石灰水清洗面層集料技術(shù)在彭湖高速公路中的應(yīng)用

PAGE江西省交通運(yùn)輸行業(yè)首批節(jié)能減排示范項(xiàng)目材料——石灰水清洗面層集料技術(shù)在彭湖高速公路中的應(yīng)用綜合點(diǎn)評高速公路是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，按照國家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會總體要求，交通運(yùn)輸管理部門在高速公路建設(shè)中須高度重視節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)工作。江西贛粵高速公路股份有限公司經(jīng)營管理江西省的高速公路達(dá)558公里，旗下各條運(yùn)營和在建的高速公路均系國家及省內(nèi)高速公路網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。該公司本著防止瀝青路面早期損壞、提高高速公路服務(wù)水平、節(jié)約建設(shè)成本、減少建設(shè)期能源消耗和保護(hù)環(huán)境的宗旨，在省內(nèi)首次將石灰水清洗面層集料技術(shù)應(yīng)用于彭湖高速公路建設(shè)項(xiàng)目，為建設(shè)節(jié)約型公路工程做出了有益的探索實(shí)踐證明：該技術(shù)可以明顯提高集料表面清潔度，改善集料表面的化學(xué)性能，增強(qiáng)集料與瀝青之間的粘附力，從而改進(jìn)了瀝青混合料的使用性能，有效防止瀝青路面的早期損壞；采用石灰水清洗集料工藝后，可以大大降低瀝青混合料拌和樓熱料倉粉塵排放，減少能源的消耗，降低CO2、SO2的排放量，取得了明顯的節(jié)能減排效果。該公司在石灰水清洗面層集料的技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了一套行之有效的工法，可操作性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景和價(jià)值，可在道路行業(yè)的節(jié)能減排工作中起到明顯的示范效應(yīng)。專家組組長：雷茂錦二〇〇九年十一月技術(shù)材料一、項(xiàng)目實(shí)施背景1988年滬嘉高速公路建成通車以后，我國的公路建設(shè)進(jìn)入了以高速公路為主的新時(shí)代，1988～2008年我國高速公路里程平均每年增加3015公里（其中瀝青路面超過80%）。我國采取了擴(kuò)大內(nèi)需的政策應(yīng)對國際金融危機(jī)，其中高速公路建設(shè)是投資的熱點(diǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2009年僅江西省在建和新建的高速公路就達(dá)到了1600公里。高速公路建設(shè)不可避免會消耗大量的資源和能源，據(jù)估算，新建1公里高速公路瀝青路面就需要0.84萬噸礦石集料、0.04萬噸瀝青，同時(shí)消耗5.7萬公斤重油、排放18.2萬公斤CO2和2.6萬公斤高速公路事業(yè)是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要支撐，也應(yīng)為節(jié)能減排做貢獻(xiàn)。采用一項(xiàng)新的技術(shù)修建高速公路，既可以提高其路面的使用性能和壽命，又可以降低修筑時(shí)消耗的能源，該技術(shù)就有利于實(shí)現(xiàn)高速公路社會效益、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的和諧統(tǒng)一。根據(jù)這種理念，經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)查和研究后，在彭湖高速公路建設(shè)中（彭湖高速公路路面結(jié)構(gòu)見圖1）使用了石灰水清洗面層集料的技術(shù)。