废弃水泥混凝土再生集

江苏省无锡交通高等职业技术学校

毕业论文

废弃水泥混凝土再生集料 在公路基层中的应用

系部名称：交 通 工 程 系

专业名称：公 路 监 理

班 级： 091411 学 号： 070342109 姓 名： 李 倩

指导老师： 毛兰霞

二0一二 年 四 月 八 日

摘 要

基于旧水泥混凝土路面板块再生集料的性能分析，获取再生集料稳定碎石基层的性能，并通过试验路段的铺筑，掌握再生集料的加工工艺及制造方法，可为大面积推广应用旧水泥混凝土路面板块再生集料提供参考。

关键词：水泥混凝土； 旧路面； 再生； 集料； 基层； 应用

目 录

前言----------------------------------------------4 一 概述-------------------------------------------5 二 再生集料的生产工艺-----------------------------5 三 再生集料的基本性能分析-------------------------7 四 再生集料稳定碎石基层的相关性能分析-------------8 4.1 不同集料掺配方案----------------------------8 4.2 击实试验及抗压强度试验----------------------9 4.3 强度及回弹模量试验-------------------------10 4.4 收缩性能试验-------------------------------11 4.5 水稳定性试验-------------------------------11 五 旧水泥混凝土板块再生隆的经济效益及社会效益----12 六 结束语----------------------------------------14

参考文献---------------------------------------14 致谢-------------------------------------------15

前言

随着建筑业的迅速发展，废弃混凝土空前增加，若能对

废弃混您古再生集料进行回收利用，不仅可以解决废弃混凝土带来的环境污染问题，还可以节约天然集料资源，带来社会效益、经济效益和环境效益。本文研究的是将废弃混凝土经过处理后作为再生集料，用再生集料代替天然集料用以道路基层，并通过实验论证了再生集料代替天然集料应用于公路基层中的可行性。以现行交通行业规范为依据，通过室内实验分析验证了再生集料的技术指标，研究了废弃水泥混凝土路面板再生集料重新配置成水泥混凝土的性能。通过与普通碎石集料水泥混凝土的性能对比，浅谈旧水泥混凝土路面板回收利用的可行性。

一、 概述

对于旧水泥混凝土路面的改造，此前采用较多的是将板块破碎 远运堆放、冲击压实的碎石化方法。板块破碎后远远堆放，虽然方便但不利于环保，同时还要占用土地，不符合建设资源节约型、环境友好型社会的需要，而且工程费用也高。而冲击压实和碎石化两个方案，虽然可以达到资源再生利用和环保等目的，但对于街道化严重、两侧民房较多及路面标高不可过多抬高的路段并不适用。因为这两种方法实施时振动较大，均会对两侧的民房产生较大的影响，同时由于均需对老路进行补强，一般会抬高路面标高30cm —50cm ，影响到两侧居民的出入。根据常州公路的实际情况，2006年常州市提出了对旧水泥路面板块破碎后进行轧制加工，获取再生集料重新用于基层的新思路损坏严重，且由于该段集镇化现象严重，所以只能将水泥混凝土板块全部挖除，轧制成再生集料，然后用水泥稳定（水泥剂量为5%）

后用作下基层及修补老路基础。改造后的路面结构为12cm 沥青面层+18cm天然料水稳碎石+（15—18）cm 再生集料水稳碎石。本项目通过试验掌握再生集料的加工工艺，并对再生集料、稳定再生结合料基层的相关性能进行分析。

2006年，首先选择常州市武进境内某省道进行试验。该路段全长5.33km ，老路为一级公路，水泥混凝土路面。由于重载车辆的碾压，路面

二、 再生集料的生产工艺

旧水泥混凝土板块再生集料的加工设备和工艺与天然集料的加工设备和工艺基本相同，主要采用颚式破碎机、振动筛及相关传输设备，具体设备型号可根据每天生产的大小及经济性等要求进行选定。具体工艺流程见图1。

4.75mm 以上以下

图1 再生集料加工工艺流程

在再生集料的加工过程中必须做到事先制定方案、专人负责，并按规定程序进行严格操作。同时应注意以下事项：旧混凝土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 、4.75mm, 过筛后石料分别进入1#、2#、3#料仓分别堆放；每天对轧制的1#料、2#料及3#料进行筛分及含泥量测定，对含泥灰量偏高的1#料、2#料可用水进行冲洗以控制出料质量，并计量出料比例，严格要求1#料、2#料的出料总量不低于出料总量的60%。

根据生产的出料情况，对工程实际生产的各组料的出料粒径范围及粉尘含量控制要求按表1规定实施。

表一 工程加工生产得到的 再生集料粒径组成范围及质量要求

生产获得的再生集料应严格按照《公路路面基层的施工技术规范》（JTJ 034-2000）及《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）的指标要求及试验方法进行质量控制，质量指标要求与天然集料相同。

