

其四，每日定时筛分和测定轧制的1#、2#与4#料，其中1#、2#料的含泥灰量较高，可以用水冲洗，严控各个料斗仓的出料质量，精准计量出料比例，确保1#、2#料的出料总量均高于出料总量的60%。

结合试生产的出料状况，按照表1 的规定控制工程现实生产中各组料的出料粒径范畴及粉尘含量[3]。

表1 加工所得再生集料粒径范围及质量要求

严格按照现行技术规范、试验规程的指标要求等控制生产所得集料的质量，质量指标要求和天然集料保持一致。

3 再生集料的施工工艺

3.1 施工前的准备工作

3.1.1 检测验收路基顶层

按规程对准备竣工的路基顶层进行质检验收，测出路基主要性能指标，有压实度、平整度、最大弯沉量等，保证其满足项目改扩建要求，监理及施工单位签字确认，随后方可组织路基施工活动。

对于路基已经检测验收后在多种因素制约下而不能正常开工，比如突遭暴雨，则一定要天晴时进行复检，重新碾压不合格的位置。如果探查到路基土表面松散度增加或过于干燥，则要进行洒水处理，确保碾压后能抵达设计的密实度，复检确认合格后才可以组织路基施工作业。

3.1.2 准备机械设备和仪器

开工前按照规程保养好公路改扩建施工所需的设备，并配齐试机的配件。对于搅拌机要检查不同构件之间连接的紧固度、转动部件的灵敏性及配料机斗门的启闭状况等。

开工前配齐路基所需的质检仪器，包括3.0m 直尺、压实度检测仪及水准仪等。

3.1.3 测量挂线

在施工路段路基上每间隔10.0m 建立一个中线桩，并于中线桩处安置好外边桩与中边桩，撒白灰以标记边缘线，以此为据更精准地确定现场施工宽度，结合外边桩与中边桩布置情况设定高程，联合使用悬挂钢丝基准线控制纵断高程。

在公路左右两侧安置基准线，可以选择φ2.0mm钢丝作为基准线，在公路中间部位按照挂线高程稳妥地安置好铝合金滑竿用作移动基准线，相邻两个立柱的间距为10.0m，立柱和铺筑边线相距30.0cm，按照设计高程上浮10.0cm 悬吊基准线，控制基准线拉力≥800.0kN，下垂≥1.0mm，以此为据更加合理地确定摊铺机纵横坡度，现场放出基准线后，要指派专人进行复测与管理，以规避在外力因素作用下局部受损的情况，最大限度地增加基准线的精准度。

3.2 拌和级配碎石

该改扩建项目施工期间集中拌和废混凝土再生集料。先严格检查不同规格石料级配构成情况，规避局部变异情况，测出石料的含水率，确保其满足最佳含水量要求。严格按照配合比组织搅拌作业，定时检测供料运输带的供料情况，专人检测成品料，通过抽检方式检查样品，确保成品料的外观及质量均符合设计要求。需要特别注意的是，若搅拌站生产期间观察发现局部混合料异常，要第一时间停机查明原因，清除劣质材料，确保混合料整体搅拌的均匀性。

3.3 摊铺级配碎石

自卸车辆运送级配碎石，如果物料运输时间段内存在自然光照过于强烈、高温或大风等气候条件，要给运输车加盖帆布，减少级配碎石水分散发、流失量。为了减少或规避局部装料的离析情况，要求自卸车辆按照“前—后—中—前—后”顺序装料，卸料时要指派专人全程。

该公路路基改扩建工程的松铺系数初步设置为1.25。取路段前50.0m 作为试验段，测定试验路段摊铺前、摊铺后、复压后的标高，确定真实的松铺系数，以此为据调整松铺厚度。两台摊铺机以梯队形式进行摊铺，前后错距离以30.0m 为宜，相邻摊铺轨道重叠宽度控制在10.0～30.0cm 范围内。摊铺作业期间运料车处于摊铺机前60.0cm 处缓慢卸料，摊铺机做摊铺处理，卸料完毕后运料车即可离场，再组织另一辆运料车接替卸料，达到边卸边铺，摊铺机摊铺速度2.0～2.5m/min，对于摊铺完的路段，技术人员要尽快检测其厚度、高程及横坡等，若不满足项目设计要求时，则要尽早进行返工修整处理，将出现离析的粗细集料剔除干净[4]。该工程采用分段式碾压方案，即初压、复压、终压，使用双钢轮、单钢轮振动及胶轮压路装置。

