石灰水清洗面层集料技术在彭湖高速公路中的应用

PAGE江西省交通运输行业首批节能减排示范项目材料——石灰水清洗面层集料技术在彭湖高速公路中的应用综合点评高速公路是我国重要的基础设施项目，按照国家建设资源节约型、环境友好型社会总体要求，交通运输管理部门在高速公路建设中须高度重视节能减排及环境保护工作。江西赣粤高速公路股份有限公司经营管理江西省的高速公路达558公里，旗下各条运营和在建的高速公路均系国家及省内高速公路网络的重要组成部分。该公司本着防止沥青路面早期损坏、提高高速公路服务水平、节约建设成本、减少建设期能源消耗和保护环境的宗旨，在省内首次将石灰水清洗面层集料技术应用于彭湖高速公路建设项目，为建设节约型公路工程做出了有益的探索实践证明：该技术可以明显提高集料表面清洁度，改善集料表面的化学性能，增强集料与沥青之间的粘附力，从而改进了沥青混合料的使用性能，有效防止沥青路面的早期损坏；采用石灰水清洗集料工艺后，可以大大降低沥青混合料拌和楼热料仓粉尘排放，减少能源的消耗，降低CO2、SO2的排放量，取得了明显的节能减排效果。该公司在石灰水清洗面层集料的技术方面积累了丰富的经验，形成了一套行之有效的工法，可操作性强，经济效益和社会效益明显，具有广泛的推广应用前景和价值，可在道路行业的节能减排工作中起到明显的示范效应。专家组组长：雷茂锦二〇〇九年十一月技术材料一、项目实施背景1988年沪嘉高速公路建成通车以后，我国的公路建设进入了以高速公路为主的新时代，1988～2008年我国高速公路里程平均每年增加3015公里（其中沥青路面超过80%）。我国采取了扩大内需的政策应对国际金融危机，其中高速公路建设是投资的热点，据统计2009年仅江西省在建和新建的高速公路就达到了1600公里。高速公路建设不可避免会消耗大量的资源和能源，据估算，新建1公里高速公路沥青路面就需要0.84万吨矿石集料、0.04万吨沥青，同时消耗5.7万公斤重油、排放18.2万公斤CO2和2.6万公斤高速公路事业是经济社会发展的重要支撑，也应为节能减排做贡献。采用一项新的技术修建高速公路，既可以提高其路面的使用性能和寿命，又可以降低修筑时消耗的能源，该技术就有利于实现高速公路社会效益、经济效益与环保效益的和谐统一。根据这种理念，经过详细的调查和研究后，在彭湖高速公路建设中（彭湖高速公路路面结构见图1）使用了石灰水清洗面层集料的技术。热拌沥青混凝土面层，设计厚度18热拌沥青混凝土面层，设计厚度18㎝水泥稳定碎石基层，设计厚度水泥稳定碎石基层，设计厚度20㎝水泥稳定碎石底水泥稳定碎石底基层，设计厚度20㎝级配碎石底基层，设计厚度22级配碎石底基层，设计厚度22㎝路基路基图1彭湖高速公路路面结构二、基本原理（主要技术内容）我国高速公路沥青路面的设计寿命为15年，但随着交通量的增加和诸多因素的共同作用，使很多路面在通车几年内就发生了损坏，在国外习惯上将这种未达到使用寿命就出现的各种非正常损坏统称为早期损坏。沥青路面水损坏作为早期损坏的主要现象，在国内外都进行了很多系统的研究和讨论，其研究成果表明，提高沥青路面的水稳定性是防止早期水损坏最有效的方法，而集料的表面性质和清洁度都是影响沥青路面水稳定性的主要原因。一方面，沥青是酸性的，根据异性相吸的原理，碱性表面的集料与沥青的粘附性更好（与酸性表面的集料相比）；另一方面，集料表面的泥土、粉尘将成为其粘附沥青的隔离剂，也就是说集料表面的洁净程度越高，与沥青粘结就越强，沥青就越不容易从集料表面剥落，沥青路面的水稳定性也就越好。根据以上分析，在沥青路面施工时，如果能在清洗面层集料的同时增加其表面的碱性，就可以有效提高路面的水稳定性。石灰水是碱性的，那么采用石灰水清洗集料，就可以在改善集料表面清洁度的同时，使其表面的化学性质表现为碱性。国内外一些有影响力的研究成果也得出了同样的结论，如SHRP研究计划就指出改善集料与沥青粘附性的最好办法就是用石灰水处理（清洗）集料。在工程中应用石灰水清洗集料后，我们发现用该技术处理的集料，在沥青拌和楼生产沥青混合料时，可以使热料仓的粉料排出量降低56%，进而显著减少了沥青混合料生产时的资源能源消耗和CO2、SO2等气体的排放。三、路面集料质量控制的思路和做法（一）路面集料质量控制的总体思路1、坚持通过抓好路面材料源头控制，为实现路面质量控制“舒适、耐久”，提高路面使用寿命的目标打下基础；2、确定路面面层材料唯一料源，以保证岩质和碎石规格，保证材料的稳定性，真正实现配合比设计对施工的有效指导；3、通过循环石灰水水洗，严格控制路面规格料0.075mm以下含量指标，提高碎石材料的粘附性。（二）路面集料质量控制的做法1、项目前期进行考察、调研并坚定路面料水洗通过调研学习苏、浙、皖、闽、粤、川、渝等省项目管理以及路面质量控制经验，通过邀请设备供应商培训以及赴相关省份现场观摩学习，确定路面石灰水清洗碎石材料实现的可行性。