摘要：通過對S340丹陽皇塘段路面改造工程實例中老路水泥混凝土板塊破碎，生產再生集料應用于水泥穩定碎石基層的研究，達到工程經濟、環保的效果。
　　關鍵詞：水泥混凝土，再生集料，路面基層，應用研究
　　
　　一、課題研究的背景和意義
　　水泥混凝土路面具有強度高、剛度大、擴散荷載能力強和穩定性好的特點，與瀝青混凝土路面相比，施工簡單、取材方便，性能價格比好。因此水泥混凝土路面在我國的干線公路、部分高等級公路，特別是地方道路得到了廣泛的應用。隨著水泥混凝土路面修筑技術的推廣與應用，水泥混凝土路面里程的不斷延長，路面的養護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，隨著累計交通量增加、環境因素的影響,水泥路面將會出現破碎、下沉、錯臺、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。另一方面部分近期修建的水泥混凝土路面，由于超限運輸、設計、施工及保養等諸多原因，出現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。
　　對水泥混凝土路面的翻修，現有的一般做法是挖除并廢棄舊的水泥混凝土面層，修補基層后，鋪筑新的路面結構。破除的舊混凝土作為廢料被丟棄，這就引發了許多問題：一是廢料丟棄的污染問題。舊水泥板作為廢料丟棄，產生大量的建筑垃圾，由于混凝土材料屬于無機材料、耐久性較好，這種垃圾不會像有機物一樣自然分解，因此這種污染將是永久性的。二是能源的浪費。新建道路所需集料的開采，一般是挖除山體表層風化的巖石，通過爆破和機械破碎把原狀巖石加工成集料。這樣導致大面積的山體被挖，大面積植被被破壞，造成資源的浪費和環境破壞。三是廢棄物堆放。廢棄物堆放必然涉及占地的問題，在我國土地資源緊缺的今天，將產生永久資源的浪費。四是廢料處理和新料的采集帶來巨大的經濟浪費。隨著環境保護要求標準的提高，特別是城市處理這些廢料成了十分棘手、而又耗費資金的問題。有限的資源的開采成本以及資源的浪費，導致總體經濟效益和社會效益下降。
　　總之，傳統的水泥混凝土道路改建、修復方式導致社會效益和經濟效益下降以及社會資源的浪費，需要新的技術進行整體改進。在采用修復技術來延長現有路面的使用壽命并不經濟時，回收水泥混凝土路面就將成為一種可供選擇的方案。由于我國各方面資源相對比較緊缺，環境保護的任務很重，因此，舊水泥混凝土的再生利用在我國更具有緊迫性和必要性。使現有已損壞的水泥混凝土路面得到快速有效的改造，并在進行技術處理后能保持其合理的結構形式，滿足使用功能要求并達到設計使用壽命，使現有公路網保持良好的營運質量和服務水平，取得良好的社會經濟綜合效益，這是公路管理部門亟待解決的重要課題，也是影響公路事業健康發展的關鍵問題之一。本課題旨在通過對S340丹陽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用研究，總結出各階段切實可行的工藝方法，從而解決舊水泥板再生以及再生集料的應用，減少舊水泥板廢棄產生的污染問題，節省工程造價。這是建設“資源節約型、環境友好型”社會的要求。
　　
　　二、課題研究過程與方法概述
　　本課題結合S340丹陽皇塘段路面改造工程實例,通過對舊水泥混凝土路面的破碎篩分；再生集料的物理、力學性質試驗；作為水泥穩定下基層的配合比設計；鋪筑及路用性能的檢驗等，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用研究報告，為后續公路工程改造的舊水泥混凝土路面再生利用提供技術支撐。
　　S340丹陽皇塘段路面改造工程全長8.4km，全部為水泥混凝土路面，隨著地方經濟的發展，已無法滿足正常的通行需要，必須進行全面的路面改造。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境污染和浪費，我們結合工程建設進行了水泥混凝土再生集料在路面基層中的應用研究。
　　本課題采用室內試驗與室外工藝研究相結合的方法。即舊水泥板的鑿除、再生集料的加工及采用再生集料進行的水泥穩定碎石的拌和、攤鋪及碾壓工藝為室外工藝研究；再生集料的技術指標、級配組成及混合料配合比設計為室內試驗。
　　
　　三、課題研究的基本內容
　　1、舊水泥混凝土板現場鑿除及清運
　　對舊水泥混泥土板破碎的工藝、大小、清運的方法進行研究，尋求最科學合理的工藝，最大限度是滿足集中破碎的需要。