4 碎石层的施工质控措施

4.1 压实度

在工程路基现场施工中，一定要确保废混凝土再生集料现场碾压的充分性，才能使其综合性能达到要求。根据现行规范，路基压实度≥97.0%。该工程用双钢轮、单钢轮、胶轮压路机进行多次组合式振压，压实度基本满足工程设计及规范要求。

4.2 含水量

4.2.1 拌和场含水量的管控

集中拌和再生集料时，要检测各个规则石料的含水率，结合测定结果科学调整配合比，增减混合集料的用水量，进而确保现场摊铺再生集料时能保持最佳含水率。

4.2.2 施工过程中含水量的管控

现场摊铺作业完工后即可测定含水量，当再生集料维持最佳含水率时，方能取得预期的压实效果。当集料含水率较大时，要自然风干后再行碾压作业；而若含水率过低，则要先行补水，而后碾压。

4.3 检验碎石混合料的级配

由拌和站出料口和运输车内进行取样检测级配，分析试样以判断其级配的准确性，若其和级配设计要求有出入时，则要重新调整各规格石料的占比。

在摊铺工序完成后未进行碾压施工前，取适量集料作为样品进行测试分析，明确其是否发生离析问题。如果发现级配明显超限，则要有针对性地调整后续碾压工艺。

5 废混凝土再生集料在公路工程中应用的可行性分析

5.1 施工工艺

废混凝土再生集料的现场施工活动主要由以下几个步骤构成：清除现场路面杂物—运送到集料加工场—集料加工—集料摊铺、碾压。实际施工时要组织重型设备执行现场路面清除任务；运输阶段基本上不会出现问题；集料加工较为简单，只许在加工场内配备石料破碎机、筛分机等均能制造出符合公路级配要求的集料；严格按照设计要求执行摊铺、碾压作业。此外，混凝土材料的硬度一般低于石料，故而，破损处理废混凝土面板时不会对机械设备提出较高要求，也可以结合现实工程的建设需要，组装出适用于破碎混凝土面板的专用机具。

5.2 经济效益

如果丢弃废混凝土，则会浪费掉大量的人力、物力资源，并且公路路基修复、重建时开采新材料会使建设成本显著增加，浪费很多环境资源。而合理应用废混凝土再生集料会带来可观的经济效益。

另外，在城区附近，再生利用废混凝土还可以由道路基础建设逐渐推广至房建领域，因地制宜，尽可能做到就地取材，最大限度地提高各类物资的利用度，这种举措也有助于创造出更理想的经济及社会效益。

5.3 再生集料的性能指标

5.3.1 废混凝土再生集料的性质

经试验检测，该公路工程所用的废混凝土再生集料含泥量1.8%，粗集料的针片状含量11.3%，压碎值14.4%，碎石压碎值9.7%，可见废混凝土再生集料的强度低于碎石强度。但是以上指标已经能符合混凝土路面基层的质量要求。废混凝土再生集料的吸水性在碎石集料之上，虽然其会对配制的混凝土工作性产生一定影响，但有助于提高混凝土的强度。

5.3.2 再生集料与碎石集料制成的混凝土对比

工作性的对比：在集中拌制过程中探查到，由废混凝土再生集料配置而成的混凝土工作性能略逊色于碎石集料，其归咎于再生集料自身的吸水率偏高。但通过标准试验检测发现，其工作性能还是能满足普通结构浇筑施工时对混凝土工作性提出的要求。在浇筑大体积混凝土构筑物时，可以掺拌适量外加剂的形式去改善工作性，通过这种方式克服因再生集料吸水率偏高而引起局部开裂的问题。

强度的对比：在相同条件下养护由废混凝土再生集料与碎石集料制成的混凝土试件，抵达相应龄期时进行强度测试。取一组代表性较强的数据作出如下对比，见表2[5]。