道路工程中水泥稳定碎石的再生利用

田 瑛

道路工程中水泥稳定碎石的再生利用

田 瑛

分析了旧水泥稳定碎石作为再生集料的特性及其对新生成混合料的影响,从理论及实践方面研究了将旧水泥稳定碎石作为再生集料用于新建道路、旧路改造的可行性,以期促进再生集料在今后道路工程中的推广应用。

水泥稳定碎石,再生集料,粒径,压碎值,配比

0 引言

水泥稳定碎石自 1997年在我市首次应用于滨河东路作为道路基层以来,因其具有良好的力学性能、水稳性好、强度高、干温缩性小、抗冻性好以及加工简便、成本费用合理等优点得到了广泛的应用。水泥稳定碎石(以下简称水稳碎石)所需材料主要是碎石、石屑和水泥,这些材料来源广泛、价格适中。到目前为止,还没有更好的材料可以取代其作为道路的基层、底基层。

1 水泥稳定碎石再生利用的起因

在城市化进程飞速扩张的今天,城市道路、建筑物、构筑物不断翻修扩建,市场对水泥、碎石等材料的需求急剧增长,砂、石材料的价格一路上涨,而大量开采新的砂、石材料又给早已不堪重负的生态环境增加了负担。同时废旧的水稳碎石、水泥混凝土等建筑垃圾不断增多,需要占用大量土地堆置废弃材料。如果能将废旧的水稳碎石材料、水泥混凝土加以合理利用,作为新建道路、旧路改造的水稳材料,不仅可以减少废料排放对环境的压力,还可以减少工程中新石子的用量,节省工程造价,是一举多得的好办法。

2 水泥稳定碎石的应用特点及再生集料品质要求

水稳碎石对作为道路基层及底基层的碎石原材有如下要求：

1)碎石应为多棱角块体、表面清洁无土,具有较高的强度、韧性和抗磨耗能力。2)对于次干路及以下道路：水稳碎石做底基层时,单个颗粒最大粒径不应大于 53mm;作基层时,单个颗粒最大粒径不应大于 37.5mm,集料中不宜含有塑性指数的土。3)对于城市快速路和主干道：水稳碎石做底基层时,单个颗粒最大粒径不应大于37.5mm;水稳碎石用作基层时,单个颗粒最大粒径不应大于 31.5mm。4)对城市快速路和主干路,基层与底基层水泥稳定粒料中碎石或砾石的压碎值不应大于 30%;对其他道路基层不应大于 30%、底基层不应大于35%。5)集料中有机质含量不应超过2%,硫酸盐含量不应超过 0.25%。

通过试验室大量试验证实：再生集料在采制过程中采取恰当的措施保证其不受二次污染时,它的有机质及硫酸盐含量、塑性指数均符合要求。那么,再生集料的利用重点就是其粒径及压碎值是否符合要求,对新生集料的强度影响如何。

2.1 再生集料的品质要求

1)强度方面：通常建筑物、构筑物及水泥路面的混凝土强度都在C15(即15MPa)以上,将它的破碎料作为再生骨料对低强度混凝土,尤其是对成型后强度要求不高的水稳碎石基层(水稳碎石材料的7 d无侧限抗压强度要求通常为3.5MPa左右)来说几乎是没有影响的。

2)外观角方面：再生集料表面因包含了没有完全打碎的水泥砂浆,且部分旧料会在破碎过程中产生新的断面。这就使得再生集料表面较天然粗集料表面粗糙、空隙多,因而再生集料 24 h吸水率高于天然集料,导致拌和过程中混合料的水灰比实质上的减小、骨料表面的吸附力增加,使得拌和后的混合料粘结力变大,摊铺后的层面能更快产生整体性。

3)级配方面：旧水稳碎石材料经过道路使用中的各种影响及破碎加工后,最大粒径有所减小、细集料的含量有所增加。由多次试验结果分析得知其级配比新集料更加连续,有利于形成骨架密实型的水泥稳定结构。施工中可以通过筛分试验重新配料调整再生集料的级配类型,控制 0.075mm以下细集料的含量,以满足新水稳材料对集料的级配要求,使水稳基层更容易碾压密实,提高成型后的整体强度。

4)试验结果：采用φ15 cm、高15 cm的圆柱体试件做重型击实试验可知：采用新集料的水稳碎石 7 d抗压强度低于同样水泥掺量的再生骨料的水稳碎石 7 d抗压强度值;而同样级配再生骨料的水稳碎石材料其水泥含量越高,7 d抗压强度值越大。

2.2 再生集料应用的优势

如采用拌和站集中拌和,因再生集料在采制过程中要经过铣刨机破碎,加上原水稳碎石基层中本身的水泥含量不高,得到的再生集料中水泥砂浆块体很少且极易破碎,所以不需要采用专门的机械进行破碎清洗,对拌和站没有特殊要求,不会增加再生材料的造价。如果采用现场冷再生技术则需要专门的冷再生机,虽然机械投资较高,但机械可长期重复利用,且施工中不需要大量新购碎石、没有运输过程,在碎石运输价格居高不下的今天其施工成本会有进一步的降低。

3 工程实例

早在 2003年滨河西路翻修时,我公司就尝试过使用冷再生技术进行旧水稳碎石基层的翻修再利用。

滨河西路为城市一级主干道,当时的宽度为 23.4m,原路面的基层为 30 cm厚水稳碎石,因交通长期超负荷运行,沥青面层、水稳碎石基层损坏严重。施工采用现场冷再生技术利用原水稳材料做道路基层,再铺筑沥青面层。为了减少对居民出行的影响,施工采用了半幅施工的方式。

3.1 原材的处理

该工程施工的重点是旧集料的级配和强度的调整,通过我单位试验室多次取样试验后确定：选用柴村1 cm～3 cm碎石为新增骨料,其掺量定为10%;水泥选用 32.5级矿渣硅酸盐水泥,掺量为 6%。按此掺量确定的冷再生基层筛分结果见表 1。

表1 冷再生基层筛分结果

试验得该混合料的最佳含水量为 7.2%,最大干密度为2.09g/cm3,7 d无侧限抗压强度为4.71MPa。该再生混合料级配符合标准要求。

3.2 施工措施

1)为保证拌和均匀,施工中冷再生机行走速度始终控制在5m/m in～8m/min,拌和过程中随时抽查拌和深度及含水量,发现有偏差及时纠正。2)每拌和完一段及时碾压,以保证施工质量。施工完一段适时适量洒水,确保路面潮湿但水稳层水泥不被水冲洗流失。3)养护期间严格控制交通,严禁重型车辆运行。

3.3 质量控制及可行性

现场冷再生施工翻修速度快、造价低(比新铺水稳碎石每平方米可降低成本 25元/m2),且没有废弃材料外运,对环境污染极小,施工取得了良好的效果。为保证施工质量,在施工过程中还是要采用一些方法确保再生集料的品质的,具体如下：

1)在旧水稳碎石基层的铣刨过程中水稳层上的面层要清理干净,水稳底层剩余5mm～10mm的厚度不铣,以防面层及下基层的杂质混入再生骨料中,增加再生集料的生产难度及成本。2)因再生集料状况复杂,拌和前、施工中都应对骨料的颗粒级配、相对密度、压碎值、含水量等勤做试验,发现有变化要及时调整,确保成品质量。在条件允许的情况下尽可能设计为骨架密实型结构。3)在拌和过程中应先将水泥和再生集料充分干拌,混合均匀后再加水进行拌和出料。拌和时间应比新集料拌和时间适当延长。4)设计时严格控制集料的水灰比,拌和中严格控制水泥剂量,既要保证水稳基层的强度,又要防止水泥含量过高增加基层产生干缩裂缝的可能性。5)严格控制运输及施工时间,采取有效措施防止水分散失,及时进行含水量的测定。6)确保碾压及养生质量,在强度增长期间严禁车辆通行。不能封闭交通时应限制重车通行,其他车辆的车速不应超过 30 km/h。

4 结语

多年来通过我单位试验室的认真研究及本单位施工设备的不断更新,旧集料再生利用已不是难题。只要方法得当、措施合理,旧集料再生利用不论从经济还是环保角度讲都是很值得施工单位推广、应用的。

[1] DBJ 04-271-2008,城镇道路工程技术规范[S].

[2] 刘晓娜.道路基层水泥稳定碎石结构材料的再生利用[D].成都：成都理工大学,2007.

[3] 刘君明,蔺宝垚,尤 伟.水泥稳定再生混合料收缩性能研究[J].山西建筑,2010,36(10)：162-163.

The recycling of cement stabilized crushed stone in road engineering

TIAN Ying

The paper discussed the regeneration of the old cementstabilized crushed stone as the aggregate characteristics andm ix of the impact on the new generation.From the theory and practice discussed the possibility of the regeneration of theold cement stabilized crushed stoneaggregate for new roads and improve the old road to promote the recycled aggregate in road works in the future app lication.

cement stabilized crushed stone,recycled aggregates,particle size,crushing value,the ratio

U 416.216

B

1009-6825(2011)09-0142-02

2010-11-28

田 瑛(1976-),女,工程师,太原市政工程总公司,山西太原 030002