机场道面再生混凝土配制与施工.pdf

第 3 7卷第 4期 2 0 1 1 年 8月 四川建 筑科 学研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 1 9 9 机场道面再生混凝土配制与施工 吴和胜 ， 刘庆涛 ， 陈福年 ， 黄庆国 ， 岑国平 ， 吴永根 ( 1 空军第六空防工程处 ， 湖南 衡阳4 2 1 0 0 1 ； 2 空军工程大学工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 3 8 ) 摘要： 机场道面翻修、 改( 扩) 建工程会产生大量的废弃混凝土， 如何利用废弃混凝土作为再生骨料， 配制道面再生混凝土， 满足机场道面工程设计与施工要求， 采用掺加优质粉煤灰和高效外加剂的“ 双掺” 技术路线， 进行道面再生混凝土配合 比设 计。室内试验表明， 所配制的道面再生混凝土性能优于普通道面混凝土， 现场施工实践也表明， 所配制的再生混凝土可以用 于机场道面工程， 是一种新型绿色环保混凝土。 关键词： 机场道面； 再生混凝土； 双掺技术； 施工技术 中图分类号： T U 5 2 8 3 7 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 41 9 9 0 4 M a k i n g a n d c o n s t r uc t i o n o f a i r p o r t p a v e me n t r e c y c l e d c o n c r e t e WU H e s h e n g ， L I U Q i n g t a o ， C H E N F u n i a n ， HU A N G Q i n g g u o ， C E N G u o p i n g ，WU Y o n g g e n ( 1 T h e S i x t h A i r D e f e n c e E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f A i r F o r c e ， H e n g y a n g 4 2 1 0 0 1 ， C h i n a ； 2 A i r F o r c e E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y E n gin e e ri n g C o rt e g e ， X i a n 7 1 0 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e o v e r h a u l i n g ， r e b u i l d i n g a n d e n l a r g i n g o f a i r p o rt p a v e me n t o ft e n p r o d u c e d v a s t wast e c o n c r e t e T h i s p a p e r a i ms a t h o w t O ma k e c o n c r e t e w i t h t h e wast e c o n c r e t e w h i c h i s u s e d a s r e c y c l e d a g g r e g a t e ， a l s o me e t s t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n r e q u i r e me n t s o f a i r p o r t p a v e me n t p m j e c t B y a d o p t i n g t h e“ d o u b l e m i x i n g ”t e c h n i q u e wit h h i g h q u a fi t y fl y ash a n d h ig h e ff i c i e n c y a d m i x t u r e ， o p t i m i z i n g t h e mi x p r o p o r ti o n d e s i g n o f p a v e me n t r e c y c l e d c o n c r e t e T h e i n d o o r t e s t i n g r e s u l t s s h o w t h e p a v e me n t r e c y c l e d c o n c r e t e i s s u p e ri o r