　　對舊水泥混泥土路面的破除采用鑿巖機現場就地破除，挖掘機配合自卸汽車運至石料加工場。考慮到正常的施工和車輛的通行，結合施工進度計劃的安排，分段半幅進行破碎。將滿足質量要求的碎塊用挖掘機配合自卸汽車運至指定地點。同正常的舊水泥板廢棄的鑿除不同，要求粒徑不超過30cm，并剔除碎塊中污染物。
　　將破除后的舊水泥板采用挖掘機配合自卸汽車，集中運至附近的軋石場，或施工單位的水泥穩定碎石拌和場，租用軋石機現場安裝就地生產。
　　本階段主要注意：
　　⑴交通的管制。鑿巖機、挖掘機、運輸車輛同時上路，要分段鑿除、運輸。
　　⑵鑿巖機破碎粒徑控制。與舊水泥板棄運相比粒徑要盡量小。棄運只要求便于挖掘機配合自卸汽車裝運即可，而舊水泥板在軋制加工時，設備的功率不同，要求破碎的粒徑要求也不一樣，對于一般功率的軋制設備，粒徑一般控制在30cm左右。因為，粒徑過大，軋石機喂料口會產生堵、卡的現象，影響破碎的質量和進度。
　　⑶污染物的剔除。粘附的二灰碎石基層材料以及施工過程中產生的污染物，對破碎形成的集料的質量產生影響，在裝運的過程中應剔除。
　　⑷加工場地的硬化與隔艙。如果委托就近的集料加工場不存在此問題。若自行安裝設備集中加工，對舊水泥板塊的堆放場地、加工出的集料存放場地及各種集料的隔艙等要嚴格按照“禁污染、無積水、不串倉”的原則對場地進行硬化和隔艙。
　　
　　2、破碎后的舊水泥板的集中加工及集料性能試驗
　　根據破碎后的舊水泥板的特點及再生集料的用途，選擇軋石設備的類型、型號及工藝，集中破碎、分級篩分，板塊破碎采用的機械主要有750型碎石機、振動給料機、直線振動篩。
　　碎石機工作原理：工作時，電動機通過皮帶輪帶動偏心軸旋轉，使動顎周期地靠近、離開定顎破，從而對物料有擠壓、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。
　　直線振動篩(直線篩)工作原理：ZSG系列振動篩工作時，兩電機同步反向旋轉使激振器產生反向激振力，迫使篩體帶動篩網做縱向運動，使其上的物料受激振力而周期性向前拋出一個射程，從而完成物料篩分作業。
　　用砼板塊經破碎機兩次破碎后，經振動給料機進入篩分斗，篩分斗從上至下分為三層。篩孔依次為：31.5mm、9.5mm和4.75mm。碎石后的石料經篩分后，分別進入1#、2#、4#料斗倉內。生產的自然比例大概為1#：2#：4#＝48：25：27；與新開采集料相比（新開采的各種集料的級配一般為1#：2#：3#：4#＝45：22：8：25），4#級配范圍在0.075mm～4.75mm，與新開采集料中3#、4#料相當，可以通過外購3#料來補充摻配，滿足再生集料的出料比例與水泥穩定集料生產比例相協調，達到提高再生集料的加工速度。
　　經過室內試驗，各項指標均滿足水泥穩定基層用集料要求，與新開采的水穩碎石用集料相比，各項技術指標相當，具體對照表詳見表1。
　　再生集料與新開采的集料各項技術指標對照表表1

　　本階段主要注意：
　　⑴對于大量的水泥板，宜自行安裝設備（最好為移動式軋石機）進行加工。對于小量的水泥板宜采用委托就近采石場加工，減少加工場地的征用以及設備搬運、安裝費用，降低成本。
　　⑵液限和塑性指數與污染物的多少有關，必須嚴格控制，在加工的過程中要隨時剔除污染物。
　　⑶自行加工對場地要求較高，否則浪費很大。
　　
　　3、集料級配組成、混合料配合比設計及施工
　　采用再生集料進行集料級配組成及水泥穩定碎石混合料配合比設計，用滿足規范要求的半剛性基層原材料、混合料，作為下基層混合料進行施工。
　　根據舊水泥板再生集料的室內篩分結果，按照級配組成設計的方法進行室內水泥穩定碎石配合比設計，找尋滿足混合料物理力學性能的混合料配合比。通過試驗，經室內試配級配組成為：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號料用量偏少、2號料用量偏多。混合料的合成級配詳見表2。
　　實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天無側限抗壓強度4.4Mpa。各項指標均滿足現行規范要求，與先開采集料配制的混合料相比，各項技術指標相當，具體對照表詳見表3。
　　再生集料與新開采的集料級配組成設計對照表表2

　　
　　再生集料與新開采的集料水泥穩定碎石混合料配合比設計成果對照表表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再生集料級配組成設計較為容易，合成級配更容易達到規范中值。
