再生碾压混凝土在工程中的应用研究.pdf

四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 7卷第 5期 2 0 1 1年 1 O月 再生碾压混凝土在工程中的应用研究 王 兆 ， 杨 锐 ( 1 徐州建筑职业技术学院土木系， 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 徐州建筑技术学院建管系， 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ) 摘要： 介绍了再生碾压混凝土的配制方法 ， 包括再生粗骨料的收集、 制备、 处理、 配合 比的设计、 试验验证过程、 再生碾压混 凝土的施工工艺、 方法、 技术措施、 质量要求及在工程中的应用。 关键词 ： 再生混凝土； 再生骨料； 碾压混凝土 ； 配合比 中图分类 号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 5 2 4 0 0 4 The a p p l i c a t i o n s r e s e a r c h i n e n g i n e e r i n g o f r e c y c l e d r o l l e r c o m p a c t e d c o nc r e t e W ANG Za o YANG Ru i ( 1 D e p a r tme n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， X u z h o u I n s ti t u t e o f A r c h i t e c t u r a l T e c h n o l o g y ，X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C hin a ； 2 D e p a r t me n t of A r c hit e c t u r a l a n d Ma n a g e m e n t ， X u z h o u I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r a l T ech n o l o gy， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t r o d u c e t h e f o r mu l a f o r r e c y c l e d mi l e r c o mp a c t e d c o n c ret e I n c l u d i n g r e p r o d u c t i v e ma t e r i al o f a b o n e t o c o l l e c t a n d p r e p a r a t i o n an d p r o c e s s i n g T h e d e s i g n o f mi x p r o p o r t i o n s an d t h e p r o c e s s of v e r i fic a t i o n e x p e r i me n t al v e ri fic a t i o n T h e me t h od a n d t ec h n i c a l me a s u r e s i n c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f r e c y c l e d rol l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e Th e q u a l i t y r e q u i r e me n t o f r e c y c l e d r o l l e r c o mp a c t e d c o n c r e t e T h e a p p l i c a t i o n s o f rec y c l e d ro ll e r c o mp a c t e d c o n c re t e i n e n gin e e r i n g Ke y wo r d s ： r e c y c l e d c o n c ret e； r e c y c l e d a g g r e g a t e ； roll e r c o mp a c t e d c o n c r e t e； mi x p rop o r t i o n 0 引 言 随着城市建设 的发展 ， 大批旧建筑物被拆 除， 这 将产生大量的建筑垃圾。