t o c o m mo n p a v e me n t c o n c r e t e，a n d t h e fi e l d印 p l i c a t i o n e ff e c t s h o ws t h e r e c y c l e d c o n c r e t e i s a n e w k i n d o f g r e e n， e c o n o mi c a l c o n c r e t e， C an b e u s e d i n a i r p o r t p a v e me n t c o n s t r u c t i o n Ke y wo r d s ： a i r p o r t p a v e me n t ； r e c y c l e d c o n c r e t e； d o ub l e mi x i n g t e c h n i q u e ； c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e 0 引 言 水泥混凝土是当今最大宗的人造材料 ， 自然灾 害、 工程翻修 、 改( 扩 ) 建工程会产生大量 的废弃 混 凝土， 对生态环境带来恶劣的影响。再生混凝土是 将废弃混凝土块经破碎、 清洗、 分级和按一定比例配 合后得到的“ 再生骨料” 作为部分或全部骨料代替 天然骨料配制的混凝土， 也称再生骨料混凝土 ( R e c y c l e d A g g r e g a t e C o n c r e t e ， R A C ) 1 - 2 J 。 二战后， 苏联 、 美 国、 德 国、 荷兰 、 日本 等国开始 对废弃混凝土进行开发研究和再生利用 ， 我 国关于 废弃混凝土回收利用的研究起步较晚， 但再生混凝 土现在也已经成为混凝土应用研究领域中的一个热 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 1 - 2 1 作者简介 ： 吴和胜( 1 9 5 9一) ， 男 ， 福建 诏安人 ， 硕士 ， 高级工程 师 ， 研 究方 向为机场工程。 基金项目： 军队科研基金资助项目( K H 0 7 0 6 0 1 4 ) E m a i l ： l i u q i n g t a o 1 9 8 2 1 5 t o m c o m 点。但由于再生骨料存在表面粗糙、 孔隙率大等缺 陷， 导致再生混凝土不易配制、 和易性不易控制、 强 度偏低 ， 实际应用很少 ， 机场道面工程领域研究应用 更少 J 。近年来 ， 随着 2 O世纪六七十年代修建的机 场道 面的设计寿命 逐步 到期 ， 机场翻修 、 改 ( 扩) 建 任务越来越重， 产生大量的废弃旧道面混凝土。利 用废弃混凝土作为再生骨料， 配制道面再生混凝土， 满足机场道面工程设计与施工要求， 在机场建设中 实现可持续发展， 缓解废弃混凝土对生态环境带来 的恶劣影响， 具有重大 的经济和社会效益。 1 机场道面再生混凝土的配制 1 1 配制技术路线 针对再生骨料的缺陷和再生混凝土配制的难 题， 采用掺加优质粉煤灰和高效外加剂的“ 双掺” 技 术路线， 则能克服再生骨料的缺陷， 配制出和易性 好、 强度满足机场道面工程要求的再生混凝土， 配制 技术路线与机理如下所述。 1 1 1 掺优质粉煤灰 优质粉煤灰的滚珠效应、 分散效应可以显著改 2 0 0 四川建筑科学研究 第 3 7卷 善混凝土拌合物的工作性 ， 使新拌混凝土具有 良好 的流动性 、 粘聚性和保水性 。亲水性效应可以加速 水泥 的水化 ， 提高再 生混凝土 的密实度和强度 。火 山灰效应可以改善再生骨料的过渡区， 对再生骨料 有强 化作 用， 大 大提 高 了再 生混 凝 土 的综合 性能 1 , 4 -5 。 1 1 2 掺 高效外加剂 高效减水剂使水泥在搅拌和凝结硬化过程中产 生的絮凝状结构分散解体， 将其包裹的游离水释放 出来 ， 水泥一水体系处于相对稳定的悬浮状态， 达到 减水增强的目的。高效引气减水剂， 则在减水增强 的同时， 在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、 稳定而封闭的微小气泡， 这些气泡能隔断混凝土中 毛细管 ， 阻止水分迁移 ， 缓解水分渗透压力和结冰时 的冻胀应力 J 。 1 2配制指标 1 2 1 和 易性 稠度 l 0 1 5 S ， 由于再生骨料孔隙多、 吸水 率大， 且大部分水分是在 3 0 m i n内吸收的， 新拌混 凝土的和易性在 3 0 ra i n左右的时间内损失较大 1 J ， 因此， 考虑施工时间因素 ， 和易性要求 比道面天然骨 料混凝土的 稠度 l 5 3 0 s的要求稍小一些 j 。 