废弃路面水泥混凝土再生利用的试验研究

第３１卷，第３期　中　南　公　路　工　程　Ｖｏ１．３１．Ｎｏ．３　２　０　０　６年６月　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｕｎ．，２　０　０　６　废弃路面水泥混凝土再生利用的试验研究　高启聚　，谢祥根　（１．同济大学交通运输工程学院，上海２０００９２；２．湖南省交通科学研究院，湖南长沙４１００１５）　［摘要】以现行交通行业规范为依据，通过室内实验分析了废弃水泥路面板再生集料的技术指标，并且利用　再生集料重新配制了水泥混凝土。通过与普通碎石集料水泥混凝土的性能试验比较，论证了旧水泥混凝土路面板　再生利用的可行性。　［关键词】再生集料；再生水泥混凝土；性能试验　［中图分类号】Ｕ　４１６．２６　［文献标识码】Ａ　［文章编号】１００２—１２０５（２００６）０３—０１５１—０４　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｗａｓｔｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ＧＡＯ　Ｑｉｊｖ　，ＸＩＥ　Ｘｉａｎｇｇｅｎ２　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｆｉｆｃ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２；２．Ｈｕｎａｎ　Ａｃａｄｅ．　ｍｙ　ｏｆ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｃｉｔｙ，Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，４１００１５）　ｌ　Ａｂｓｔｒａｃｔｊ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｓｔａｔｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｎｅｗ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｒｅ　ｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｇａｉｎ，ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｉｎ　ｃｏｍ—　ｐａｒｉｓｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍａｄｅ　ｆｒｏｍ　ｎａｔｕｒａｌ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　ｗａｓｔｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｌａｂ　ｏｆ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　１　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ；ｒｅｃｙｃｌｄｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　水泥混凝土路面损坏后，修复方式主要有２种：　种是旧路面上加铺罩面层；另一种是将旧路面层　１废弃水泥路面板再生集料的技术性质及　剔出后重新修筑路面，但是这样势必产生大量的废　筛析　弃破板。由于废弃路面板的大量堆置，将会造成永　１．１废弃水泥路面板再生集料的技术性质　久性的占地和环境污染。在路面维修过程中，如果　按照最新《公路水泥混凝土路面施工技术规范》　采用现行破碎设备将废弃道路水泥混凝土路面板重　ＪＴＧ　１７３０—２００３的技术要求，对再生粗集料和再生石　新破碎、筛分，生产出符合规范要求并且满足一定性　屑进行检测，并与普通碎石和普通细集料的技术指　能指标要求的再生集料，重新加以利用；这样不仅解　标进行比较，其结果见表１和表２。　决了废弃水泥路面板的堆放和运输问题，而且能够　根据检测结果可以看出，再生集料的技术指标　保护环境，节约资源，必将产生明显的经济效益和社　完全能够满足道路混凝土对碎石的技术要求。但与　会效益。