据统计， 目前美国每年大 约产生 6 0 0 0多万吨废弃混凝土 ； 欧洲每年有 1 7 0 0 0 多万吨废弃混凝土 。 我 国每年产生 的废弃混凝 土就 有 1 6 0 0 0多万吨， 而且每年以 8 左右的速度增加。 长期以来 ， 这些废弃混凝土除部分用于平整场地外 ， 大部分都采用弃埋的方法处理。弱碱性的废渣令土 壤“ 失活” ， 造成土地 的浪费， 与此 同时 ， 天然骨料资 源将 日益枯竭 ， 混凝土的可持续发展与骨料危机 的 矛盾 日益突出。 因此 ， 若能将 废弃混凝土加 以回收， 再 利用 ， 生 产再生碾压混凝土用于新建 工程 ， 则 不仅能降低成 本 ， 节约天然骨料资源 ， 缓解骨料供求矛盾 ， 很好地 解决了废弃建筑材料 的运输、 堆放和处理问题 ， 减轻 城市环境的污染 ， 同时还具有巨大的社会和经济效 益 ， 符合人类的可持续 发展 ， 因而具 有广 阔的应用 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 6 - 0 3 作者简介 ： 王兆 ( 1 9 6 1一) ， 男 ， 黑龙 江鹤 岗人 ， 硕士 ， 副教授 ， 主要 从事混凝土的设计与施工。 基金项目： 江苏省教育厅自然科学资助项目( J H Z D 0 8 2 2 ) E ma l l ： wz a 0 8 8 1 6 3 C O IT I 前景 。 碾压混凝土是一种单位用水量较少 、 坍落度近 似为零 的超干硬性混凝 土l- 1 J ， 有别于常态 混凝土。 施工方法近似于土石坝的填筑方法， 采用通仓薄层 铺料 ， 振动碾压压实。与常规混凝土相 比， 无论在材 料消耗 、 施工效率 ， 还是在其本 身性能等方面 ， 都有 明显的优越性 ， 适用于道路、 地坪 、 广场 、 坝体等大体 积混凝土工程 j 。 再生碾压混凝土技术是指利用废弃混凝土经破 碎、 筛选、 清洗 、 分级后 ， 按一定的比例混合形成再生 骨料作为粗骨料， 部分或全部代替天然骨料， 来配 制、 生产再生碾压混凝土的新技术。 1 再 生碾压混凝土 的配制 1 1 再生骨料的收集与制备 混凝土再生骨料的收集与制备过程大致如下。 废旧混凝土一一级处理： 破碎、 筛分( 产生粒径 5 4 0 mlT I 骨料， 可用于 C 1 5一C 3 0混凝 土) 一 二级 处理 ： 加温 、 破碎 、 筛分( 可用于C 3 0混凝土) 。 在二级处理 中， 将再生粗骨料加温到 3 0 o 左 右后， 包裹在天然岩石骨料外的部分粘结较差的水 泥石或一级处理中已带有损伤裂纹的水泥石， 在二 2 0 1 1 N o 5 王兆， 等： 再生碾压混凝土在工程中的应用研究 2 4 1 级处理中都会剥落 ， 剩下的粗骨料的强度相对提高。 但进行二级处理 ， 必然导致其生产成本的提高， 结合 我 国 的 情 况 ， 采 用 一 级 处 理 后 的 再 生 粗 骨 料 即可 引。 目前， 再生骨料的加工方法大同小异 ， 处理和分 类过程如下。 1 ) 对于废弃建筑， 按照混凝土结构组成以及不 同矿物材料的结构组成进行拆除处理。 2 ) 分类、 分拣 、 碎砂、 碎石块 和碎混凝土块等 ， 经过破碎、 筛分和除去杂质等工序 ， 得到混凝土块和 矿物建筑材料 ， 最终获得各种粒径的再生骨料 。 1 2 再生骨料的处理 再生骨料与天然骨料相比， 具有孔隙率高、 吸水 性大、 强度低等特征， 这些因素势必影响再生混凝土 的应用范围。为此 ， 在制备再生混凝土时， 用液体水 玻璃溶液浸渍再生骨料 ， 利用水玻璃 与再生骨料表 面的水泥水化产物 C a ( O H) ：反应生成 的硅酸钙胶 体能填充再生骨料孔隙 ， 使再生骨料 的密实度有所 改善。其化学式如下 J ： N a 2 0 n S i O 2 +C a ( O H) 2 =N a 2 0( 1 1 一1 ) S i O 2 +Ca O S i O2+ H2 0 通过上述处理 可得到符合质量要求 的再生 骨 料 ， 从而完成再生骨料的制备。 