废弃混凝土路面板在道路改建中的再利用

废弃混凝土路面板在道路改建中的再利用

摘要：水泥混凝土道路改建时废弃混凝土的再利用，可以降低工程造价，又利于环境保护。采用室内试验方法，测定了废弃混凝土作为再生集料的路用性能指标，并与规范要求进行对比，指标达到了规范要求。试验路应用结果表明，再生集料能够满足在半刚性基层或水泥混凝土中应用时的技术要求，再生集料混凝土除耐磨性稍差之外，其他方面与普通混凝土无明显差别。

关键词：公路工程；道路改建；废弃混凝土；再生混凝土

由于设计、施工和运营等综合因素的共同影响，许多地区于20世纪90年代初修建的水泥混凝土路面出现了不同程度的病害，如断板、唧泥、脱空等现象，其中一些已严重破损而无法使用，需重新改建。对于处在不同病害状况下的水泥混凝土路面，无论是病害发生的初期所进行的局部处理，还是已形成严重断板破损需进行大范围修补，直至重新改建，都将面临旧混凝土板块如何进行处置的问题。对于普通混凝土路面，每块板如以0.24m×4.5m×5m的外观尺寸进行计算，其体积将有5.4m3，每公里一个行车道的混凝土体积就可达1080m3。当混凝土路面进行局部整治时，少量置换出的破碎混凝土板可弃置不用，但当一条路进行大规模换板或重新改建时，弃置棍凝土板量非常大。如河南省开封地区于20世纪90年代初建成通车的开兰路（开封－兰考），全线长22.175km，路幅宽9m，板厚0.23m，改建时废弃的混凝土数量超过4.5×104m3。显然，如此之多的旧混凝土板块的合理有效处置不仅关系到旧混凝土道路维修改造，同时也关系到周边的环境保护。针对这一现实问题，在开兰路整治改建工程中提出废弃混凝土再利用的思路，为旧混凝土路改建及其相关环境的保护起到抛砖引玉的作用。

1废弃混凝土路用再生思路

本着既满足相关规范的技术要求，又要体现实用、有效、简便的原则，废弃混凝土在道路建设中再利用的途径见图1。

图1废弃混凝土利用途径

以上的旧混凝土再生利用思路可百分之百地采用废弃的旧混凝土，如果研究的结果能够满足相关技术要求，那么当旧混凝土仅部分替代普通的路用材料时，则完全有可能达到更好的应用效果。概括起来，无论以什么方式利用旧混凝土，最终的努力都要尽可能做到技术有保证，质量满足规范要求，施工简单易行的目的，从而能够使这项研究成果具有扎实的实用性，为今后的实际应用奠定良好的基础。

2废弃混凝土应用实例

将废弃混凝土块轧制成一定粒径规格作为碎石使用，既是一种行之有效的再利用方式，也能够在一定程度上解决一些地区缺少砂石材料的问题，因此这项研究在缺少砂石材料的开封地区实施，对该地区的公路建设具有十分积极的意义。

2.1旧混凝土再生集料的应用

2.1.1再生集料性质

采用水泥或石灰、粉煤灰等无机结合料稳定再生集料作为半刚性基层材料，其中的再生集料基本性质的好坏则是影响整个再利用技术的关键。由于所进行的这项工作是一项废弃物的再利用，若对所有指标（如整个粒径范围）要求过分严格，势必将加大再利用的投入和工作量的增加，这将有可能得不偿失。因此在不降低关键指标的要求，不影响最终使用效果的前提下，应适当放宽对再生集料的一些指标要求，以达到事半功倍的效果。

通过控制最大粒径的方法，采用普通颚式轧石机进行初步粉碎，一般将轧碎的再生集料粒径控制在30mm以下，粒径超出的部分过筛挑出，经二次加工使之在粒径上符合要求。表1为经过轧制后用于半刚性基层再生集料的粒径分布及一些主要指标实测结果。