目前，道路旧水泥混凝土回收利用的研究　表１再生碎石与普通碎石的主要技术指标　已经有很多成果ｕ　Ｊ，但是大多成果主要集中在道路　Ｔａｂｌｅ　１　Ｍａｉｎｌｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｃｏａｒｓｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌｌｙ　ｃｏａｒｓｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　旧混凝土再生集料用以铺筑沥青路面和路面基　层　Ｊ，对于废弃水泥路面板再生集料用于普通水泥　混凝土中的研究较少，尤其是粗集料全部使用旧混　凝土再生集料配制新水泥混凝土的研究更是甚少。　本文主要是以浙江省义乌市境内０３省道水泥　混凝土路面改造工程为依托，作为再生集料的来源，　进行废弃水泥路面板再生利用的实验研究。　［收稿日期］２００５—１２—２８　［作者简介］高启聚（１９７３一），男，山东梁山人，博士研究生，工程师，主要从事道路材料与结构计算工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ５２　中南公路工程　第３ｌ卷　表２再生细集料与普通细集料的主要技术指标　Ｔａｂｌｅ　２　Ｍａｉｎｌｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｆｉｎｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌｌｙ　ｆｉｎｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　集料的密度小。分析其原因，可能是由于再生集料　表面附着有旧混凝土砂浆，导致其密度较小、压碎值　偏高；②再生集料的吸水率高于相同状况下普通集　料的吸水率，这是由于再生集料表面粗糙、附着砂浆　而且空隙较多的缘故。　１．２　旧水泥混凝土再生集料的筛分析　再生集料的筛分结果见表３。再生集料的级配　普通碎石集料的技术指标比较结果显示：①再生　集料压碎值指标偏大，而且表观密度均比普通碎石　范围见表４。　表３再生集料的筛分结果　Ｔａｂｌｅ　３　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｉｅｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　集料　通过率／％　类型　３７．５　３１．５　２６．５　ｌ９．０　ｌ６．０　９．５　４．７５　２．３６　１．１８　０．６　０．３　２０—４０　ｌ００　８７　４９．２　２８．１　７．２　０．２　０　０　０　０　０　０　５—２０　１００　９９．７　５６．８　２．６　０．７　０　０　０　０　石屑　ｌ００　８４．２　５６．６　４４．９　２９．４　１７．８　９．４　表４再生集料的级配范围　表５抗压试件成型时采用的配合比　Ｔａｂｌｅ　４　Ｇｒａｄｉｎｇ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ　ｏｆ　ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　Ｔａｂｌｅ　５　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓ￣ｅｎｇｔｈ　筛孔，ｍｍ　通过率／％　筛￣Ｌ／ｍｍ　通过率，％　集料类型　天　３７．５　９５一ｌ００　９．５　１０～３０　ｌ９．０　３５—７０　４．７５　０—５　Ａ：再生碎石＋再生石屑　３８１：１６４：８６６：２４６：７９１：３．０４８（减水剂）　Ｂ：普通碎石＋天然河砂　３８４：１６５：８７９：３２８：６９５（无减水剂）　２再生水泥混凝土的配制　Ｃ：再生碎石＋天然河砂　３８４：１６５：８７９：３２８：６９５（无减水剂）　表６抗折试件成型时采用的配合比　２．１原材料　Ｔａｂｌｅ　６　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｆｏｒ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　①水泥：采用红狮Ｐ．０４２．５水泥。　集料类型　配合比　②减水剂：采用浙江五龙化工股份有限公司　水泥：水：大碎石：小碎石：细集料　生产的ＺＷＬ—ＩＩＩ（５０ｏ）型高浓高效减水剂（缓凝）。　Ａ：再生碎石＋再生石屑　３６７：１５８：８７２：２４８：７９６　Ｂ；普通碎石＋天然河砂　３６７：１５８：８８５：３３０：７００　③砂：采用浙江兰溪产天然河砂，细度模数为　Ｃ：再生碎石＋天然河砂　３６７：１５８：８８５：３３０：７００　２．５３的中砂。　注：在配制抗折试件时未加入减水剂。　