1 2 2设 计抗 折 强度及 实验 室配制 强度 设计抗折强度等级为 5 0 M P a ， 施工控制水平 按中等考虑 ， 混凝土抗折强度标准差取 0 5 MP a ， 则 实验室配制抗折强度为5 8 2 M P a 。 1 3试验材料 1 3 1 水泥 选用陕西耀县秦岭牌 4 2 5 R普通硅酸盐水泥 ， 2 8 d抗折强度为 8 8 6 M P a ， 抗压强度为 5 2 3 MP a 。 1 3 2细骨料 灞河中砂， 级配合格， 密度为 2 6 3( g c m ) ， 堆积密度为 1 5 0 0( k g m ) 。 1 3 3粗骨料 1 ) 再生粗骨料 z： 用某机场旧跑道道 面混凝土 制得 ， 52 0 mm， 2 04 0 mm二级配 ， 级配 比例 为 4 0 ： 6 0 ， 级配合格， 密度为 2 5 1( g c m ) ， 堆积密 度为 1 3 9 4( k g m ) 。 2 ) 天然粗骨料 ： 泾阳石灰岩碎石， 5 2 0 m m， 表 l 试验 配合 比 Ta b l e 1 Te s t i n g mi x p r o p o r t i o n s 2 0 4 0 mm二级配 ， 级配 比例为 4 0 ： 6 0 ， 级配合格 ， 密度 为 2 7 5 ( g c m ) ，堆 积 密 度 为 1 6 9 0 ( k g m ) 。 1 3 4粉 煤灰 渭河电厂 级粉煤灰， 密度为 2 2( g c m ) ， 0 0 4 5 m m筛余量为 1 3 7 。 1 3 5外加剂 1 ) F D N减水剂 ， 广东湛江混凝土外加剂厂生产 萘系高效减水剂， 建议掺量为胶凝材料用量的 0 5 1 2 ， 减水率为 2 O 以上。 2 ) F A C聚羧酸减水剂， 北京瑞帝斯混凝土外加 剂有限公司生产的高效减水剂， 建议掺量为胶凝材 料用量的0 7 1 5 ， 减水率为2 0 一 4 0 。 3 ) S D J聚羧酸引气 减水剂 ， 咸 阳混凝 土外加剂 有限公司生产的高效引气 减水剂 ， 建议掺量为胶凝 材料用量的 0 5 一1 2 ， 减水率为 2 0 3 5 。 1 4配合 比设计与试验结果 以马国靖、 王硕太等的研究成果为基础 J ， 参 考相关的配合比设计规范【 引， 采用绝对密实体积 法和独立设计法进行道面再生混凝土配合比设计。 首先 ， 进行普通道面混凝土基准配合 比设计 ， 根 据设计要求 ( 和易性 、 强度 、 耐久 性等方面) 和经济 合理的原则 ， 通过试拌调整 ， 对水泥用量、 水灰 比和 砂率进行优选， 进行配合比设计优化， 确定普通道面 混凝土基准配合比。然后， 进行道面再生混凝土配 合比设计， 考虑到施工方便， 结合沈建生等人的再生 混凝土配合比设计方法 。 。 ， 在普通道面混凝 土基准 配合 比的基础上 ， 采用独立设计法进行配合 比设计 ， 通过试拌调整 ， 对水泥用量 、 水灰比、 粉煤灰掺量、 砂 率和外加剂掺量进行优选， 确定道面再生混凝士配 合 比。 经过设计优化与试拌调整， 确定了基准普通道 面混凝土( P ) 和道 面再 生混凝土 ( z l ， z 2 ， z 3 ) 配合 比， 测定其 稠度 ， 结果见表 1 ， 然后分别成型 1 5 0 m m X 1 5 0 mm6 0 0 mm 的抗折试 件， 标 准养护 2 8 d ， 进行抗折强度试验 ， 并取抗折 的断头进行抗压强 度试验， 结果如图 1 ， 2 所示。 编号 类 型 f k K , m一 ) ( k 水胶 比 砂萼 3 O 3 6 3 6 3 4 2 丝 0 6 O 8 O 8 s 1 5 1 2 1 1 1 3 P Zl Z 2 Z 3 3 2 0 3 o o 3 o o 3 0 0 1 4 4 1 5 4 l 5 4 1 5 4 1 o o 1 0 0 1 0 o 0 4 5 0 3 8 5 0 3 8 5 0 3 8 5 注： 1 类型中P表示普通道面混凝土； 2 z表示道面再生混凝土； 3 1 ， 2 ， 3 分别代表 F D N减水剂、 F A C聚羧酸减水剂、 S D J 聚羧酸引气减水剂。 吴和胜， 等 ： 机场道面再生混凝土配制与施工 2 0 1 由表 1表明， 通过掺加优质粉煤灰和高效外加 剂 ， 预先添加了再生骨料吸附水 ， 使新拌道面再生混 凝土和易性均达到了设计指标 l O一1 5 S ， 同时， 试验 时通过现场观察， 由于再生骨料吸水和粉煤灰的滚 珠效应、 分散效应， 道面再生混凝土的保水性和粘聚 性都较好 ， 没有发生离析泌水现象。 