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摻瀝青混合料回收料再生混凝土技術(shù)的施工實(shí)踐研究

2023-09-02 08:08王建文梁建斌
山西交通科技 2023年3期
關(guān)鍵詞:篩分集料瀝青路面

王建文,李 巖,梁建斌

(山西大成高速公路有限公司,山西忻州 034209)

0 引言

根據(jù)交通運(yùn)輸部歷年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示,我國公路養(yǎng)護(hù)里程逐年增加,占總里程的比重也逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國95%的高速路面都是瀝青路面,在瀝青路面全壽命周期內(nèi)必須要進(jìn)行多次的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、小修保養(yǎng)、大中修養(yǎng)護(hù),在此過程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的瀝青混合料回收料(RAP),RAP 的堆積處理不僅會(huì)占用大量土地,還會(huì)造成環(huán)境污染[1-2]。

RAP 常規(guī)再生利用是通過就地冷再生、就地?zé)嵩偕?、廠拌熱再生等方式實(shí)現(xiàn)[3-5],而對于RAP 堆存量較小且不適宜常規(guī)再生利用時(shí),將RAP 作為天然碎石的替代品用于生產(chǎn)水泥混凝土,就近用于中分帶封閉層、邊溝蓋板、路緣石等附屬設(shè)施,可以節(jié)約大量碎石材料,有效減少對環(huán)境的污染,對建設(shè)綠色交通具有重要意義。

本文依托繁大高速公路中分帶硬化封閉工程,開展RAP 集料評價(jià)與選用、再生混凝土配合比設(shè)計(jì)、施工工藝及質(zhì)量控制等研究,總結(jié)了RAP 再生混凝土的施工控制要點(diǎn),為RAP 再生混凝土的科學(xué)合理應(yīng)用提供參考。

1 RAP集料選用

1.1 RAP篩分及選用

繁大高速公路是山西省高速公路網(wǎng)布局規(guī)劃的“三縱十一橫十一環(huán)”中第三橫的重要組成部分,于2014 年11 月正式建成通車運(yùn)營,近年來繁大高速公路進(jìn)行了多次路面養(yǎng)護(hù)維修,累計(jì)產(chǎn)生瀝青混合料回收料約3 000 m3。從回收料料堆場進(jìn)行了RAP 取樣(見圖1),并對RAP 回收料進(jìn)行篩分試驗(yàn),結(jié)果見表1 所示。

表1 RAP的篩分結(jié)果

圖1 RAP回收料

從表1 可以看出大于19 mm 和小于4.75 mm 的顆粒約占整個(gè)回收料的30%。通過對RAP 回收料的觀察發(fā)現(xiàn),回收料外表顏色偏黑,表面相比天然碎石較為粗糙;另外,部分大顆粒回收料(>19 mm)為瀝青膠結(jié)多個(gè)小顆?;厥樟闲纬傻膱F(tuán)體顆粒,承受荷載時(shí)易破碎。

考慮到中分帶封閉層設(shè)計(jì)厚度為10 cm,且大顆粒RAP 回收料受壓容易破碎,因此選取5~20 mm 粒級的回收料作為試驗(yàn)用粗集料。

1.2 性能評價(jià)

對篩分出的5~20 mm RAP 粗集料進(jìn)行表觀密度、吸水率以及壓碎值的測試,結(jié)果見表2 所示。

表2 粗集料性能測試結(jié)果

從表2 可以看出,RAP 粗集料的壓碎值高于天然集料,這主要是由于瀝青路面在銑刨過程中因損傷累積在集料內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋造成的。RAP 粗集料的壓碎值小于20%,仍符合Ⅱ類碎石要求,可用于強(qiáng)度等級為C30~C60 混凝土及抗凍混凝土中。

2 RAP再生混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能評價(jià)

2.1 配合比設(shè)計(jì)