④集料：集料全部来源于废弃水泥路面板再　抗压件和１２个抗折件，分别用于测定１４　ｄ和２８　ｄ的　生集料。　抗压和抗折强度。按照公路工程水泥混凝土实验规　２．２再生骨料水泥混凝土的配制　程的要求进行养护，达到规定天数后进行各种性能　由于原路面水泥混凝土的设计抗压强度为３０　测试。　ＭＰａ，抗折强度为４．５　ＭＰａ，同时为了增强比对性和　３废弃水泥混凝土再生集料所配制的混凝　实验的统一性，故在再生水泥混凝土配合比设计中，　土特性　采用的配制强度也为抗压强度３０　ＭＰａ和抗折强度　４．５　ＭＰａ。然后分别制作水泥混凝土抗压和抗折试　３．１再生混凝土的和易性　件。　在试件成型时，测量了再生水泥混凝土和普通　为了能够充分了解再生水泥混凝土的特性，同　水泥混凝土的坍落度，试验结果见表７。　表７普通水泥混凝土与再生水泥混凝土的坍落度　时制作了普通碎石混凝土试件进行性能比较。所用　Ｔａｂｌｅ　７　Ｓｌｕｍｐ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　普通碎石的种类与原废弃水泥混凝土所用碎石的种　类完全相同，而且集料的级配以及所用配合比也完　全相同。试件类型及所采用的配合比见表５、表６。　在成型上述３种不同类型水泥混凝土的抗折、　抗压试件时，严格按照公路工程水泥混凝土试验规　实验结果表明，再生水泥混凝土的坍落度均要　程的规定进行，并且每种类型混凝土分别成型１２个　小于普通水泥混凝土的坍落度，这是由于再生集料　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　高启聚，等：废弃路面水泥混凝土再生利用的试验研究　１５３　的吸水率大于普通碎石的吸水率，因此，在相同水灰　比的条件下，其坍落度较小。但是，从实验过程可以　看出，其工作性能完全可以满足一般结构浇注时对　混凝土工作性的要求。从再生碎石和再生石屑组成　的混合料的坍落度数据来看，由于减水剂的加入，在　不增加用水量和改变水灰比的情况下，其工作性得　到明显改善。　１４　ｄ抗压强度　口Ａ　．　ｌ　２８　ｄ抗压强度　３．２普通集料混凝土和再生集料混凝土的质量比　图１不同水泥混凝土的抗压强度比较　较　在实验过程中，称量了不同类型集料水泥混凝　土的试件质量，所得结果见表８。　表８的数据显示，无论是抗压件还是抗折件，含　有再生碎石的混凝土单位体积质量均小于普通碎石　混凝土的质量。这是由于再生集料的表观密度均小　于普通集料的表观密度，从而导致单位体积再生集　料混凝土的质量小于普通集料混凝土的质量。　表８不同类型集料水泥混凝土试件的容重　Ｔａｂｌｅ　８　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　注：集料类型Ａ的抗压试件质量含有减水剂。　３．３再生混凝土的抗压和抗折强度　在天数达到１４　ｄ和２８　ｄ时，把由３种不同类型　集料配制的水泥混凝土抗压和抗折试件，同时从养　护室中取出，严格按照规范要求进行强度实验。在　实验过程中，完全保证实验条件一致性。所测得的　１４　ｄ、２８　ｄ的抗压、抗折强度结果见表９、图１和图２。　从表９、图１和图２可以看出：再生混凝土的抗　压强度和普通集料混凝土的抗压强度基本一致，略　小于普通集料水泥混凝土的抗压强度，但能满足强　度要求。抗折强度数据略有差别，但差别不大，由再　生集料与天然河砂配制的混凝土的抗折强度要大于　表９　１４　ｄ和２８　ｄ再生混凝土和普通混凝土的强度　比较结果　Ｔａｂｌｅ　９　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｆｌｅｘｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｔ　１４　ｄａｙｓ　ａｎｄ　２８　ｄａｙｓ　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　１　４　ｄ抗折强度　２８　ｄ抗折强度　图２不同水泥混凝土的抗折强度比较　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｅｒｎｇｔｈ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　全部由普通碎石与天然河砂配制的水泥混凝土的抗　折强度，充分说明再生集料与天然河砂配制的水泥　混凝土具有良好的抗折性能。从而证明，利用再生　集料配制的水泥混凝土能够完全满足所配制强度的　要求，也为废弃水泥路面板的回收利用打下了良好　的基础。　３．