表 1 再生骨料筛分结果 Ta b l e 1 Th e s c r e e n i ng r e s u l t s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e 1 3 再生碾压混凝土配合比设计 1 3 1原材料选择 配制再 生碾 压混 凝土 所用 材料 ， 应符 合 下列 要求。 水泥 ： 选 用 I4 2 5级普通硅酸盐水 泥， 烧失量 为 2 5 ， 标准稠度为 2 7 2 一 2 7 8 ， 初凝时 间 1 3 0 h ， 终凝时间5 0 h ， 2 8 d抗压强度 4 4 2 M P a ， 其他指标符合标准要求。 水 ： 普通 自来水。 减水剂 ： 采用萘系高效减水 剂 ( F D N) ， 为棕 色 液体， 固含量 3 1 0 4 ， 减水率为 1 9 5 2 2 。 细骨料 ： 选用天然河砂 ， = 2 5 42 9 8 ， 含水 率为5 ， 含泥量 1 O 3 3 7 ， 颗粒级配二区。 粗骨料： 以废弃的混凝土为骨料源( 其原生混 凝土强度经测试 C 3 0 ) ， 采用颚式 破碎机 进行 破 碎、 筛分和冲洗而得 。 破碎后 ， 再生骨料粒径一般不能达到连续级配 ， 因此， 把破碎后的骨料粒径大小按照不同比例进行 筛分组合 ， 测试其堆积密度， 取堆积密度最大的再生 骨料筛分结果作为本试验的级配。试验表明， 再生 粗骨料堆积密度最大为 1 3 9 0 k g m ， 此时的再生粗 骨料筛分结果 ， 见表 1 。再生粗骨料颗粒级配曲线 ， 如图 1所示 。 0 5 l 0 l 5 20 2 5 3 0 筛孔尺寸 mm 图 1 再生骨料颗粒级配曲线 F i g 1 Th e c u r v e d i a g r a m o f s c r e e n i n g g r a d i n g o f r e c y c l ed a g g r e g a t e s 可见 ， 再生骨料粒径大小组合符合 G B T 1 4 6 8 5 2 0 0 1 建筑用碎石、 卵石 的连续级配要求。 再生粗骨料物理性能应符合表2的要求。 表 2 再 生粗 骨料物理性能 T a b l e 2 Th e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e 1 3 2配 合 比 设 计 再生碾压混凝土与普通碾压混凝土在配合比设 计的主要区别， 是单位体积用水量的不同。由于再 生骨料的吸水率较高， 主要原因是再生骨料表面附 着部分水泥砂浆， 机械破碎中造成损伤积累， 使再生 骨料内部存在微裂纹， 其孔隙率增大， 导致再生混凝 土需要额外增加一部分用水量 。额外用水量大小 ， 取决于再生骨料的吸水率。 设计方法是在普通碾压混凝土配合 比方法的基 础上 ， 根据再生骨料吸水率大的特点 ， 在再生碾压混 凝土配合比设计中， 对用水量予以调整 ， 适当增加用 水量。增加的水为附加水 ， 是指再生骨料 吸水至饱 和面干状态时的用水量， 这部分水完全被骨料吸入 ， 在拌合物中不能起到提高流动性的作用I 5 。 再生混凝土配合 比设计的合理砂率应为 0 3 5 0 4 0 ， 因为砂率为0 4 0时， 对和易性最为有利； 砂 率为 O 3 5时 ， 对抗压强度最为有利 J 。 本试验共设计了 5个强度等级再生碾压混凝土 加 0 透娱+ t 噱匿 2 4 2 四川建筑科学研究 第 3 7卷 ( C 1 5 ， C 2 0 ， C 2 5 ， C 3 0 ， C 3 5 ) ， 其实际配合 比见表 3 。 表 3 再生碾压混凝 土设计 配合 匕 Ta b l e 3 Th e d e s i g n e d mi x p r o p o r t i o n o f r e c y c l e d r o l l e r c o mp a c t ed c o n c r e t e 注 ： 附加水 的用量是根据试验测定再生粗骨料 的吸水翠 4 5 来计算 的。 1 3 。 3配合 比的试验验证 本试 验 再生 碾 压混 凝土 的强度 等级 为 C 1 5 ， C 2 0， C 2 5 ， C 3 0 ， C 3 5 ， 再生粗骨 料的取代率为 1 0 0 。 再生粗骨料 的取代率为 0的是天然骨料碾 压混凝 土， 主要用于和再生碾压混凝 土作对 比分析。试验 采用每个强度 等级做 5组 ， 取平 均值 ， 试验 结果见 表 4 。 