三、 再生集料的基本性能分析

为确保水泥混凝土再生吉利哦能较好地应用在基层中，首先必须明确再生集料的基本性能。通过多次相应的试验，得到如下结论：

a ） 在旧水泥混凝土板块警服哦破碎处理后得到的再生集料中，硬化水泥砂浆体、表面包裹砂浆的石子、与砂浆完全脱离的石子三者所占的质量百分比是比较稳定的，基本上为15%：65%：20%。其中再生集料大部分为表面包裹着部分水泥砂浆的石子，另有少部分与砂浆完全脱离的石子和极少一部分砂浆颗粒；再生细集料则主要是砂浆破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒及少部分表面无水泥浆的砂粒。

b ） 由于再生集料表面包裹着此昂当数量的硬化水泥砂浆，再生粗集料的表观密度和堆积密度均偏小，试验路段的再生集料实测结果分别为

c ） 再生集料的针片状含量普遍小于新集料，但再生集料的吸水率明显高于新集料。

d ） 压碎值指标是表明骨料强度的一个重要参数。试验表明，再生骨料的压碎值均能符合规范规定的要求（参见表2），但同时也发现再生骨料吸水率和压碎值的增大而增大（参见表3）。这主要是因为再生骨料压碎值指标越趋增大，表明其骨料表面的水泥砂浆覆盖得越多，骨料表面的空隙率也越大，因此骨料的吸水率也就越大。

表2 再生粗集料的压碎值试验结果

上述相关实验表明，再生集料的相关指标与天然集料相比，虽然有所差异，但均能满足基层材料使用的要求。

表3 再生骨料吸水率对压碎指标的影响

四、 再生集料稳定碎石基层的相关性能分析 4.1 不同集料参配方案

在对再生集料原材料进行性能试验的基础上，为了解再生集料稳定碎石基层的性能以及是否能满足无基稳定类基层的相关要求，分别进行再生集料水稳碎石的抗压强度、弹性模量、劈裂强度以及收缩性和水稳定性试验，并与全天然料及部分天然料、部分再生料的性能进行比较。具体参配方案见表4.

表4 不同集料参配方案及其对应代号

4.2 击实试验及抗压强度试验

由于无机结合料稳定集料基层质量控制的重要内容之一是7d 无侧限抗压强度，而进行抗压强度试验的首要工作则是进行击实试验获取最佳含水量和最大干密度。

根据击实试验结果可得到如下结论： a)

各种集料参配方案的水稳材料最佳含水量都在5.5%以上，二灰稳定料的最佳含水量都在7.5%以上； b)

再生集料使用比例越大，其含水量越小，而最大干密度也越小； c)

在相同水泥剂量或二灰剂量的情况下，全部采用天然集料比部分使用的干密度要大，但最佳含水量并不一定为最小。

根据不同集料掺配方案的7d 无侧限抗压强度试验结果得到如下结论：

a)

全部采用天然集料的水稳材料和二灰材料的强度并不是最大的； b)

采用分档天然料替代再生集料的水稳强度都要大于天然集料的强的； c)

采用部分天然集料与部分再生集料混合掺配后，不管是水稳材料还是二灰材料其强度均明显要小。

同时根据不同集料掺配方案的7d 、28d 、60d 及90d 龄期强度试验结果表明：

a)

随着龄期的增加，各种稳定方案的无侧限抗压强度增长都

很明显，且个方案的抗压强的都能符合路面基层稳定材料

的短期及长期强度要求，单从抗压强度角度考虑，再生集

料与天然集料不需要特别区分对待；

b) 按两种不同掺配方案产生的再生混合料，其短、中、长期

强度随掺配方案有所变化。

4.3 强度及回弹模量试验

对旧水泥混凝土板块再生集料的水泥及二灰两种稳定类型的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、劈裂回弹模量进行试验，结果表明，完全采用再生集料的两种稳定类型材料的强度和模量，虽然稍弱于全天然集料类型，但差异较小，符合路面半刚性结构的功能要求，而且稳定再生材料还具有一定的柔性，而采用部分天然集料进行替换时的强度和模量则稍有改善。这也表明，在生产再生集料过程中，如果不能完全获得理想级配的混合料，采用部分天然料替换相应的再生料是可行的，且又是可能更为有利。