从实测结果看，普通轧石机破碎的旧混凝土再生集料粒径的分布虽未达到相关规范要求的中值，但均在规范范围之内；同时一些其他主要指标能满足相关规范的要求。

表1再生集料主要指标及规范要求

表2再生集料抗压试验结果及规范要求

表3水泥稳定再生集料主要性质测定结果

2.1.2再生集料基层性能

用于沥青路面的半刚性基层是整个道路结构中的承重层，因此满足一定的强度要求是水泥稳定再生集料所必须达到的一项基本性质要求。根据规范建议以及开封地区道路施工经验，采用水泥、二灰分别各以两种配合比稳定再生集料。表2、表3为该材料的无侧限饱水抗压试验及主要指标检测结果。总体上看，无机结合料稳定废弃混凝土再生集料的强度基本上能够达到高等级公路路面基层的强度要求，其性质与规范的要求以及与普通碎石稳定基层材料相比，在具体的检测数据上虽然有一些差异（如水泥稳定采用水泥剂量在5％时，7d抗压结果未达到高等级公路基层强度要求），但涉及的多项指标的变化均在合理的范围内。众所周知普通路用集料无论是岩浆岩，还是石灰岩、砂岩等材料，仅三级石料的强度最低就要达50～60MPa，而普通路用混凝土的设计强度大多是30MPa，也就是说由旧混凝土破碎成的旧集料的强度大约是30-40MPa。当材料承受荷载时，旧骨料中原有水泥形成的水泥石因其强度较低可能会首先破坏，在水泥用量较低时（不足6％）将影响到混合料整体强度。但这种基层材料的强度可从3个方面加以改进：一是适当加大水泥用量，保证水泥用量在6％以上；二是调整集料的级配，当这种粒料的级配更为合理时，其强度会有相应的提高；三是掺配一些普通集料混用，减缓破碎料强度不足的问题。可见在合理的配合比条件下，完全有可能将旧混凝土破碎料与普通碎石同样对待，用于各种道路基层。 （来源：互联网）

2.1.3再生集料问题讨论

在采用水泥稳定再生集料成型检测试件时，标准击实得出的最佳含水量比实际成型时的需水量要高出许多，这一异常现象在以往的水泥稳定基层材料的应用中从未出现过，显然问题的产生缘自再生集料。采用旧混凝土轧制成的再生集料，其上存留了大量的已水化的水泥物质。已知水泥水化的产物主要是水化硅酸钙、水化硫铝酸钙和水化铁铝酸钙等，这些水化产物都含有一定数量的结晶水。通过热分析试验，证实该结晶水在100～105℃时会被烘出，所以当在105℃的温度下加热去水，确定击实过程中所加的水量时这些结晶水统统被当作含水量，造成计算最佳含水量明显偏高。例如研究时在105℃的烘箱中加热室内风干的普通集料，质量损失仅为0.3％，而同样条件下的再生集料所产生的质量损失达4.6％，也就是说击实试验中将这部分结晶水一起当作材料中所加的用水量，所以计算出的含水量有可能比实际的量高出4.6％。而研究过程中正是采用折减4.6％加水量的办法解决了这一问题。因此，实际应用时应根据再生集料单独在105℃加热过程中的质量损失，对水泥稳定类材料击实的含水量结果进行修正。

应该说采用石灰、粉煤灰稳定再生集料也存在击实所得的最佳含水量要高于成型试件时实际所需的含水量的问题，但由于粉煤灰颗粒结构上的特殊性，使多余的水分通过粉煤灰空心颗粒的调节，转移并自发消化这些多加的水分，从而避免实际用水量偏大的问题。

2.2再生混凝土的配制

普通混凝土中粗集料所占的比例一般要在50％以上，是构成混凝土材料用量最多的成分。除水泥之外，粗集料所占用的费用也是最高的，如能采用再生集料替代原有的粗集料配制混凝土，在进一步扩大旧混凝土再生利用范围的同时，无疑也能够带来较大的经济效益。

2.2.1原材料性质

对再生混凝土有可能造成影响的再生集料性质列于表4、表5。表中的检测结果显示再生集料具有良好的配制混凝土的适用性，仅在筛分的10mm处的通过量有少量的超限。由于这是一项废物的再利用，如严格将粒径限制在要求的范围，有可能带来一定的工作难度，加大人力、物力的投入，则会得不偿失，因此在关键指标满足要求的前提下，可适当放宽对粒径的要求。

表4混凝土用再生集料技术性质实测值与相关规范要求

表5混凝土用再生集料筛分结果

水泥采用普通混凝土路面常用的焦作425号（新水泥规范32.5）普通硅酸盐水泥，细集料选用细度模数为2.99偏粗的工区砂，均满足相关技术标准。

2.2.2配合比设计指标

一般路用混凝土设计指标为抗弯拉强度4.5～5.0MPa，此时对应的设计抗压强度为30-35MPa，取自开兰路的旧混凝土当初的设计强度等级即在此范围之中。考虑以上两个原因，采用旧混凝土破碎料配制的混凝土，其强度等级拟定为抗弯拉强度为4.5MPa，强度等级为C30。如要求更高，显然在原有混凝土设计强度仅为30MPa的条件下有一定的困难，而再低则有可能限制这项技术的推广。

