水泥穩(wěn)定再生粗集料基層配合比設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐研究

謝道權(quán)

(安徽省高等級(jí)公路工程監(jiān)理有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

安徽省合肥至安慶高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目二標(biāo)段，由安徽路港工程有限公司承建，派河特大橋和杭埠河特大橋上部結(jié)構(gòu)近4000立方舊梁板混凝土，按設(shè)計(jì)要求全部拆除重建。為了能將拆除梁板的水泥砼加工后再次利用，經(jīng)行業(yè)內(nèi)專家論證后將橋梁破除廢棄混凝土為母材，經(jīng)自加工生產(chǎn)水穩(wěn)再生各規(guī)格粗集料，細(xì)集料為自采礦石加工。通過(guò)對(duì)加工后再生集料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，強(qiáng)度指標(biāo)符合水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。用于本標(biāo)段部分水穩(wěn)基層施工，通過(guò)近兩年的通車運(yùn)行質(zhì)量較為穩(wěn)定。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 材料質(zhì)量及要求

水泥經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，再生粗集各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)符合《橋梁破除廢棄混凝土再生粗集料技術(shù)》要求；水拌和及養(yǎng)生用水應(yīng)滿《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTGT F20-2015)的要求。 0～5mm細(xì)集料是自購(gòu)礦料加工，經(jīng)檢測(cè)質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求。橋梁破除廢棄混凝土再生集料及自加工細(xì)集料級(jí)配見表1。

表1 各規(guī)格礦料篩分級(jí)配

1.2 混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

為了控制基層施工后的干縮、溫縮裂縫，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在能滿足無(wú)側(cè)限強(qiáng)度的前提下，盡量限制細(xì)集料和水泥用量；施工時(shí)嚴(yán)格控制各規(guī)格料的粉塵含量，含水量宜不超過(guò)最佳含水量的1%。

依據(jù)《橋梁破除廢棄混凝土再生技術(shù)與應(yīng)用綜合研究》設(shè)計(jì)要求，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)，合成級(jí)配各篩孔的通過(guò)率能滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

合成級(jí)配見表2。

表2 級(jí)配礦料比例和合成級(jí)配

1.3 混合料擊實(shí)試驗(yàn)

設(shè)計(jì)水泥劑量分別為3.8%、4.4%、5.0%時(shí)，含水量均按5.8%、6.8%、7.8%、8.8%、9.2%進(jìn)行了重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如下：水泥劑量3.8%時(shí)，最佳含水量7.0%，對(duì)應(yīng)最大干密度為2.274g/cm;水泥劑量4.4%時(shí)，最佳含水量7.3%，對(duì)應(yīng)最大干密度為2.281g/cm;水泥劑量5.0%時(shí)，最佳含水量7.6%，對(duì)應(yīng)最大干密度為2.287g/cm。

1.4 無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù)水泥穩(wěn)定再生混合料擊實(shí)試驗(yàn)的最佳含水量及最大干密度，再按壓實(shí)度98%和標(biāo)準(zhǔn)試模體積計(jì)算混合料質(zhì)量，進(jìn)行室內(nèi)無(wú)側(cè)限成型標(biāo)準(zhǔn)試件，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生溫度和養(yǎng)生時(shí)間后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

本設(shè)計(jì)中3.8%、4.4%、5.0%水泥劑量下的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值均大于3.0MPa。依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件規(guī)定：底基層強(qiáng)度值：2.5～4.5MPa，基層強(qiáng)度值：4.0～6.0MPa。擬采用3.8%的水泥劑量進(jìn)行水穩(wěn)再生料底基層施工,擬采用5.0%的水泥劑量進(jìn)行水穩(wěn)再生料基層施工，無(wú)側(cè)限強(qiáng)度可以滿足設(shè)計(jì)要求。

2 水穩(wěn)基層配合比試驗(yàn)段驗(yàn)證

依據(jù)室內(nèi)配合比：再生集料(mm)(20～30)∶(10～20)∶(5～10)∶(0～5)=36∶19∶18∶27水泥用量5.0%，含水量按7.6%，在水穩(wěn)拌和站進(jìn)行生產(chǎn)拌料，進(jìn)行K23+100～K23+340段左幅試驗(yàn)段施工240 m。實(shí)際生產(chǎn)1 280 t料。水泥劑量檢測(cè)6次平均值為5.1%，含水量檢測(cè)5次平均值為7.5%。在不加水泥的傳送帶上取混合料進(jìn)行水洗篩分試驗(yàn)。混合料級(jí)配見表4。

