水泥混凝土再生集料在路面基层中的应用研究

水泥混凝土再生集料在路面基层中的应用研究

摘要：通过对S340丹阳皇塘段路面改造工程实例中老路水泥混凝土板块破碎，生产再生集料应用于水泥稳定碎石基层的研究，达到工程经济、环保的效果。

关键词：水泥混凝土，再生集料，路面基层，应用研究

一、课题研究的背景和意义

水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、扩散荷载能力强和稳定性好的特点，与沥青混凝土路面相比，施工简单、取材方便，性能价格比好。因此水泥混凝土路面在我国的干线公路、部分高等级公路，特别是地方道路得到了广泛的应用。随着水泥混凝土路面修筑技术的推广与应用，水泥混凝土路面里程的不断延长，路面的养护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，随着累计交通量增加、环境因素的影响,水泥路面将会出现破碎、下沉、错台、板角断裂等病害,并且随着使用年限的递增,破损面积将逐年成上升趋势。另一方面部分近期修建的水泥混凝土路面，由于超限运输、设计、施工及保养等诸多原因，出现了不同程度的早期破损坏。为保证道路的安全畅通，破损的路面需要翻修。

对水泥混凝土路面的翻修，现有的一般做法是挖除并废弃旧的水泥混凝土面层，修补基层后，铺筑新的路面结构。破除的旧混凝土作为废料被丢弃，这就引发了许多问题：一是废料丢弃的污染问题。旧水泥板作为废料丢弃，产生大量的建筑垃圾，由于混凝土材料属于无机材料、

耐久性较好，这种垃圾不会像有机物一样自然分解，因此这种污染将是永久性的。二是能源的浪费。新建道路所需集料的开采，一般是挖除山体表层风化的岩石，通过爆破和机械破碎把原状岩石加工成集料。这样导致大面积的山体被挖，大面积植被被破坏，造成资源的浪费和环境破坏。三是废弃物堆放。废弃物堆放必然涉及占地的问题，在我国土地资源紧缺的今天，将产生永久资源的浪费。四是废料处理和新料的采集带来巨大的经济浪费。随着环境保护要求标准的提高，特别是城市处理这些废料成了十分棘手、而又耗费资金的问题。有限的资源的开采成本以及资源的浪费，导致总体经济效益和社会效益下降。

总之，传统的水泥混凝土道路改建、修复方式导致社会效益和经济效益下降以及社会资源的浪费，需要新的技术进行整体改进。在采用修复技术来延长现有路面的使用寿命并不经济时，回收水泥混凝土路面就将成为一种可供选择的方案。由于我国各方面资源相对比较紧缺，环境保护的任务很重，因此，旧水泥混凝土的再生利用在我国更具有紧迫性和必要性。使现有已损坏的水泥混凝土路面得到快速有效的改造，并在进行技术处理后能保持其合理的结构形式，满足使用功能要求并达到设计使用寿命，使现有公路网保持良好的营运质量和服务水平，取得良好的社会经济综合效益，这是公路管理部门亟待解决的重要课题，也是影响公路事业健康发展的关键问题之一。本课题旨在通过对S340丹阳皇塘段路面改造工程旧水泥混凝土路面再生集料在半刚性基层中的应用研究，总结出各阶段切实可行的工艺方法，从而解决旧水泥板再生以及再生集料的应用，减少旧水泥板废弃产生的污染问题，节省工程造价。

这是建设资源节约型、环境友好型社会的要求。

二、课题研究过程与方法概述

本课题结合S340丹阳皇塘段路面改造工程实例,通过对旧水泥混凝土路面的破碎筛分；再生集料的物理、力学性质试验；作为水泥稳定下基层的配合比设计；铺筑及路用性能的检验等，形成一整套旧水泥混凝土路面再生集料在半刚性基层中的应用研究报告，为后续公路工程改造的旧水泥混凝土路面再生利用提供技术支撑。