表 4 碾压混凝土物理 力学性能 Ta b k 4 Th e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e r o l l e r c ompa c t e d c o nc r e t e 试验结果表明 ， 采用再生骨料配制 的碾压混凝 土和天然骨料碾压混凝土相 比， 再生碾压混凝 土拌 合物的和易性较好 ， 坍落度有所提高 ； 表观密度 、 抗 压强度 、 抗拉强度略小于天然骨料碾压混凝土 ， 主要 是再生骨料的物理性能不如天然 骨料 ， 但均能达到 现行规范对混凝土强度等的要求 。 2 再生碾压混凝土的施工 2 1 混凝土的拌合 拌制采用再生骨料预吸水方法。根据再生骨料 的吸水率试验结果 ， 采用拌合过程 中预先加入 附加 水 ， 预湿再生骨料 ， 使其处于饱和面干状态 。 再生骨料吸收的附加水存储在 内部 ， 为水 泥的 水化和硬化提供充足 的水分 ， 对混凝土 的强度增长 有利。当周 围环境较干燥和 自由水分蒸发时 ， 骨料 可以释放内部的水分 ， 使混凝土在较长时间内保持 一 定的湿度 ， 促 进混凝土强度 的增 长。这种 “ 内养 护” 方法 ， 通常 比外部养护作用更大、 更均匀 。 使用这种方法， 能够显著改善再生碾压混凝土 的工作性能， 配合使用掺合料、 减水剂， 能够配制适 合工程需要的各种再生碾压混凝土。 2 2混凝土的摊铺 摊铺前 ， 对基层 的平整度进行验收， 必须检验混 凝土拌合料的工作度， 混合料应干湿适度。摊铺混 合料 ， 选用大型沥青混凝土摊铺机进行全幅、 全厚式 摊铺， 摊铺厚度根据分层线， 按松铺厚度 3 5 c m， 压 实厚度 3 0 c m控制 ， 并采用张紧钢丝法设置基准线。 一 般以 3 0 5 0 m作 为一个碾压段 。 摊铺时 ， 应首先试验确定松铺系数 ， 由推土机粗 平后 ， 再进行人工精平 ， 并注意控 制标高、 摊铺速率 等 ， 以此保证摊铺厚度合格 、 摊铺作业连续、 摊铺效 果均匀， 应能保证成 型后路面平整度达 3 m m、 摊铺 预压密实度 8 5 以上 。 2 3混凝 土 的碾压 每摊铺一段 后 ， 应立 即进行碾压 ， 碾压程 序按 “ 无振静压 2遍 +有振碾压 68遍 +无振碾压 2 遍” 控制。采用条带搭接法碾压， 相邻碾压条带重 迭 1 5 2 0 e m， 同一条带分段碾压时， 其接头部位应 重迭碾压 2 43 m。 采用 l 61 8 t 振动碾压机 ， 振动碾压机行走时 应匀速直行 ， 不能变速或突然停车， 作业行走速度为 11 5 k m h 。振碾完毕后 ， 作表 面无振碾压 ， 一般 碾压 2遍 ， 以使面层 达到密实度要求和清除因光轮 压路机碾压时所引起的微小裂缝 。 碾压混凝土从拌合 至碾压完毕 ， 要求在 1 5 h 内完成。碾压作业完成后 ， 用核子密度仪检测混凝 土相对压实 度不小于 9 8 5 。检测点控制范 围为 1 0 01 5 0 m 点。当检测结果低 于规定指标时 ， 应 及时通知现场补碾压 。 2 4 混凝土的养生 再生碾压混凝 土 自身水分少 ， 应特别注意定 时 洒水养生 ， 并采用塑料布或草帘等覆盖养护的混凝 土， 其敞露的全部表面应覆盖严密， 并应保证塑料布 内有凝结水 ， 养生期通常不少于 7 d 。 王兆， 等 ： 再生碾压混凝土在工程中的应用研究 2 4 3 3 再 生碾压混凝土的应用 碾压混凝土 2 0世纪 7 0年代开始在欧美得以飞 速发展 ， 美 国波特兰机场工程首次将其直接用 于道 面， 加拿大、 瑞典、 澳大利亚等国也将其成功应用于 路基路面工程 。2 O世纪 8 0年代 ， 该项技术传人我 国后得到 了一定发展。 由于再生碾压混凝土具备碾压混凝 土的各种性 能， 在工程应用 中可以全部或部分替代碾压混凝土。 目前 ， 再生碾压混凝土主要适用于道路 、 地坪、 广场、 坝体等大体积混凝土工程。根据再生碾压混凝土的 自身特点以及近年来国内外工程应用经验 ， 再生碾 压混凝土在工程中的应用主要体现在 以下 4方面。 3 1 用于道路、 地坪、 广场面层 再生碾压混凝土与沥青混凝土共同构成 ( R C C + A C ) 复合面层 ， 一般采用 了 2 4 c m再生碾压混凝 土 + 5 c m沥青混凝土的复合面层结构。 目前， 可用于高等级公路、 地坪、 广场面层维修、 改造及二级或二级以下公路面层新建等。在掺人新 型钢纤维后 ， 制成钢纤维再生碾压混凝土 ， 随着强度 等级的提高， 可满足二级以上高等级公路建设 。 