　　⑶同樣水泥劑量，再生集料的強度略高。
　　
　　4、成型下基層的各項技術指標的檢驗和路用性能觀察
　　現場鋪筑路段為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場試拌鋪筑工藝與新生集料配制的水泥穩定碎石混合料相同。
　　從現場施工情況看，混合料質量均勻、成型路段取芯芯樣完整、光潔，各項檢測指標均滿足規范要求。現場施工水泥穩定碎石混合料（再生集料與新開采集料）篩分結果(詳見表4)、現場檢測結果對照表（詳見表5）。
　　
　　現場施工水泥穩定碎石混合料篩分結果對照表表4

　　
　　水泥穩定碎石混合料現場檢測結果結果對照表表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達到同樣強度的水泥穩定碎石，再生集料需要的水泥用量小。
　　
　　四、課題研究成果的特色與創新
　　舊水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應用技術尚無成熟的理論和經驗，由于我國舊水泥混凝土路面改造的廢棄物污染是最嚴重的污染源之一，因此該項目的研究對水泥混凝土路面的維修改造中廢物利用具有極大的指導意義和應用價值；尤其是水泥混凝土路面大、中修時，通過對舊水泥混凝土路面再生集料的有效利用，以減少環境污染，節省工程造價。
　　本項目的特色與創新
　　1、通過研究舊水泥混凝土路面再生集料在半剛性基層中的應用，確定切實可行的工藝及施工參數，以指導具體施工，填補水泥混凝土再生集料在半剛性基層中的應用技術的空白。
　　2、應用質量得到了有效保證。從混凝土板的破碎、再生集料的物理力學性能的試驗到路用性能指標的分析，評價再生集料在半剛性基層中的應用效果的有效性。通過室內試驗與現場實際相結合，取得了舊水泥板再生集料在水泥穩定碎石基層中應用研究的有效途徑和方法，現場可操作性得到驗證，再生的集料、混合料等各項技術指標均滿足規范要求，鋪筑效果滿足道路的使用性能，推廣應用可行。
　　3、廢棄物得到了有效的利用，節省造價，具有明顯的經濟效益。按就近委托采石場加工（量少的情況下）與自行安裝設備自行加工（量大的情況下）兩種方式。①棄運及場地的征用的費用計算（按1m3計）：棄運費（按10km每m3.km1.8元）計18元/m3，場地租用費10元/m3，購進新集料60元/m3，總計18+10+60＝88元/m3。②再生利用。A、就近委托加工。運輸費（按來回25km計1.8元/km）45元/m3、軋石10元/m3，按加工有效利用率80%，總計（45+10）/0.8＝69元/m3，相比棄運節省造價（88-69）/69＝28%。B、自行安裝設備加工。設備租用、進出場及軋制費20元/m3，場地租用費10元/m3，運輸費（按10km每m3.km1.8元）計18元/m3，按加工有效利用率80%，總計（20+10+18）/0.8＝60元/m3，相比棄運節省造價（88-60）/60＝47%。
　　4、減少對環境的影響，具有明顯的社會效益。大量的混凝土廢棄物的丟棄得到了全面解決，永久性的環境污染消除，從長遠看，徹底改善了環境的污染，同時節省了治理環境污染的費用，減少了山體的開采，社會效益顯著。
　　5、便于實踐應用。由于本課題從舊水泥板的鑿除、挖運、集料的再生到再生集料、混合料的級配組成、配合比等室內試驗以及現場的試鋪等一系列的研究，總結出一套滿足質量要求、切實可行的方法。加工方法、生產工藝及現場施工的設備和工藝的成熟性，決定了該課題的便于推廣。
　　
　　五、結語
　　本課題旨在借鑒國內外研究成果基礎上，通過對舊水泥混凝土路面的破碎工藝、再生集料的物理力學性質、水泥穩定碎石室內配合比設計試驗以及工程現場實際鋪筑的效果進行研究，減少舊水泥混凝土路面上維修和改造造成的資源浪費和環境污染，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用是今后的水泥混凝土路面改擴建工程中須待解決的關鍵技術之一，其研究成果對今后的工程的維修改造具有指導作用和應用價值，因此具有廣泛的社會效益和經濟效益。
　　
　　參考文獻：
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　　［2］JTGE40-2007公路土工試驗規程人民交通出版社2007
　　［3］JTGE51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程人民交通出版社2009