图 1 普通混凝土与道面再生混凝的抗折强度 F i g 1 Th e fl e x u r a l s t r e n g t h o f c o mmo n p a v e me n t a n d p a v e me n t r e c y c l e d c o n c r e t e 图2 普通混凝土与道面再生混凝土的抗压强度 F i g 2 T h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o mmo n p a v e me n t a n d p a v e me n t r e c y c l e d c o n c r e t e 从图 1 ， 2可以看出， 与普通道面混凝土相比， 道 面再生混凝土抗折强度和抗压强度分别提高 4 一 l l ， l 一 7 。这是由于掺加优质粉煤灰和高效 外加剂， 改善了道面再生混凝土的和易性， 降低了再 生混凝土的水胶比， 减少了毛细孔隙， 使道面再生混 凝土成型更密实， 且由于粉煤灰颗粒的火山灰效应 改善了再生骨料 的过渡 区， 强化了再生骨料 ， 提高 了 水泥浆 体 的强度 ， 从而 提高 了道 面再 生混 凝土 的 强度。 2 再生混凝土道面施工技术 2 1 再生骨料的生产 参考 国内外再生骨料生产方法 J ， 提出符合机 场工程特点的再生骨料生产方法， 采用液压岩石破 碎机对旧道面混凝 土破除 ， 对 已破除旧混凝土板进 行归堆或转运到碎石场 ， 再利用锤式破碎机进行破 碎， 然后， 用标准圆孔筛进行筛分、 归类、 清洗， 最后， 运至搅拌站料场。工艺流程如图3 所示。为保证道 面再生混凝土的性能， 再生骨料级配、 针片状含量和 压碎值等指标要求同天然骨料。 旧混 凝土道 面板 解体 ( 锤 击、切 割 、冲击 振动 ) 杂 物分 拣 l 清除 沥青、 土块 等 锤式破碎机破碎 J r 清 洗 q 网 网 图 3 再生骨料生产流程 F i g 3 Th e ma k i n g me t h o d o f r e c y c l e d a g g r e g a t e 2 2 再生混凝土的搅拌 再生混凝土的搅拌方法与普通道面混凝土搅拌 方法基本相同， 首先， 视现场砂石含水率大小、 天气 情况等因素 ， 对实验室确定的配合 比进行试拌调整 ， 采用 4 0 0 L以上电脑 自动控制计量的大型强制式 卧 轴搅拌机拌合。不同的是， 增加了粉煤灰和外加剂， 粉煤灰可以通过搅拌机现有水泥传送装置传送， 也 可以增加一个水泥传送装置用来传送粉煤灰， 外加 剂应提前配制溶液， 搅拌均匀， 测定密度， 按规定用 量随水投入搅拌机。拌合时， 先对砂、 石、 水泥、 粉煤 灰干拌 3 0 S ， 加水 和外加剂后湿拌 6 0 S ， 保证搅 拌 均匀。 2 3 再生混凝土道面铺筑 再生混凝土道面铺筑的施工设备、 施工工艺与 普通道面混凝土基本相同 ， 分为拌合料运输、 摊 铺、 振实、 做面和养护等施工环节， 不同之处在于新 拌再 生混凝土 的和易性在 3 0 mi n左右 的时间 内损 失较大 ， 所以， 道面铺筑施工时要加强现场管理 ， 必 须尽快运输、 摊铺， 把握好做面、 拉毛、 切缝等时机， 保证面层质量。 2 4 现场应用情况 根据室内试验结果， 在华中、 华南两个机场备用 跑道道面施工、 跑道翻修中， 共铺筑再生混凝土道面 近 2 0 0 0 0 m 。从现场施工效果看， 所 配制的再生混 0 O 0 0 0 O 5 3 l 9 7 5 6 6 6 5 5 5 日 酋 嘿 撂 O O O 日 鲁乏 毯腰 辖 2 0 2 四川建筑科学研究 第3 7卷 凝土和易性好， 易于铺筑， 道面 2 8 d 抗折强度均达 到5 5 M P a以上， 道面没有发丝裂纹和龟裂现象。 质量检验共检测保证项 目8 项， 全部符合施工验收 规范及设计规范要求 ， 合格率 1 0 0 ； 允许偏差项 目 检、顷 4 了平整度、 粗糙度、 高程、 邻板高差等 1 1 个项 目， 实测 7 1 4点 ， 其中合格 7 0 0点 ， 合格率 9 8 0 ， 完 全满足机场道面使用功能要求。 3 结 语 1 ) 室内试验结果表明， 采用“ 双掺” 技术进行道 面再生混凝土配合 比优化设计 ， 所配制道 面再生混 凝土和易性和力学性能优于普通道 面混凝土 ， 满足 机场道面设计要求， 是一种新型绿色环保混凝土。 2 ) 利用现有普通道面混凝土施工设备， 并对施 工工艺稍加改进 ， 加强现场各施工环节的管理， 即可 满足道 面再生混凝土施工技术要求 ， 现场施工时 ， 道 面再生混凝土和易性好 ， 易于铺筑 ， 实际检验各项指 标均满足机场道面设计和使用要求 ， 可以在机场道 面工程中大面积推广应用， 具有重要的经济和社会 效益。 