张昌波 (广东冠粤路桥有限公司,广东 广州 510635)
1 美国再生混凝土骨料的应用概况
从20世纪初美国开始在人口密集的地区修建公路、桥梁、停车场等交通设施,随着时间的推移,这些设施逐渐到了设计年限,或者由于经济的发展,当初的设计已不能满足人口和交通发展的需求而需要维修或重建。目前面临由此而产生的2个问题:(1) 维修和重建需要大量的石料;(2) 拆除旧交通设施积累的废料日益增多。目前美国每年在道路维修和重建中回收的混凝土废料约有20亿t,据相关部门预测到2020年每年将会达到25亿t。由此人们想到了将回收来的混凝土废料再生应用,以解决大规模修建需要与更多的石料。混凝土废料需要这个日益突出的矛盾得到科学有效的处理。通过多年的研究与应用,再生混凝土骨料在道路工程中的价值在工程、环保、经济等方面得到不断的提升。
虽然再生混凝土骨料在美国得到广泛应用,但是还有1/4的州仍然禁止再生混凝土骨料在道路基层中使用,只有1/4的州同意将再生混凝土骨料用在新建混凝土路面中。而在应用再生混凝土骨料的州中,不同的州对于使用的比例也有很大差别。如有的州对再生混凝土骨料的添加比例限制在30%以内,而有的州对再生混凝土骨料的应用没有任何限制,甚至于再生混凝土骨料可以和沥青路面回收料以任何比例混合使用,如加利福尼亚州;有的州限制再生混凝土骨料只能用于道路基层,而有的州可以用于新建混凝土路面,如德克萨斯州。图1为美国再生混凝土骨料用于道路基层的情况。图2为美国再生混凝土骨料用于混凝土路面的情况。
2 再生混凝土骨料的生产
混凝土路面经现场破碎成较大的混凝土料块后由运输车辆运送到料场集中堆放。料场一般设在重建工程附近,以减少运输费用。
运回料场的混凝土料块的破碎、筛分和新骨料的破碎生产基本一样,但主要有以下2个不同之处:
(1) 由于回收的混凝土里含有木料、灌缝料、塑料等杂质,所以需要使用设备将其在破碎、筛分之前除去。在美国一般使用空压机产生的高压气流将这些杂质从回收料中吹出。
(2) 由于回收的混凝土里有钢筋、传力杆、拉杆等钢材,为了将这些钢材除去,美国一般采取在破碎设备和筛分设备中间增加电磁铁设备。目前一般采用2套电磁铁以较彻底的除去钢材。
第1套电磁铁一般安装在一级颚式破碎机和振动筛分装置中间,以除去钢筋、传力杆、拉杆等体积比较大的钢材;图3所示为再生混凝土骨料经一级破碎后的筛分。
第2套电磁铁一般安装在2级颚式破碎机或圆锥破碎机和振动筛分装置之间,以除去绑扎钢筋网的钢丝和在2级破碎过程中产生的体积较小的钢材碎屑等。图4所示为再生混凝土骨料经二级破碎后的筛分。
再生混凝土骨料经过破碎筛分后可以按不同的粒径分堆存放。
3 再生混凝土骨料在施工中的注意事项
如果再生混凝土骨料破碎后应用于基层,在碾压过程中应使用双钢轮压路机碾压。因为在破碎过程中,电磁铁有时不能将再生混凝土骨料中的钢材全部除去,有可能在骨料中残留钢铁碎屑,如果使用轮胎压路机,这些碎屑有可能伤害轮胎。
再生混凝土骨料破碎后其棱角性相对于新骨料较差,骨料之间嵌锁性较差。碾压过程中细的再生骨料容易产生离析,为了避免这种现象,在碾压过程应保持混合料有较好的含水量。
再生混凝土骨料应用于基层时其强度较高,有可能引起反射裂缝。一般可在基层和面层中间增设应力吸收层,应力吸收层一般可采用沥青含量较高的细粒式沥青混凝土。
若再生混凝土骨料应用于混凝土路面,一般应将再生混凝土骨料用水清洗,以减少其表面黏附的粉尘。
再生混凝土骨料的吸水率相对于新骨料高,而密度较低,这两方面在混合料设计时也应注意。相对于采用新骨料生产的混合料,再生混凝土骨料生产混合料时一般应增加5%左右的用水量,特别是再生混凝土细骨料比例增加时,用水量增加较多,最多可达15%左右。
当基层和面层有抗冻要求时,应适当减少再生混凝土细骨料的用量。
4 混凝土回收再生的环保、经济性分析
由于城市道路或高速公路大修将产生大量的混凝土废料,由此产生一系列的废料处理问题,而重建需要大量的新石料,严重破坏生态环境,而混凝土的回收再生将有效解决这一系列难题。将混凝土回收再生可有效减少堆放场地,节省用地。由于再生混凝土骨料可以就近破碎筛分,可以节省运输成本、减少能耗,降低重载的车辆对现有道路的损坏,减少道路养护费用;混凝土再生还大幅减少废物处理费用;此外再生混凝土骨料破碎过程中分拣出的钢材一般归于承建方。总之混凝土再生有其较好的经济性,可有效降低工程总造价。如在密歇根州US-41道路修建过程中,在基层中采用再生混凝土骨料,承建方节省了114,000美元,约为总造价的3.8%。
美国再生混凝土骨料在道路工程中的应用为我国的混凝土再生提供了很好的借鉴。
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