４再生水泥混凝土的耐磨性　为了对比再生水泥混凝土和普通碎石集料水泥　混凝土的耐磨性，按照《规范》Ｈ　要求制备试件，然后　进行耐磨性实验，实验结果见表１０。从表１０可以看　出，再生水泥混凝土的耐磨性和普通水泥混凝土的　耐磨性能基本相同，稍优于普通水泥混凝土。　表１Ｏ再生集料水泥混凝土和普通碎石集料水泥混凝土　耐磨性比较　Ｔａｂｌｅ　１０　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｗｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｙｔ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　水泥混凝土类型　磨耗ｉｔ／（ｋｇ·１１１Ｉ３）　普通碎石集料水泥混凝土　１．５９６　再生集料水泥混凝土　１．５４２　４结论　①通过改善破碎工艺和严格控制粒径，利用废　弃道路水泥路面板完全能够生产出满足水泥混凝土　用技术要求和级配要求的再生集料。　②由于再生集料的吸水率较大，再生集料水　维普资讯 http://www.cqvip.com

１５４　中南公路工程　第３１卷　（上接第５２页）　［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９９．１０．　１６５～１８０．　［８］ＪＴＪ　０７３—９６，公路养护技术规范［Ｓ］．　［５］徐家云，何晓鸣，等．模糊理论在桥梁中的应用［Ｊ］．武汉理工大　［９］王有志，王广洋，等．桥梁的可靠性评估与加固［Ｍ］．北京：中国　学学报，２００３，２５（７）：３８～４１．　水利水电出版社，２００２．９．　［６］　许湘华．层次分析法在铁路既有混凝土桥梁综合使用性能评价　［１Ｏ］彭祖赠，孙韫玉．模糊（Ｆｕｚｚｙ）数学及其应用［Ｍ］．武汉：武汉大　中的应用［Ｊ］．贵州工业大学学报，２００３，３２（３）：８８～９２．　学出版社。２００２．３．　［７］刘思峰，郭天榜，党耀国，等．灰色系统理论及其应用（第二版）　（上接第１４５页）　个等级，并且甘肃地区的实际气候条件是极端最低　结果和回归公式计算的路面温度相差不大，差值在　路面温度比极端最低气温低，因此美国ＳＨＲＰ确定　０　２　温度范围内。因此在缺乏路面温度的情　低温路面温度的方法在我国是不适用的。　况下，粗略的用ＳＨＲＰ的计算方法计算路面的高温　设计温度是可行的。　４　结语　通过陕西省和甘肃省路面高温设计温度的计　这是参照美国ＳＨＲＰ气候分区对我国部分湿陷　算，得出规律：在大部分地区，用ＳＨＲＰ公式计算的　性黄土地区气候分区的初探，从中得出的回归公式　路面温度比回归计算的路面温度高。①美国的气　是否适合其它地区还需要进一步验证。另外，美国　候条件和我国的气候条件存在着差异，此公式在我　ＳＨＲＰ气候分区每６　ｏＣ一个等级的分区方法在我国　国应用时存在一定的偏差；②由于在进行路面温　是否适用还需要进一步研究。由于我国的高等级公　度计算时只考虑了连续７　ｄ平均最高气温和地理纬　路实行渠化交通，夏季路面的高温车辙现象比较严　度两个因素进行了线性回归，而其他的风速、大气辐　重，因此在调查的这些地区应用于高等级公路时，高　射、日照时数、海拔高度等也是影响路面温度的因素　温指标提高一个等级。　可能造成实际路面温度和计算的路面温度有一定的　偏差。按高可靠度要求考虑，路面高温设计温度计　［参考文献］　算式采用ＳＨＲＰ较好。　［１］罗义文．沥青与气候［Ｊ］．公路，２００２，（２）：８８～９２．　３．３．２低路面设计温度　［２］　吴赣昌．自然条件下沥青路面结构的温度分布［Ｊ］．佛山科学技　通过表１、表２中的数据得出：极端最低气温和　术学院学报，１９９８，１６（１）：４７～５３．　［３］余叔藩．Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ水准１沥青混合料设计［Ｍ］．交通部重庆公　极端最低地温的线性回归方程，相关度为０．９９５。　路科学研究所，１９９７．１２．　回归公式为：　［４］谈至明．路面结构低温状况分析［Ｊ］．同济大学学报，１９９０，２７　Ｙ＝一１．８６６＋１．０８３ｘ　（５）：５２０—５２５．　式中：　为极端最低气温；Ｙ为低路面设计温度。　［５］张永满．湿陷性黄土地区路用沥青气候适用性研究［Ｄ］．西安：　从数据分析可以看出：各地区的极端最低气温　长安大学。２００３．　［６］　鲁正兰，袁志平，朱梦良．温度对沥青混合料空隙率的影响［Ｊ］．　和极端最低路面温度相差很大，这将造成用极端最　中南公路工程，２００４，２９（１）＂５１～５４．　低气温和用极端最低地面温度作为低路面设计温度　时，各地区ＰＧ分级的低温等级将很有可能相差一