2.1.1 原材料

水泥(C)采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥,28 d 強(qiáng)度46.8 MPa;細(xì)集料(S)采用普通河砂,細(xì)度模數(shù)2.97,堆積密度1 520 kg/m3,表觀密度2 650 kg/m3;粗集料分別采用RAP 與NA 作為對比;玻璃纖維(GF)采用山東浩森新材料有限公司生產(chǎn)的耐堿玻璃纖維;拌和水(W)采用潔凈的自來水;減水劑(SP)采用聚羧酸高效粉末減水劑,減水率為26%。

2.1.2 設(shè)計(jì)思路

采用變量控制法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),擬配制C20~C40 混凝土,計(jì)算出的水灰比(W/C)范圍為0.41~0.71,以0.5 的水灰比為基準(zhǔn),選取0.4、0.6、0.7 三種水灰比為對照;RAP 摻量以30%為基準(zhǔn),選取0、20%、40%、50%的摻量為對照;玻璃纖維(GF)摻入量太大會(huì)造成結(jié)團(tuán)、分布不均勻,摻入量太小無法起到作用[6],摻量采用廠家推薦的0.2%;減水劑根據(jù)現(xiàn)場需求添加。RAP 再生混凝土的配合比設(shè)計(jì)方案見表3 所示。

表3 RAP再生混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

2.2 性能評價(jià)及配合比確定

根據(jù)表3 進(jìn)行RAP 再生混凝土試件成型,經(jīng)標(biāo)養(yǎng)后測試其抗壓強(qiáng)度,結(jié)果見表4 所示。

表4 RAP再生混凝土抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果 單位:MPa

從表4 可以看出,RAP 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著RAP 摻量的提高而降低,隨著水灰比的增大而降低。9 組RAP 再生混凝土的28 d 抗壓強(qiáng)度均在20 MPa以上,可滿足低標(biāo)號混凝土強(qiáng)度要求。在實(shí)際工程應(yīng)用中,根據(jù)澆筑部位的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級和其他要求可擇優(yōu)選用合適的RAP 摻量和水灰比。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

繁大高速中央帶為泥土地面,隨著春夏季的到來,中分帶防眩網(wǎng)下的雜草迅速增長,嚴(yán)重影響路容路貌和行車安全,每年需要投入大量人力、物力、財(cái)力修剪中分帶雜草,且施工作業(yè)會(huì)帶來較大的交通秩序成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此,擬在繁大高速中分帶實(shí)施清除雜草、澆筑混凝土封閉層等試驗(yàn)性措施,以期減少中分帶綠化維護(hù)、清理工作,降低因綠化養(yǎng)護(hù)工作帶來的交通安全問題。

中央分隔帶RAP 再生混凝土封閉層試驗(yàn)段位于繁大高速K59+000—K59+620處,試驗(yàn)段長620 m,寬1.5 m,厚0.1 m。鑒于中分帶封閉層對混凝土的強(qiáng)度要求較低,為了對比不同RAP 再生混凝土的路用效果,分別于K59+000—310 段采用W/C0.6、RAP 摻量30%的配合比,K59+310—620 段采用RAP50、W/C0.5 的配合比。

3.2 施工工藝及效果

RAP 再生混凝土技術(shù)在中分帶封閉層應(yīng)用的施工工藝見圖2 所示。

現(xiàn)場成型RAP 再生混凝土試件測試其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)下混凝土的3 d、28 d 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,測試結(jié)果見表5 所示。

表5 RAP再生混凝土強(qiáng)度測試結(jié)果 單位:MPa

從表5 可以看出,在相同養(yǎng)護(hù)條件下,室內(nèi)成型的試件強(qiáng)度高于室外成型;在相同成型條件下,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度要高于自然養(yǎng)護(hù)。盡管室外成型自然養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度最低,但兩個(gè)配合比的試件28 d 強(qiáng)度均高于20 MPa,滿足設(shè)計(jì)要求。

同時(shí),通過后期跟蹤觀測,試驗(yàn)段表面平整無裂紋、無翹曲,大大提升了中分帶清理效率,避免了因中分帶綠化維護(hù)、清理工作對交通秩序和安全帶來的影響,如圖3 所示。