S340丹阳皇塘段路面改造工程全长8.4km，全部为水泥混凝土路面，随着地方经济的发展，已无法满足正常的通行需要，必须进行全面的路面改造。改造方案为老水泥混凝土路面全部破除，改造成沥青混凝土路面。考虑到大量的旧水泥板废除引起的环境污染和浪费，我们结合工程建设进行了水泥混凝土再生集料在路面基层中的应用研究。

本课题采用室内试验与室外工艺研究相结合的方法。即旧水泥板的凿除、再生集料的加工及采用再生集料进行的水泥稳定碎石的拌和、摊铺及碾压工艺为室外工艺研究；再生集料的技术指标、级配组成及混合料配合比设计为室内试验。

三、课题研究的基本内容

1、旧水泥混凝土板现场凿除及清运

对旧水泥混泥土板破碎的工艺、大小、清运的方法进行研究，寻求最科学合理的工艺，最大限度是满足集中破碎的需要。

对旧水泥混泥土路面的破除采用凿岩机现场就地破除，挖掘机配合自卸汽车运至石料加工场。考虑到正常的施工和车辆的通行，结合施工

进度计划的安排，分段半幅进行破碎。将满足质量要求的碎块用挖掘机配合自卸汽车运至指定地点。同正常的旧水泥板废弃的凿除不同，要求粒径不超过30cm，并剔除碎块中污染物。

将破除后的旧水泥板采用挖掘机配合自卸汽车，集中运至附近的轧石场，或施工单位的水泥稳定碎石拌和场，租用轧石机现场安装就地生产。

本阶段主要注意：

⑴交通的管制。凿岩机、挖掘机、运输车辆同时上路，要分段凿除、运输。

⑵凿岩机破碎粒径控制。与旧水泥板弃运相比粒径要尽量小。弃运只要求便于挖掘机配合自卸汽车装运即可，而旧水泥板在轧制加工时，设备的功率不同，要求破碎的粒径要求也不一样，对于一般功率的轧制设备，粒径一般控制在30cm左右。因为，粒径过大，轧石机喂料口会产生堵、卡的现象，影响破碎的质量和进度。

⑶污染物的剔除。粘附的二灰碎石基层材料以及施工过程中产生的污染物，对破碎形成的集料的质量产生影响，在装运的过程中应剔除。

⑷加工场地的硬化与隔舱。如果委托就近的集料加工场不存在此问题。若自行安装设备集中加工，对旧水泥板块的堆放场地、加工出的集料存放场地及各种集料的隔舱等要严格按照禁污染、无积水、不串仓的原则对场地进行硬化和隔舱。

2、破碎后的旧水泥板的集中加工及集料性能试验

根据破碎后的旧水泥板的特点及再生集料的用途，选择轧石设备的

类型、型号及工艺，集中破碎、分级筛分，板块破碎采用的机械主要有750型碎石机、振动给料机、直线振动筛。

碎石机工作原理：工作时，电动机通过皮带轮带动偏心轴旋转，使动颚周期地靠近、离开定颚破，从而对物料有挤压、搓、碾等多重破碎，使物料由大变小，逐渐下落，直至从排料口排出。

直线振动筛(直线筛)工作原理：ZSG系列振动筛工作时，两电机同步反向旋转使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分作业。

用砼板块经破碎机两次破碎后，经振动给料机进入筛分斗，筛分斗从上至下分为三层。筛孔依次为：31.5mm、9.5mm和4.75mm。碎石后的石料经筛分后，分别进入1#、2#、4#料斗仓内。生产的自然比例大概为1#：2#：4#＝48：25：27；与新开采集料相比（新开采的各种集料的级配一般为1#：2#：3#：4#＝45：22：8：25），4#级配范围在0.075mm～4.75mm，与新开采集料中3#、4#料相当，可以通过外购3#料来补充掺配，满足再生集料的出料比例与水泥稳定集料生产比例相协调，达到提高再生集料的加工速度。

经过室内试验，各项指标均满足水泥稳定基层用集料要求，与新开采的水稳碎石用集料相比，各项技术指标相当，具体对照表详见表1。

再生集料与新开采的集料各项技术指标对照表表1

本阶段主要注意：

⑴对于大量的水泥板，宜自行安装设备（最好为移动式轧石机）进