熱拌瀝青混凝土面層，設(shè)計(jì)厚度18熱拌瀝青混凝土面層，設(shè)計(jì)厚度18㎝水泥穩(wěn)定碎石基層，設(shè)計(jì)厚度水泥穩(wěn)定碎石基層，設(shè)計(jì)厚度20㎝水泥穩(wěn)定碎石底水泥穩(wěn)定碎石底基層，設(shè)計(jì)厚度20㎝級配碎石底基層，設(shè)計(jì)厚度22級配碎石底基層，設(shè)計(jì)厚度22㎝路基路基圖1彭湖高速公路路面結(jié)構(gòu)二、基本原理（主要技術(shù)內(nèi)容）我國高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命為15年，但隨著交通量的增加和諸多因素的共同作用，使很多路面在通車幾年內(nèi)就發(fā)生了損壞，在國外習(xí)慣上將這種未達(dá)到使用壽命就出現(xiàn)的各種非正常損壞統(tǒng)稱為早期損壞。瀝青路面水損壞作為早期損壞的主要現(xiàn)象，在國內(nèi)外都進(jìn)行了很多系統(tǒng)的研究和討論，其研究成果表明，提高瀝青路面的水穩(wěn)定性是防止早期水損壞最有效的方法，而集料的表面性質(zhì)和清潔度都是影響瀝青路面水穩(wěn)定性的主要原因。一方面，瀝青是酸性的，根據(jù)異性相吸的原理，堿性表面的集料與瀝青的粘附性更好（與酸性表面的集料相比）；另一方面，集料表面的泥土、粉塵將成為其粘附瀝青的隔離劑，也就是說集料表面的潔凈程度越高，與瀝青粘結(jié)就越強(qiáng)，瀝青就越不容易從集料表面剝落，瀝青路面的水穩(wěn)定性也就越好。根據(jù)以上分析，在瀝青路面施工時(shí)，如果能在清洗面層集料的同時(shí)增加其表面的堿性，就可以有效提高路面的水穩(wěn)定性。石灰水是堿性的，那么采用石灰水清洗集料，就可以在改善集料表面清潔度的同時(shí)，使其表面的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為堿性。國內(nèi)外一些有影響力的研究成果也得出了同樣的結(jié)論，如SHRP研究計(jì)劃就指出改善集料與瀝青粘附性的最好辦法就是用石灰水處理（清洗）集料。在工程中應(yīng)用石灰水清洗集料后，我們發(fā)現(xiàn)用該技術(shù)處理的集料，在瀝青拌和樓生產(chǎn)瀝青混合料時(shí)，可以使熱料倉的粉料排出量降低56%，進(jìn)而顯著減少了瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)的資源能源消耗和CO2、SO2等氣體的排放。三、路面集料質(zhì)量控制的思路和做法（一）路面集料質(zhì)量控制的總體思路1、堅(jiān)持通過抓好路面材料源頭控制，為實(shí)現(xiàn)路面質(zhì)量控制“舒適、耐久”，提高路面使用壽命的目標(biāo)打下基礎(chǔ)；2、確定路面面層材料唯一料源，以保證巖質(zhì)和碎石規(guī)格，保證材料的穩(wěn)定性，真正實(shí)現(xiàn)配合比設(shè)計(jì)對施工的有效指導(dǎo)；3、通過循環(huán)石灰水水洗，嚴(yán)格控制路面規(guī)格料0.075mm以下含量指標(biāo)，提高碎石材料的粘附性。（二）路面集料質(zhì)量控制的做法1、項(xiàng)目前期進(jìn)行考察、調(diào)研并堅(jiān)定路面料水洗通過調(diào)研學(xué)習(xí)蘇、浙、皖、閩、粵、川、渝等省項(xiàng)目管理以及路面質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)，通過邀請?jiān)O(shè)備供應(yīng)商培訓(xùn)以及赴相關(guān)省份現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)，確定路面石灰水清洗碎石材料實(shí)現(xiàn)的可行性。