根据上述设计指标，初步选定再生混凝土的配合比为：水泥：水：砂：再生集料为337：155：654：1270；W/C为0.45；砂率为34％。

采用上述初步配合比进行试拌，发现新拌混凝土非常干涩，几乎没有坍落度。重新试拌，砂、石用量不变，在原有的配比下又增加5％的水泥浆，坍落度仍然不十分理想。经分析发现主要原因是破碎料有很明显的吸水性，试验室实测吸水率是破碎料用量的5.8％，而普通的粗集料吸水率仅有百分之零点几。可见按以往普通方法进行混凝土配合比设计并不能完全适应再生骨料混凝土的配合比设计，其中的用水量要明显加大，以应付再生集料的吸水性要求。但如果按照再生集料用量的5.8％增加用水量，则总的水量达到近229kg/m3，此时的水灰比是0.68，远远超出通常的范围。考虑到实际使用时通过掺加减水剂的方法达到减水的目的，因此重新试拌在加入一定量的减水剂的同时，仅增加用水量为再生集料吸水量的50％，即按再生集料再生吸水率的一半2.9％来加大用水量。同时进行强度等指标的实际验证，最终提出新的配合比为：水泥：水：砂：再生集料为369：203：663：1290；W/C为0.55；砂率为34％。

2.2.3再生混凝土性质

混凝土达到设计强度是混凝土应具备的最基本的要求，因此对于再生路用混凝土，不仅

要求其具有一定的抗压强度，同时还应具有良好的抗弯拉强度（即抗折强度）。同时混凝土的其他性质，诸如模量、劈裂强度以及用作路面时所必须涉及的耐磨性等指标，均有较为重要的影响。再生混凝土主要指标见表6、表7。

表6再生混凝土强度室内检测结果

表7再生混凝土相关指标检测结果

从上述指标检测结果分析可看出再生混凝土的性质具有以下特征。

（1）无论是抗压强度或是抗弯拉强度，再生混凝土都能达到设计要求，从而为再生混凝土的实际应用提供了必要的保证。 （来源：互联网）

(2）抗弯拉模量和劈裂强度符合规范的要求或与普通混凝土结果相同，说明再生混凝土具备基本的工程性质要求。

(3)与路面使用品质好坏密切相关的耐磨性与普通混凝土相比有大约8％的下降，表明因采用再生集料有可能对混凝土路面的耐磨能力带来一定的影响。但如果再生混凝土用于对磨耗无要求的地方，如砌筑构件、梁柱等，将不会造成消极影响。

3试验路应用

结合开封地区公路建设，在开兰路改建工程和国道310线过境改线工程中分别铺筑一段无机结合料稳定再生集料基层和再生水泥混凝土路面试验路段。其中开兰路试验路是在不同路段采用6cm沥青混凝土下15cm水泥稳定再生集料和15cm二灰稳定再生集料基层两种形式；310线采用在15cm二灰碎石基层上加铺24cm再生混凝土路面。

施工时全部按照普通道路施工操作方法，而无需采用特殊手段，经过数年的通车使用，目前使用状况正常，与相邻其他路段对比，没有什么区别。表8、表9分别为再生集料基层路面弯沉检测和再生混凝土现场抽检结果。

表8再生集料基层弯沉检测

表9再生混凝土施工现场抽检结果

两次弯沉检测结果表明，试验路段与普通生产路段没有本质上的差别，均满足设计弯沉的要求，并随着通车使用还有所降低，符合半刚性基层的一般通性；对于再生水泥混凝土无论是抗压强度还是抗折强度也都满足研究过程中所提的设计要求。可见，废弃混凝土在道路改建过程中的再利用具有良好的可操作性。

4结语

通过系统研究和室内试验，废弃混凝土路面板的再利用技术分别在河南开封的开兰路改

建工程和310线开封过境改线工程中进行了试验路铺筑，经数年行车使用，其路用性能表现良好，相关研究课题也已通过鉴定。综述研究内容，废弃混凝土路面板在道路改建过程中的再利用具有以下特点。

（1）废弃混凝土路面板是一种可再生的路用材料资源，道路改建过程中可将其用于基层、面层和防护工程等多个领域，该技术对促进公路建设，降低工程投入，保护沿线环境都起到十分积极的作用。

(2）将废弃混凝土轧制成的再生集料，能够满足在半刚性基层或水泥混凝土中应用时的技术要求。轧制过程相对简单，无特殊要求，确保了废弃混凝土的有效再利用。

(3）采用无机结合料稳定再生集料作为半刚性基层材料，其性能与普通基层材料完全相同，能够满足各级公路基层的要求，使用过程中应注意对水泥稳定类材料的需水量进行修正。

（4）再生集料混凝土除耐磨性稍差之外，其他方面与普通混凝土无明显差别。配合比设计过程中用水量的大小应根据再生集料吸水率的多少进行调整。参考文献：略