4.4 收缩特性试验

对于不同掺配比例的水泥稳定及二灰稳定再生混合料与全天然混合料的干缩、湿缩等性能的对比试验表明，水泥稳定和二灰稳定再生混合料的干燥收缩和温度收缩与完全采用不同档次粒径的天然集料替代再生集料，也没有对再生混合料的收缩造成明显影响；再生混合料的最佳含水量越大，其干缩应变和失水率也越大。因此，在再生集料加工过程中，应通过改善加工工艺，尽量减少其颗粒表面的旧水泥砂浆含量，从而降低混合料的最佳含水量。

4.5 水稳定性试验

通过浸水抗压试验和冻融循环试验可知：就稳定材料的受水浸泡而言，稳定再生集料与稳定天然集料相比在材料强度方面并没有明显变化。相反，水的存在还有利于再生集料中旧水泥砂浆的活化及稳定材料的强的增长，特别是二灰稳定类，受水浸泡后的强度还会出现不降反升的现象；但冻融循环将加剧再生材料的劣化，稳定再生集料的抗水冻融循环的强的衰减情况又明显好于二灰稳定类。因此再生集料用于季节性冰冻地区的半刚性稳定基层时，最好采用水泥稳定。

在2006年试验分析和取得相关数据的基础上，2007年又在某省道路段进行试验研究，以进一步验证上述分析。该段全长23.8km ，原为12m 宽的水泥混凝土路面的二级公路，拟拓宽改造成一级公路。项目组把凿除的旧水泥混凝土板块轧制成再生集料，以石灰、粉煤灰、再生碎石比例为6:11:83作为二灰稳定混合料，用作底基层。在铺筑两个试验路段的基础上，管理部门编制了《旧水泥混凝土路面板块再生利用加工及质量控制指导意见》，以利于推广利用。

在上述试验路段中，轧制再生的材料中尚缺少3#料。为确保再生混合料的级配负荷要求，均采用3#天然料进行掺配。而有关水泥稳定再生碎石和二灰稳定再生碎石的拌和、运输、摊铺、碾压等工艺均按规范要求操作。

两个实验路段分别于2006年年底和2007年底全面完工，至今路况良好。

五、 旧水泥混凝土板块再生利用的经济效益及社会效益

综上所述，将水泥混凝土板块轧碎后再生用于基层，在技术上是可行的。下面对其经济效益进行比较分析，即在旧水泥混凝土路面进行白改黑的过程中，一种是旧水泥板块必须挖除远运堆放，另一种是再生利用。

以340省道卜弋到殷村段改造工程为例：该项目全长5.33km ，原水泥路宽23m ，板厚24cm ，将板块凿除后进行水温稳补强，然后摊铺沥青面层。使用水泥混凝土再生方法施工路面基层平均每吨节约成本28.775元，平均每公里节约造价32.39万元，该项目总计可节约在家172.65万元。

截止到2008年年底，常州在国、省干线一级公路上攻击完成28.6km 的旧水泥板块的再生利用。2009年正对三条一级公路共计16km 的旧水泥路面板块进行再生利用。经测算，上述项目通过采用轧制旧板块产生的再生集料用于基层，与采用常规方法相比，将可节约直接工程成本约1440万元。另外，还可以节约土地资源88亩，，尤其是可以大量减少对山体资源的开采。

因此，旧水泥混凝土路面板块再生利用符合资源节约、再生利用、保护环境、保护生态、科学发展的大趋势，同时也是工程技术发展之必然，具有推广应用价值和较好的经济、社会和生态环境效益。

结束语

对旧路面水泥混凝土进行循环再利用，可以减小废弃混凝土对城市环境带来的负担，是发展绿色混凝土的主要措施之一，再生集料与天然集料相比有着其特殊的物理力学特性，针对由废弃水泥路面混凝土破碎而成的再生集料用于公路基层，对其生产、施工、养护过程进行了分析。对于再生集料外观不平整、比表面积大的特性，采用振动压实的工艺能取得比较好的摊铺效果，但是碾压变数、含水量、养护等方面的差异对公路基层的影响非常大，合理的级配和水泥剂量对基层有较大的影响。

参考文献

[1]《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)交通部公路科学研究院 主编北京：人民交通出版社，2000.

[2]《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）交通部公路科学研究院 主编北京：人民交通出版社，2003.

[3]《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）交通部公路科学研究院 主编北京：人民交通出版社，2006.

致谢

在本篇论文的写作过程中，要特别感谢毛兰霞老师对我的指导与督促，在论文的选题、拟定大纲、初稿、定稿和写作的工程中，毛老师给予我很大的帮助，才让我有了今天的成绩。同时，感谢我的班主任金巧珍老师，谢谢她为我们所做的一切。在这五年的学习生活中，谢谢曾经教导我的每一位老师，是你们让我得到了人生中最大的一笔财富。再次，我表示衷心的感谢。