韓 鵬，劉旭浩，徐子龑

（1.山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心，山東 濟(jì)南250100；2.平度市水利水產(chǎn)局，山東 平度266700；3.水發(fā)建設(shè)集團(tuán)，山東 濟(jì)南250102）

山東省引黃濟(jì)青工程自1989年通水至今已經(jīng)運(yùn)行30年，部分渠段在水位變幅區(qū)因凍脹破壞，造成襯砌混凝土板坍塌，裂縫嚴(yán)重，雜草叢生；部分地下水位高、渠道水位變幅大的渠段，襯砌渠坡上的排水設(shè)施因淤積阻塞排水效果差，造成揚(yáng)壓力過(guò)大，造成渠道襯砌破壞，以上兩方面原因不僅造成渠道運(yùn)行維護(hù)成本高、維護(hù)難度大，同時(shí)糙率加大，制約渠道過(guò)流能力，影響正常通水運(yùn)行。因此，必須對(duì)襯砌渠道實(shí)施改造修復(fù)工程。根據(jù)引黃濟(jì)青該擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)（2014年批復(fù)），引黃濟(jì)青渠道襯砌修復(fù)改造過(guò)程中，將拆除襯砌板約24萬(wàn)m3，如直接簡(jiǎn)單作為建筑垃圾進(jìn)行處理，會(huì)造成資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境破壞。對(duì)廢舊混凝土襯砌板進(jìn)行處理和再利用，是保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的最好途徑[1]。前期，山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心在引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程中根據(jù)工程現(xiàn)狀直接復(fù)用約30%廢舊混凝土襯砌板，但仍有70%需要處理。為進(jìn)一步在渠道襯砌改造過(guò)程中貫徹綠色、可持續(xù)發(fā)展的思路，山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心開(kāi)展了廢舊混凝土襯砌板再生骨料生產(chǎn)綠色混凝土的有關(guān)研究。

1 工程概述

目前水利工程尤其是調(diào)水工程中再生骨料和綠色混凝土的研究和利用仍處于起步狀態(tài)，但隨著我國(guó)調(diào)水工程數(shù)量、規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大和調(diào)水工程運(yùn)行投產(chǎn)時(shí)間的增加，再生骨料和綠色混凝土的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。結(jié)合2015年開(kāi)始實(shí)施的引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程，山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心選定改擴(kuò)建工程?hào)|營(yíng)段渠道襯砌改造工程開(kāi)展綠色混凝土預(yù)制襯砌的試驗(yàn)，主要考慮該段所處區(qū)域天然骨料貧乏，廢舊混凝土襯砌版存量大，實(shí)施試驗(yàn)可以部分減少外購(gòu)的骨料，實(shí)現(xiàn)廢舊混凝土襯砌版再利用。2018年，山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心組織山東省水利科學(xué)研究院、山東省青州市水利建筑總公司、山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院及山東省水利工程建設(shè)監(jiān)理公司開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。先后完成了再生骨料的生產(chǎn)、性能測(cè)試、綠色混凝土配合比試驗(yàn)、綠色混凝土襯砌板的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制等工作。主要完成以下研究?jī)?nèi)容：

2 再生骨料的生產(chǎn)

廢舊混凝土襯砌板通過(guò)破碎、清洗、篩分等程序后制成再生骨料[2]。在這個(gè)過(guò)程里一般需要進(jìn)行過(guò)多次的破碎和篩分，但本次試驗(yàn)廢舊混凝土襯砌板由于尺寸較小，只進(jìn)行一次破碎，而為了提高破碎產(chǎn)物的成品率，需要進(jìn)行多次篩分。本項(xiàng)研究中主要使用1416（破碎箱體寬1.4 m，高1.6 m）錘式破碎機(jī)進(jìn)行破碎。根據(jù)渠道襯砌改造工程需要，設(shè)置三種規(guī)格的篩板篩分生產(chǎn)10～20 mm的粗骨料、5～10 mm的細(xì)骨料和5 mm以下的再生砂，生產(chǎn)流程如圖1：

圖1 再生骨料生產(chǎn)流程圖

由于舊混凝土襯砌板預(yù)制配合比中最大粒徑骨料為40 mm，破碎后生產(chǎn)的再生骨料中粒徑超過(guò)20 mm以上的極少。

3 再生骨料及綠色混凝土產(chǎn)品性能

由于設(shè)備選型合理，生產(chǎn)粗骨料內(nèi)基本不混雜水泥屑，表面基本不附著粉末。廢舊混凝土襯砌板破碎生產(chǎn)的細(xì)骨料所檢測(cè)指標(biāo)除細(xì)度模數(shù)外，其它檢測(cè)指標(biāo)符合《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144-2001）的相關(guān)要求，細(xì)度模數(shù)可通過(guò)增加破碎次數(shù)滿足要求（本次主要研究10～20 mm的再生骨料制作綠色混凝土，未進(jìn)行進(jìn)一步的破碎），詳細(xì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 再生細(xì)骨料檢測(cè)表

粗骨料所檢測(cè)指標(biāo)符合《水工混凝土施工規(guī)范》（DL/T 5144-2001）的相關(guān)要求，詳細(xì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 再生粗骨料檢測(cè)表