圖3 施工后效果圖

3.3 施工控制要點(diǎn)

RAP 再生纖維混凝土與普通混凝土拌和流程、施工工藝、施工機(jī)械、勞動(dòng)力使用等方面基本一樣。在施工中主要的控制要點(diǎn)如下:

a)嚴(yán)格控制RAP 集料泥土雜質(zhì)含量。在瀝青路面銑刨過程中,由于行車荷載、銑刨切削作業(yè)會(huì)不可避免地混入泥土、塵屑等雜質(zhì),降低RAP 集料的潔凈度,進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。因此,在進(jìn)行RAP 再生混凝土施工時(shí),應(yīng)采用邊過篩邊水槍沖洗的方式進(jìn)行集料篩選,在抑制篩分選料過程中塵土飛揚(yáng)的同時(shí)能有效剔除RAP 集料中混入泥土、塵屑等雜質(zhì)。

b)根據(jù)RAP 再生纖維混凝土使用部位確定合適的粒度范圍。瀝青路面經(jīng)銑刨后產(chǎn)生的RAP 集料的粒度范圍較水泥混凝土用粗集料寬,要根據(jù)RAP 集料的篩分結(jié)果,按照水泥混凝土粗細(xì)集料的分界粒徑,剔除小于4.75 mm 以下部分;同時(shí),粗集料的最大粒徑應(yīng)按照不超過應(yīng)用結(jié)構(gòu)最小尺寸的1/4 的準(zhǔn)則確定最大粒徑,進(jìn)而明確使用部位的合適粒度范圍。

c)基于配合比設(shè)計(jì)及性能評價(jià)確定合適的RAP 集料的摻量。RAP 再生混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著RAP 摻量的增大而降低,這主要是由于RAP 集料在碾壓破碎、銑刨切削等過程中發(fā)生損傷破壞,內(nèi)部因損傷累積產(chǎn)生大量的微裂縫,使其承荷能力遠(yuǎn)低于天然碎石;同時(shí),RAP 集料盡管經(jīng)過了二次破碎加工,但還是不可避免地會(huì)混有部分瀝青砂團(tuán)塊形成的集料團(tuán),當(dāng)RAP 再生混凝土承受荷載產(chǎn)生裂紋時(shí),隨著荷載增加裂紋會(huì)隨著RAP 集料團(tuán)中的瀝青層迅速擴(kuò)展直至貫通結(jié)構(gòu)[7]。因此,在工程實(shí)踐時(shí),一定要根據(jù)結(jié)構(gòu)物部位對混凝土強(qiáng)度等級要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì),確定符合強(qiáng)度要求、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的RAP 集料摻量。

d)拌和過程中注重投料次序和方式。在RAP 再生混凝土中摻入了耐堿玻璃纖維,其目的主要是有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗折強(qiáng)度、防止結(jié)構(gòu)開裂。但在拌和過程中纖維易發(fā)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,因此,在再生混凝土拌和過程中應(yīng)注重把控投料次序及方式,以保證纖維均勻分散于混凝土中。

e)嚴(yán)格把控各施工工序的銜接性。在中分帶施工時(shí),由于防眩網(wǎng)立柱的影響造成無法采用大型設(shè)備施工。當(dāng)采用人工方式施工時(shí),應(yīng)保證再生混凝土卸料、攤鋪、抹面要配合緊密,當(dāng)抹面進(jìn)度無法跟上卸料攤鋪進(jìn)度時(shí),應(yīng)減緩卸料攤鋪速度,確保表面混凝土能夠及時(shí)抹面。

4 結(jié)語

本文對摻瀝青混合料回收料再生混凝土的集料篩選、配合比設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用開展了相關(guān)研究與分析,結(jié)果表明瀝青路面回收料可替代部分碎石生產(chǎn)再生混凝土,且強(qiáng)度可滿足C20~C40 混凝土要求,可用于中分帶封閉層等非承重水泥混凝土附屬設(shè)施結(jié)構(gòu),為回收料的再生利用拓寬了新途徑。

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