参 考 文 献： 1 肖建庄 再生混凝土 M 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 8 2 薛丽皎 高温作用对再生粗集料性能影响的试验研究 J 四 川建筑科学研究 ， 2 0 0 6( 3 ) ： 1 2 8 1 3 0 3 A k i n k u r o l e r e O l u f u n k e O l a n i k e E x p e r i m e n t a l S t u d y O i l E n g i n e e r - i n g C h a r a c t e r i s t i c s o f R e c y c l e d A g g r e g a t e C anr e t e D Wu h a n ： W u h a n Un iv e r s i t y o f Te c hn o n l o g y， Do c t o r a l Di s s e r t a t i o n 2 0 08 4 梅泰 P 混凝土微观结构、 性能与材料 M 覃维祖 ， 王栋民， 丁建彤 ， 译 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 8 5 马 国靖 ， 王硕太 ， 吴永根 ， 等 高性 能道面混凝 土 J ， 混 凝土 ， 2 0 o o ( 6 ) ： 3 - 6 6 湖南大学， 天津大学， 同济大学， 等 土木工程材料 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 7 G J B 1 1 1 2 A一 2 0 0 4军用机场场道工程施工及验收规范 s 8 王硕太， 马国靖， 朱志远， 等 高性能道面混凝土配合比设计 J 公路 交通科技 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 2 5 - 2 8 9 J G J 5 5 2 0 0 0普通混凝土配合 比设计规程 s 1 O 沈建 生 ， 徐 亦 冬 ， 周 士 琼， 等 再 生混 凝 土配 合 比试 验研 究 J 新型建筑 材料 ， 2 0 0 7 ( 8 ) ： 1 8 - 2 0 ( 上接第 1 7 1页) 图4 板和肋梁第三模态计算结果 F i g 4 T h e t h i r d m o d i l i t y a na l y s i s o f p l a t e a n d r i d b e a m 图5 板和肋梁第六模态计算结果 F i g 5 Th e s i x t h mo di l i t y a n a l y s i s o f p l a t e a n d r i d b e a m 5 结 论 本文给出了正交各向异性双向连续板振动的解 析解 ， 考虑了板的各向异性和附加质量的影响 ， 建立 了一系列 的公式 ， 并用 M a t l a b编制了各种情况 的通 用程序。本文所得的计算结果与实测进行了比较， 符合较好。 参 考 文 献： 2 3 4 5 张我华， 徐植信带有 附加集 中质量的正交各向异性 周边 支承 单 向连续板 的弹性振动 J 同济大学学报 ， 1 9 8 3 ( 2 ) 洪善桃， 周正威 ， 张我华， 等正交各向异性连续板 的振动 J 振动与冲击， 1 9 8 4 ( 1 ) 张我华， 陈合龙， 陈晓敏 带集中质量智能加肋板振动的 自 适 应模糊控制 J 振动工程学报， 2 0 0 7 ( 4 ) Na g a y a K T r a n s i e n t r e s p o n s e o f a c o n t i n u o u s p l a t e o n e l a s t i c s u p p o r t s J S o u n d a n d V i b r a t i o n ， 1 9 7 6， 4 7( 3 )： 3 5 9 - 3 7 0 L i n Y K， He n d e r s o n B K A b rie f s u r v e y o f t r an s f e r ma t ri x t e c h n i q u e s w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o t h e ana l y s i s o f a i r c r a f t p a n e l s J J o f S o u n d a n d Vi b r a t i o n ， 1 9 6 9 ( 1 0 ) ： 1 0 3 1 4 3