使用再生骨料的綠色混凝土配合比試驗(yàn)試塊（設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C30W6F150）28 d齡期抗壓強(qiáng)度為38.6 MPa，工程現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制試塊28 d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到36.9 MPa，抗凍和抗?jié)B均滿足要求。

4 效益評(píng)價(jià)

4.1 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

1）產(chǎn)品產(chǎn)出效率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，每單位重量（噸）的廢舊混凝土襯砌板可以產(chǎn)出10～20 mm再生骨料34.3%、5～10 mm再生骨料9.82%、5 mm以下的再生砂29.63%，20 mm以下可利用再生骨料綜合產(chǎn)出率為73.75%。

對(duì)比該部分廢舊混凝土襯砌板當(dāng)時(shí)預(yù)制配合比（每立方米混凝土中：水泥282 kg、砂650 kg、20～40 mm骨料723 kg、5～20 mm骨料592 kg、水145 kg）中骨料的使用情況，骨料再生率約為89.78%。

2）生產(chǎn)成本分析。通過(guò)對(duì)破碎混凝土舊板生產(chǎn)再生骨料過(guò)程中使用的機(jī)械、材料等計(jì)算，全部再生骨料的生產(chǎn)費(fèi)用約為30元/t，僅計(jì)10～20 mm再生骨料時(shí)為63元/t。同期工程周邊的天然粗骨料單價(jià)約70元/t（110元/m3，1 500 kg/m3）。在滿足性能的條件下破碎生產(chǎn)再生骨料的費(fèi)用優(yōu)于購(gòu)買(mǎi)天然骨料的費(fèi)用。若在做好環(huán)境保護(hù)、生態(tài)保護(hù)措施的前提下，臨近廢舊混凝土襯砌板產(chǎn)生地進(jìn)行破碎生產(chǎn)，可利用渠道水源、減少運(yùn)輸距離，成本還可進(jìn)一步下降。另一方面，結(jié)合舊板復(fù)用利用（30%復(fù)用），舊板利用率可達(dá)到81.6%，僅剩余不到20%破碎殘余需要進(jìn)行處置，較大的降低廢舊混凝土襯砌板處置所需的經(jīng)濟(jì)成本。從經(jīng)濟(jì)上分析是可行的。

4.2 生態(tài)效益評(píng)價(jià)

1）降低了天然骨料的開(kāi)采利用。天然骨料資源有限，石材的開(kāi)采不僅損壞山體植被、造成水土流失，破壞生態(tài)環(huán)境[3]，而且產(chǎn)生的粉塵、廢水對(duì)生態(tài)環(huán)境也有破壞作用。通過(guò)廢舊混凝土襯砌板生產(chǎn)再生骨料，既避免因開(kāi)采天然骨料造成的環(huán)境破壞問(wèn)題，又可在骨料生產(chǎn)方面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、綠色發(fā)展。

2）降低了處置廢舊襯砌板所需的土地資源。廢舊混凝土預(yù)制板如作為建筑垃圾進(jìn)行填埋處置，占用土地資源，污染環(huán)境。按照我國(guó)當(dāng)前建筑垃圾處理現(xiàn)狀計(jì)，每萬(wàn)噸建筑垃圾占地0.17 hm2[4]，引黃濟(jì)青改擴(kuò)建產(chǎn)生的廢舊襯砌板處置需占用土地10 hm2。通過(guò)再生骨料生產(chǎn)結(jié)合舊板復(fù)用可以降低土地占用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3）避免廢舊襯砌版亂堆亂放造成的環(huán)境污染。廢舊混凝土襯砌板亂堆亂放造成的環(huán)境污染問(wèn)題主要表現(xiàn)在風(fēng)化后產(chǎn)生的粉塵顆粒方面。由于廢舊混凝土襯砌板長(zhǎng)時(shí)間裸露，受風(fēng)化作用，逐漸破碎生成粉塵顆粒，對(duì)大氣和水造成污染。通過(guò)再生骨料生產(chǎn)，可以從源頭減少環(huán)境污染。從生態(tài)效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境上分析是必要的。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，調(diào)水工程渠道襯砌改造中使用再生骨料和綠色混凝土預(yù)制襯砌是可行的，可以有效的降低預(yù)制襯砌的成本，降低對(duì)天然骨料資源的開(kāi)采利用，保護(hù)土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。下一步應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際一是在工程中對(duì)綠色混凝土預(yù)制襯砌進(jìn)行應(yīng)用檢驗(yàn)；二是根據(jù)引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程現(xiàn)場(chǎng)情況增加再生骨料的應(yīng)用方式；三是完善再生骨料生產(chǎn)流程，對(duì)再生骨料生產(chǎn)所需占地、水、電、機(jī)械等進(jìn)行優(yōu)化，提出再生骨料及綠色混凝土生產(chǎn)與渠道襯砌改造工程相結(jié)合的最優(yōu)方案。同時(shí)，結(jié)合引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程研究再生骨料和綠色混凝土的應(yīng)用，可對(duì)我國(guó)眾多調(diào)水工程的改建、擴(kuò)建等提供參考借鑒方案。