表4 拌和機(jī)取料混合料篩分級(jí)配

經(jīng)試驗(yàn)段施工拌和站取樣篩分試，混合料級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。

對(duì)試驗(yàn)段攤鋪現(xiàn)場(chǎng)水穩(wěn)料取樣進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，實(shí)測(cè)結(jié)果最大干密度為2.285g/cm3混合料含水率7.5%。依據(jù)98%壓實(shí)度實(shí)度7.5%含水率和試模體積，計(jì)算試件裝料質(zhì)量，靜壓法進(jìn)行室無(wú)側(cè)限成型試件13個(gè)，室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6天，浸水1 d后進(jìn)行無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn),結(jié)果為強(qiáng)度平均值5.2 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差0.564、變異系數(shù) 10.8%，經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度代表值4.28 MPa，符合基層設(shè)計(jì)值4～6 MPa要求。

現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度6個(gè)點(diǎn)，分別為98.4%、98.5%、99.3%、98.7%、98.2%、98.9%壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)及技術(shù)規(guī)范大于98%的要求。對(duì)水穩(wěn)基層試驗(yàn)段土工布覆蓋后灑水保濕養(yǎng)生7天，養(yǎng)生期間禁止重車通行，試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)取芯試樣較為完整，如圖1、圖2所示。

圖1 水穩(wěn)再生料基層取芯圖

圖2 水穩(wěn)再生基層取芯圖

3 水穩(wěn)再生集料與礦石加工集料比較分析

(1) 材料經(jīng)濟(jì)成本分析：以合肥至安慶改擴(kuò)建工程第二合同段安徽路港工程公司實(shí)際案例進(jìn)行分析，從橋梁破除現(xiàn)場(chǎng)到運(yùn)至水穩(wěn)拌和站平均運(yùn)距5.5 km，材料運(yùn)輸和廢棄料初破分離、垃圾清運(yùn)費(fèi)平均每噸約22元。礦山采購(gòu)礦石運(yùn)拌和站加工點(diǎn)平均運(yùn)距約38 km，礦石運(yùn)至拌和站成本費(fèi)用，考慮施工周期內(nèi)的價(jià)格波動(dòng)因素平均每噸約60元。兩者比較每噸母材費(fèi)用可節(jié)省約38元。加工成品各規(guī)格碎石料每噸平均約85元，綜合比較水穩(wěn)層成品集料單價(jià)每噸節(jié)省約40%～50%。

(2)再生集料與礦石加工集料社會(huì)效益比較分析：破除廢棄混凝土若不就地再利用，不僅對(duì)破除材料的運(yùn)輸、存放、處理需要大量的人力財(cái)力，若存放與處理不當(dāng)，對(duì)周邊自然環(huán)境也會(huì)造成一定的影響；如果公路工程建設(shè)領(lǐng)域中通過(guò)技術(shù)措施處理后能合理利用再生集料，就會(huì)減少對(duì)礦山資源的開采量，也是響應(yīng)了國(guó)家近年來(lái)倡導(dǎo)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，保護(hù)原生態(tài)資源的基本國(guó)策的具體舉措。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)合肥至安慶改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目再生集料配合比設(shè)計(jì)，再生集料質(zhì)量、混合料級(jí)配、水泥用量、含水率及壓實(shí)度滿足技術(shù)規(guī)范要求時(shí)，通過(guò)對(duì)水穩(wěn)基層試驗(yàn)段施工保濕養(yǎng)生7 d后，現(xiàn)場(chǎng)基層取芯試樣較為完整，施工質(zhì)量可以保證。所施工段落通過(guò)近兩年的通車運(yùn)行后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查整體質(zhì)量較為穩(wěn)定。廢棄混凝土加工再生粗集料，實(shí)踐證明通過(guò)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)和施工中改進(jìn)技術(shù)措施，可以應(yīng)用于公路水穩(wěn)基層、底基層施工。再生集料再利用符合國(guó)家提倡節(jié)能環(huán)保新理念，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益俱佳，在工程建設(shè)領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊。