碾压混凝土用于道路基层和工地场坪的现状和分析

李 阳，康 明，赵玉静，陆美荣，王 林 （1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海 20002；2.上海工业固体废弃物资源化利用工程技术中心，上海 200942；.上海宝钢新型建材科技有限公司，上海 200942）

碾压混凝土（Roller Compacted Concrete) 是一种单位用水量较少、坍落度为 0 的干硬性混凝土，一般采用摊铺、碾压的方式进行施工。这种混凝土适用于大体积混凝土工程[1]，如坝体工程、道路工程等。近年来，随着对碾压混凝土研究与应用的不断深入，其技术性能亦有进一步改善，在市政道路、工地场坪的施工等建设中具有较好的应用前景。

1 国外碾压混凝土发展概况

近十几年来，西班牙、美国、法国、挪威、加拿大、澳大利亚、日本等国都先后开展了碾压混凝土路面技术的开发与应用研究。但是，因普遍存在路面平整度问题，目前各国将碾压混凝土主要应用于低速重车货场、港口码头、停车场和低等级重交通路面。北美和欧洲是世界上道路碾压混凝土应用最多、技术最成熟的地区。美国在波特兰国际机场道路工程中首次将道路碾压混凝土直接用于道路路面；加拿大是目前世界上道路碾压混凝土工程应用最多的国家；瑞典通常将道路碾压混凝土用于一般公路、货场、车站等；西班牙将碾压混凝土用于高速公路路面沥青面层（通常 8 cm 厚）的下层结构；澳大利亚则将道路碾压混凝土用于高速公路路基等；日本道路协会 1990 年提出了《碾压混凝土路面技术指南》, 并初步解决了其平整度难题；2002 年印度在从 Ropar至 Punjab 公路的面层修筑中首次采用了粉煤灰取代量高达50%，28 d 抗压强度、抗折强度分别高达 41.6 MPa、7.6 MPa 的新型高掺量粉煤灰碾压混凝土，取得了很好的技术经济效果。

2 我国碾压混凝土技术现状

国内学者已对道路碾压混凝土进行了大量研究。黄维蓉等[2]推荐了农村公路路面碾压混凝土参考配合比；牛开民等[3]提出了碾压混凝土路面横向缩缝间距的建议范围；李世绮等[4]考察粗集料粒径对路面碾压混凝土施工性能及路面质量的影响，研究提出了高等级公路碾压混凝土路面对粗集料粒径的要求；胡长顺等[5]研究了复合式路面设计原理及施工技术。

有关研究成果已被纳入 JTG D 40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》、JTG/TF 30—2014《公路水泥混凝土路面施工技术细则》中，里面含碾压混凝土面层适用规范、碾压混凝土配合比设计、碾压混凝土路面施工和碾压混凝土面层质量标准的相关章节。另外，JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》则给出了碾压混凝土拌合物稠度试验方法、碾压混凝土抗弯拉试件的制作方法。

与传统的普通水泥混凝土相比，道路碾压混凝土具有以下优点：施工过程可不用模板，简便快速，工期可缩短20%～33%；可掺加大量掺合料，可节省水泥约 30%，经济性较好，工程投资可节约 10%～30%；单位用水量少，干缩小，可扩大接缝间距，初期强度高，养护期短。已有工程实践表明, 在碾压混凝土面层上加铺 5 cm 左右的沥青混凝土层, 构成复合面层结构，可用来改善碾压混凝土路面的平整性与抗磨耗性。

将碾压混凝土与固废综合利用相结合，获得了相关技术成果。以“钢渣”“碾压混凝土”进行检索，检索到相关专利为 4 项，见表1。

表1 检索“钢渣” “碾压混凝土”相关专利

3 上海市碾压混凝土应用现状

3.1 在市政道路中的应用现状

在上海市政道路施工中，通常采用三渣混合料作为基层材料，缺点是早期强度低、养护期长，造成道路施工占路时间长，对交通畅通带来严重影响。为此，上海市建筑科学研究院与黄浦区市政养护公司合作，从 2002 年起，以矿渣粉、钢渣粉和脱硫石膏为主要胶凝材料开展“碾压灰渣混凝土用于快速修补路基层技术”。该碾压混凝土的强度增长情况见表2。