圖2考察學(xué)習(xí)石灰水清洗面層集料技術(shù)2、編制指導(dǎo)意見書，明確路面材料質(zhì)量控制合同條款在招標(biāo)階段編制的《項(xiàng)目專用本》和《項(xiàng)目管理大綱》明確了標(biāo)化工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)室建設(shè)及檢測試驗(yàn)設(shè)備配置要求和路面?zhèn)淞系目傮w要求，頒布了《瀝青路面標(biāo)準(zhǔn)化施工指導(dǎo)意見書》，編制了項(xiàng)目施工總體進(jìn)度計(jì)劃表，為各規(guī)格料均衡生產(chǎn)、均衡儲存作了明確要求，努力貫徹時(shí)間是檢驗(yàn)工程質(zhì)量的永恒標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量目標(biāo)。圖3施工指導(dǎo)意見書3、組織實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)審查為避免監(jiān)理單位對承包人施工組織設(shè)計(jì)審查流于形式，項(xiàng)目辦組織總監(jiān)辦、高監(jiān)辦對承包人的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行專項(xiàng)審查，審查內(nèi)容包括：黑白站的建設(shè)及選址、黑白站場地面積及布局；實(shí)驗(yàn)室布局、面積及試驗(yàn)設(shè)備配置；料場材質(zhì)、儲量、運(yùn)輸條件、碎石加工工藝（吸塵及水洗）等，對駐地建設(shè)、試驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行專項(xiàng)驗(yàn)收，對料場現(xiàn)場核驗(yàn)并嚴(yán)格審批。保證路面中下面層油面料場各標(biāo)段僅批復(fù)一個(gè)，保證黑白站各規(guī)格料料庫滿足備料存儲要求，保證油面4.75mm以下集料全部搭棚儲存，中上面層細(xì)集料全部采用機(jī)制砂，4.75mm以上集料全部用石灰水循環(huán)水洗。4、料源選擇選擇儲量滿足施工需要，巖質(zhì)好（壓碎值、針片狀、黏附性）、開采條件好（覆蓋層?。?、運(yùn)輸條件佳的料場，由承包人提出3-4個(gè)備選方案，業(yè)主、監(jiān)理現(xiàn)場核查審批后才能使用。5、宕口石料破碎設(shè)備全線統(tǒng)一路面各結(jié)構(gòu)層各檔碎石材料規(guī)格，統(tǒng)一全線振動篩網(wǎng)尺寸，保證級配穩(wěn)定。為降低碎石的針片狀顆粒含量，并提高其表面粗糙度和棱角性，要求配置大功率制砂機(jī)，中、上面層集料必須采用機(jī)制砂。6、拌合站建設(shè)嚴(yán)格審查拌和站占地面積，要求其須滿足備料需要，為保證施工高潮期有充足的碎石材料供應(yīng)，料倉應(yīng)有足夠大的面積，滿足儲備總用量不少于70%的集料。拌和場及碎石加工場內(nèi)料倉場地采用18cm厚的水穩(wěn)基層料硬化，場區(qū)道路采用了20cm厚C20混凝土硬化，并設(shè)置橫坡、漿砌片石排水溝等排水設(shè)施，保證場內(nèi)排水暢通及材料潔凈。采用高2m硬隔墻隔離各料倉，保證各檔集料分隔堆放、不竄料。對4.75mm以下的細(xì)集料與機(jī)制砂要求安裝大棚，可有效防止雨淋保證級配穩(wěn)定，縮短了烘干時(shí)間，節(jié)省了燃料。7、石灰水循環(huán)清洗路面集料石灰水是堿性的，通過石灰水清洗集料，在改善集料表面清潔度的同時(shí)，使其表面堿性增強(qiáng)，提高黏附性，而且石灰水經(jīng)逐級沉淀后可反復(fù)利用，不會造成資源浪費(fèi)。四、石灰水清洗面層集料技術(shù)的生產(chǎn)工藝及效果經(jīng)石灰水清洗的面層集料和未經(jīng)經(jīng)石灰水清洗的面層集料的見圖4，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測結(jié)果見表1，生產(chǎn)工藝見圖5。