3 2用于道路、 地坪、 广场基层 再生碾压混凝土适用于各类 、 各级道路 、 地 坪、 广场的基层， 特别是城市道路的路面基层。目前， 我 国道路基层的修筑大多是采用粉煤灰 3渣类材料， 虽然成本较低， 但其早期强度低、 基层铺筑后封闭交 通时间长 ， 且施工时对气温要求较高。 将再生碾压混凝土用于道路基层 ， 具有施工速 度快、 开放交通早等独特优点。如 2 0 0 2年在上海云 南中路改建工程中， 所用碾压混凝土基层厚度为2 5 c m， 置于 1 5 c m的砾石砂底垫层之上 。在基层碾压 施工完毕后 3 4 d ， 就可恢复交通 ， 很好地缓解 了交 通压力。 3 3用于道路、 地坪、 广场垫层 再生碾压混凝土在垫层 中的应用 ， 主要是针对 软土地基处理 。当地基土质较差 ， 如淤泥质软土 ， 地 下水位较高时， 若采用传统修筑路基方法， 土质压实 度和弯沉很难达到要求 ， 且高地下水位会影响路基 的稳定性 。 通常 ， 可采用“ 手摆片石 +再生碾压混凝土” 的 复合路基形式 。即先在路基土上铺筑 2 5 c m厚 的手 摆片石层 ， 再在其上填筑 2 04 0 e m厚的再生碾压 混凝土层， 最后再铺设面层。这一复合路基具有较 高的整体刚度和承载力， 可减小不均匀沉降， 其中的 再生碾压混凝土层 ， 既增强了路堤强度 ， 又可防止地 下水对路基稳定性的影响。 2 0 0 6年建成通车的连盐 ( 连云港一盐城 ) 高速 公路 ， 便在连云港段 的低路堤路基填筑 中采用再生 碾压混凝土。 3 4坝体、 围堰混凝土工程 我国的碾压混凝土筑坝技术从 8 0年代开始起 步 ， 经过 2 0多年来的发展， 碾压混凝土筑坝技术 已 非常成熟。截 至 2 0 0 4年 ， 已建成 的碾压混 凝土坝 6 4座 ， 还有不少 的碾压混凝土围堰工程。 随着再生碾压混凝土技术的成熟 ， 在坝体、 围堰 工程中的应用将更加广泛。 4 结语 1 ) 再生碾压混凝土与普通碾 压混凝土、 沥青混 凝土相比， 均具有其独特的优点， 且有助于缓解资源 短缺、 生态环境 E l 益恶化等问题。 2 ) 由于( R C C+ A C ) 复合面层的应用、 新型钢纤 维再生碾压混凝土的出现及施工技术的进步等， 改 善了碾压混凝土的缺陷， 使其在道路、 地坪、 广场、 坝 体、 围堰等工程中具有较好的应用前景。 3 ) 再生碾压混凝土研究与应用 的发展方 向， 主 要体现在掺合料技术 、 外加剂技术、 施工设备 、 施工 工艺等方面。 从上述试验研究可看出， 只要经过合理的工艺 控制 ， 利用废弃混凝土制造再生骨料 ， 可 以满足混凝 土工程的要求。 参 考 文 献 ： 1 董祥 碾压混凝土在我国道路建设中的意义及工程应用 J 中国港湾建设， 2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 2 0 - 2 2 2 徐伟， 梁学文， 张玉清 北方碾压混凝土坝研究与发展 J 安徽农业科学 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 3 7 5 8 - 3 7 5 9 3 卫国祥 ， 雷颖占 混凝土再生骨料的研究分析 J 四川建筑科 学研究 ， 2 0 0 6 ， 3 2 ( 8 ) ： l 1 5 一 l 1 7 4 周宏敏 ， 柴俊 ， 柴华 ， 沈秀文 再生骨料混凝土技术及其研 究现状 J 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 7 5 - 7 6 5 孙跃东， 肖祥， 庞俭， 王涛 再生骨料混凝土的配合比试 验研究 J 山东科技大学学报， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 2 5 - 2 9 6 吴瑾， 蒋业浩， 王 浩 再生混凝土配合 比设计试验研究 J 低温建筑技术， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 3 1 5 7 董祥 碾压混凝土在道路建设中的应用及施工技术 J 路 基工程 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： l 5 1 7 8 谢映怀龙滩水电站左岸大坝碾压混凝土施工 J 人民长 江 2 0 0 8 ( 5 ) ： 2 1 - 2 2