表2 碾压混凝土的强度随龄期增长情况

该碾压混凝土具有凝结时间适宜、早期强度高、道路弯沉值低、施工扬尘少等优点。碾压施工完成后，3 d 内即可恢复交通，能够满足市区道路快速修复的需要，已先后在西藏中路综合改造和外滩井字形通道等工程中应用，取得了良好的技术效果和社会效益。其中西藏中路综合改造工程大规模使用碾压混凝土基层代替粉煤灰三渣基层，已竣工 10年，反射裂纹少，沥青路面质量至今良好。

据统计，从 2002 年至 2012 年的 10 a 间，采用碾压混凝土基层代替粉煤灰三渣基层完成的城市道路改造和掘路修复工程达数十项，涉及主干路、次干路和支路，总长度达7.5 km。在大量应用工程的基础上，上海市建筑科学研究院主编了上海市地方标准 DB 31/T 784—2014《快硬性道路基层混合料（FRRM）应用技术规范》。

3.2 在工地场坪中的应用现状

在碾压混凝土研发工作的基础上，上海市建筑科学研究院有限公司、上海宝钢新型建材科技有限公司、湛江宝钢新型建材科技有限公司、新疆互力佳源环保科技有限公司等单位针对全国各地钢铁企业处置利用难度较大的冶金固废和建筑垃圾展开合作，研发了用于厂矿、堆场、建筑工地场坪硬化的碾压混凝土场坪硬化材料。目前该碾压混凝土场坪硬化材料已在上海、新疆等地区开展工程应用，近一年累计施工面积超过 5 万 m2，消纳了大量的冶金固废和建筑垃圾。

上海宝钢厂研发了以“烧结脱硫灰+拆房垃圾再生集料+转炉钢渣”等低值固废为主要组分的场坪硬化材料，低值固废的掺加比例达 90%；新疆八一钢铁厂，研发了“烧结脱硫灰+转炉钢渣+陈矿渣”等低值固废为主要组分的场坪硬化材料，低值固废的掺加比例达 70%；武汉钢铁厂、梅山钢铁厂、湛江钢铁厂研发了“烧结脱硫灰+转炉钢渣+采矿碎屑”等低值固废为主要组分的场坪硬化材料，低值固废的掺加比例达 90%。

上海地区典型工程案例为宝山区锦沪路建筑垃圾处置基地。该基地占地面积约 1.3 万 m2，年处置利用宝山区拆房垃圾 100 万 t。原场地地基薄弱，出现不同程度的沉降，场地含泥量大，土方车、工程车辆进出频繁，特别是雨天作业带起泥浆，晴天作业粉尘飞扬，给作业环境和周边环境带来压力。为改善现场环境，宝武环科公司采用碾压混凝土场坪硬化材料，对场地全部实施硬化处理。经检测，该工程使用的碾压混凝土场坪硬化材料的技术性能见表3。

表3 上海地区碾压混凝土场坪硬化材料 28 d 的技术性能

新疆地区的典型工程案例是新疆八一钢铁厂的钢渣区停车场。该工程使用的碾压混凝土场坪硬化材料的现场取芯试验结果见表4。

表4 新疆地区碾压混凝土场坪硬化材料的取芯强度

由表3 和表4 的检测结果可知，利用各地固废资源配制的碾压混凝土场坪硬化材料的强度等级达到 C 20 以上，力学性能和耐久性良好。

4 碾压混凝土的技术经济分析

碾压混凝土具有综合利用建筑固废、工业固废的巨大潜力，在道路基层和工地场坪施工工程中，推广应用碾压混凝土场坪硬化材料，具有良好的技术经济性。

4.1 高效处置低值固废，节约天然砂石资源

粉煤灰、高炉水渣等工业固废综合利用率较高，但是钢渣、烧结脱硫灰、建筑垃圾等低值固废由于以下原因，缺乏综合利用技术途径，急需研发新产品以破解处置难题。

(1) 烧结脱硫灰：宝钢炼钢烧结机脱硫装置年产生烧结脱硫灰 20 万 t，化学成分具有高钙、高硫、高氯离子含量的特点，安定性差，如果用在水泥或混凝土中，会造成 SO3和氯离子检测结果超标，故难以在普通建材中利用。在宝武集团所属的新疆八一钢铁厂、武汉钢铁厂、梅山钢铁厂烧结脱硫灰成为最难处置利用的工业固废。

(2) 钢渣：上海地区年处置利用 80 万 t 钢渣，主要利用途径是作为含铁原料用于水泥生料配料。但是由于上海产业结构调整，所有水泥熟料生产厂全部关闭，因此存在出路难题。在宝武集团所属的新疆八一钢铁厂、武汉钢铁厂、梅山钢铁厂、湛江钢铁厂，普遍存在钢渣处置利用难度大的问题。