圖4石灰水清洗前后面層集料技術(shù)的對比表1經(jīng)水洗和未經(jīng)水洗集料（石灰?guī)r）的性能檢測結(jié)果集料規(guī)格表觀相對密度吸水率（%）0.075mm通過率（%）粘附性（重交瀝青、水浸法）經(jīng)水洗未水洗經(jīng)水洗未水洗19-26.5mm2.7390.340.210.695級4級9.5-19mm2.7380.480.270.735級4級4.75-9.5mm2.7350.630.380.895級4級規(guī)范要求≥2.5≤3≤1≤1≥4≥4經(jīng)石灰水清洗后：①三檔集料0.075mm篩孔的通過率分別減少了69.6%、63.0%和57.3%（平均63.3%），說明其含泥量已顯著降低；②改善了集料與瀝青粘附性，其粘附性由4級升為5級。圖5石灰水清洗面層集料技術(shù)的生產(chǎn)工藝五、項(xiàng)目保證措施料源選擇：在保證集料性能的前提下，集料料源（礦山）的風(fēng)化土層越薄越好。圖6石灰?guī)r礦山沉淀池容積：沉淀池的容積要足夠大，以保證5級沉淀池中水的清潔度。圖7五級沉淀池防止再次污染：水洗集料生產(chǎn)場必須硬化，防止鏟料時(shí)的二次泥土污染。圖8集料水洗區(qū)六、項(xiàng)目成效（一）、社會效益石灰水清洗面層集料技術(shù)可以根本上解決了集料與瀝青的粘附問題，同時(shí)有利于解決瀝青路面的水損壞問題，并延長其使用壽命，提高其服務(wù)水平，極大的方便了人們的出行。（二）、經(jīng)濟(jì)效益1、長期經(jīng)濟(jì)效益石灰水清洗面層集料技術(shù)可以延長瀝青路面的使用壽命，也就降低了建設(shè)期的維修費(fèi)用。2、直接經(jīng)濟(jì)效益在瀝青混合料拌和過程中熱料倉總會有粉塵排出，據(jù)估算，排出的粉塵為5%，經(jīng)石灰水清洗集料后可以減少粉塵排放56%，那么經(jīng)石灰水清洗后，面層材料平均排出的粉塵為2.2%（減少2.8%）。修筑一平方米瀝青路面，如果少排2.8%的熱料倉粉塵，大約可以節(jié)?。喝剂腺M(fèi)0.08公斤重油0.28元+拌和樓機(jī)械磨損費(fèi)0.06元+電費(fèi)0.05元+原料運(yùn)輸儲存上料費(fèi)0.08元+溢料處理費(fèi)0.06元=0.53元。清洗一平方米瀝青路面的碎石，多消耗的費(fèi)用大約為：振動篩電費(fèi)0.35元+振動篩磨損費(fèi)0.04元+抽水電費(fèi)0.08元+水費(fèi)0.06元=0.53元。說明采用石灰水清洗面層集料技術(shù)基本不會增加建設(shè)成本。（三）、環(huán)境效益1、節(jié)約能源消耗每加熱1噸瀝青混合料拌和樓熱料倉的集料需要消耗6.5公斤重油，采用石灰水清洗集料后，可以減少熱料倉的溢料率，每新建1公里高速公路瀝青路面，就能減少溢料0.02萬噸，也就節(jié)約了0.13萬公斤的重油。彭湖高速公路64公里，可以節(jié)約8.3萬公斤2、減排燃燒1公斤重油會排放3.2公斤CO2和0.45公斤SO2，那么采用石灰水清洗集料后，每新建1公里高速公路瀝青路面節(jié)約0.13萬公斤的重油，就可少排0.42萬公斤CO2和0.059公斤SO2。彭湖高速公路64公里，可以減少23、改善施工條件。石灰水清洗集料可以大大降低集料加工場和瀝青混合料場的粉塵污染，改善了施工條件，有利于現(xiàn)場施工人員的健康。七、應(yīng)用范圍和前景（一）、應(yīng)用范圍石灰水清洗面層集料的技術(shù)適用熱拌瀝青混合料用于面層的高速公路新建或維修工程。（二）、應(yīng)用前景根據(jù)《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，我國的高速公路總規(guī)模約8.5萬公里，現(xiàn)已通車6萬公里，全國還要新建2.5萬公里高速公路。如果將石灰水清洗面層集料的技術(shù)應(yīng)用在新建的2.5萬公里高速公路工程中，其節(jié)能減排的效果將非常顯著（見表2）。表2冷再生技術(shù)的節(jié)能減排效果項(xiàng)目節(jié)約重油/萬公斤減少CO2排放量/萬公斤減少SO2排放量/萬公斤效果3250105001475綜上所述，推廣應(yīng)用石