(3) 建筑垃圾：上海规划建设 12 个装修垃圾和拆房垃圾处置点，年处置量达 1 000 万 t。这些处置点均采用分类、分选、破碎和筛分工艺，再生产品包括粒径 0～5 mm 再生粉末、5～15 mm 和 15～51.5 mm 再生集料。由于再生细粉和再生集料的杂质含量和含泥量高、颗粒强度低、吸水率大，难以在混凝土、砂浆和路基材料中使用，一般仅用于软土路基换填，少量用于砖，应用市场较窄。

由于钢渣、烧结脱硫灰、建筑垃圾再生粉末和再生集料的利用率低，在厂区暂时堆存，对周围环境易造成影响，有必要在量大、面广的道路基层和工地场坪工程中，充分利用这些低值、难处理固废，以保护生态环境。

4.2 协同处置各种固废，使得原材料技术性能互补

针对冶金固废及资源化产品的技术特点，采用复配技术措施，弥补、消除各类固废的缺陷，取得“1+1＞2”的优势互补技术效果。具体如下。

高钙高硫固废与硅铝质固废的性能互补：转炉钢渣、烧结脱硫灰的 f-CaO、SO3、CaSO3·1/2H2O 含量高，安定性不良，而建筑垃圾粉末的主要成分为红砖、水泥砂浆和黏土，SiO2、Al2O3含量高，两类固废可发生火山灰反应，缓慢生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，既减少安定性不良的隐患，又提高碾压灰渣混凝土的后期强度。

粗细固废的紧密堆积：烧结脱硫灰的颗粒较细，建筑垃圾粉末和再生集料的粒径适中，而转炉钢渣的粒径较粗。各种粒径的固废复配后，经碾压成型施工，达到紧密堆积的状态，可获得较高强度。

胶凝材料与固废的胶结激发互补：矿渣粉、钢渣粉对于黏土含量高的建筑垃圾粉末，具有固化胶结效果；同时烧结脱硫灰提供的 SO3、CaSO3·0.5 H2O 成分、钢渣提供的f-CaO 成分，有利于激发矿渣粉、钢渣粉的活性；并且烧结脱硫灰中的 CaCO3成分，参与水化反应，生成水化碳铝酸钙，提高碾压混凝土的强度。

4.3 固废消纳能力强，生产施工成本低

施工情况表明，与普通预拌混凝土相比，碾压混凝土施工时，不用模板，简便快速，工期可缩短 20%～30%；可消纳大量低值固废，在 30 cm 厚的硬化场坪中，约消纳1 t/m2的拆房垃圾、钢渣和烧结脱硫灰等低值固废；水泥用量仅 50 kg/m3，工程投资可节约 10%～30%；单位用水量少，干缩小，可扩大施工缝间距；初期强度高，养护期短，碾压施工完成后 3 d 即可行驶重载车辆。

4.4 一定程度上填补低强度混凝土的市场空白

低强度混凝土在市政道路基层、垫层、掘路修复、临时性道路以及建筑工地、厂区和堆场硬地坪等领域，具有一定的市场需求，估计上海每年用量约 500 万 m3（混凝土总量约为 5 500 万m3）。

上海某预拌混凝土公司 2018 年 6 月各种强度等级混凝土的信息价见表5。

表5 各种强度等级混凝土的信息价 元/m3

由表5 可看出，与销量最大的 C 30 混凝土相比，C 15与 C 20 混凝土价差极小，而随着强度越高，混凝土价格迅速上升。据调研，混凝土拌合站均不愿意签订 C 20 以下低强度混凝土的合同，而热衷于高强混凝土的销售。这是由于C 10～C 20 混凝土的水泥和砂石消耗量、人工机械费与 C 30 混凝土相差无几，利润低，而生产高强混凝土可获得高利润。因此，低强度混凝土存在一定供应缺口，碾压混凝土在一定程度上填补低强度混凝土的市场空白。

5 结 语

利用全国各地的冶炼废渣和建筑垃圾研制的碾压混凝土场坪硬化材料，具有低值固废消纳能力强、生产施工成本低、技术性能优等特点，一定程度上填补低强度混凝土的市场空白，在厂矿、堆场、建筑工地场坪硬化以及道路基层方面，具有广阔的推广应用前景。