图2考察学习石灰水清洗面层集料技术2、编制指导意见书，明确路面材料质量控制合同条款在招标阶段编制的《项目专用本》和《项目管理大纲》明确了标化工地建设标准、试验室建设及检测试验设备配置要求和路面备料的总体要求，颁布了《沥青路面标准化施工指导意见书》，编制了项目施工总体进度计划表，为各规格料均衡生产、均衡储存作了明确要求，努力贯彻时间是检验工程质量的永恒标准的质量目标。图3施工指导意见书3、组织实施性施工组织设计审查为避免监理单位对承包人施工组织设计审查流于形式，项目办组织总监办、高监办对承包人的施工组织设计进行专项审查，审查内容包括：黑白站的建设及选址、黑白站场地面积及布局；实验室布局、面积及试验设备配置；料场材质、储量、运输条件、碎石加工工艺（吸尘及水洗）等，对驻地建设、试验室建设进行专项验收，对料场现场核验并严格审批。保证路面中下面层油面料场各标段仅批复一个，保证黑白站各规格料料库满足备料存储要求，保证油面4.75mm以下集料全部搭棚储存，中上面层细集料全部采用机制砂，4.75mm以上集料全部用石灰水循环水洗。4、料源选择选择储量满足施工需要，岩质好（压碎值、针片状、黏附性）、开采条件好（覆盖层薄）、运输条件佳的料场，由承包人提出3-4个备选方案，业主、监理现场核查审批后才能使用。5、宕口石料破碎设备全线统一路面各结构层各档碎石材料规格，统一全线振动筛网尺寸，保证级配稳定。为降低碎石的针片状颗粒含量，并提高其表面粗糙度和棱角性，要求配置大功率制砂机，中、上面层集料必须采用机制砂。6、拌合站建设严格审查拌和站占地面积，要求其须满足备料需要，为保证施工高潮期有充足的碎石材料供应，料仓应有足够大的面积，满足储备总用量不少于70%的集料。拌和场及碎石加工场内料仓场地采用18cm厚的水稳基层料硬化，场区道路采用了20cm厚C20混凝土硬化，并设置横坡、浆砌片石排水沟等排水设施，保证场内排水畅通及材料洁净。采用高2m硬隔墙隔离各料仓，保证各档集料分隔堆放、不窜料。对4.75mm以下的细集料与机制砂要求安装大棚，可有效防止雨淋保证级配稳定，缩短了烘干时间，节省了燃料。7、石灰水循环清洗路面集料石灰水是碱性的，通过石灰水清洗集料，在改善集料表面清洁度的同时，使其表面碱性增强，提高黏附性，而且石灰水经逐级沉淀后可反复利用，不会造成资源浪费。四、石灰水清洗面层集料技术的生产工艺及效果经石灰水清洗的面层集料和未经经石灰水清洗的面层集料的见图4，各项技术指标的检测结果见表1，生产工艺见图5。图4石灰水清洗前后面层集料技术的对比表1经水洗和未经水洗集料（石灰岩）的性能检测结果集料规格表观相对密度吸水率（%）0.075mm通过率（%）粘附性（重交沥青、水浸法）经水洗未水洗经水洗未水洗19-26.5mm2.7390.340.210.695级4级9.5-19mm2.7380.480.270.735级4级4.75-9.5mm2.7350.630.380.895级4级规范要求≥2.5≤3≤1≤1≥4≥4经石灰水清洗后：①三档集料0.075mm筛孔的通过率分别减少了69.6%、63.0%和57.3%（平均63.3%），说明其含泥量已显著降低；②改善了集料与沥青粘附性，其粘附性由4级升为5级。图5石灰水清洗面层集料技术的生产工艺五、项目保证措施料源选择：在保证集料性能的前提下，集料料源（矿山）的风化土层越薄越好。图6石灰岩矿山沉淀池容积：沉淀池的容积要足够大，以保证5级沉淀池中水的清洁度。图7五级沉淀池防止再次污染：水洗集料生产场必须硬化，防止铲料时的二次泥土污染。图8集料水洗区六、项目成效（一）、社会效益石灰水清洗面层集料技术可以根本上解决了集料与沥青的粘附问题，同时有利于解决沥青路面的水损坏问题，并延长其使用寿命，提高其服务水平，极大的方便了人们的出行。（二）、经济效益1、长期经济效益石灰水清洗面层集料技术可以延长沥青路面的使用寿命，也就降低了建设期的维修费用。2、直接经济效益在沥青混合料拌和过程中热料仓总会有粉尘排出，据估算，排出的粉尘为5%，经石灰水清洗集料后可以减少粉尘排放56%，那么经石灰水清洗后，面层材料平均排出的粉尘为2.2%（减少2.8%）。修筑一平方米沥青路面，如果少排2.8%的热料仓粉尘，大约可以节省：燃料费0.08公斤重油0.28元+拌和楼机械磨损费0.06元+电费0.05元+原料运输储存上料费0.08元+溢料处理费0.06元=0.53元。清洗一平方米沥青路面的碎石，多消耗的费用大约为：振动筛电费0.35元+振动筛磨损费0.04元+抽水电费0.08元+水费0.06元=0.53元。说明采用石灰水清洗面层集料技术基本不会增加建设成本。（三）、环境效益1、节约能源消耗每加热1吨沥青混合料拌和楼热料仓的集料需要消耗6.5公斤重油，采用石灰水清洗集料后，可以减少热料仓的溢料率，每新建1公里高速公路沥青路面，就能减少溢料0.02万吨，也就节约了0.13万公斤的重油。彭湖高速公路64公里，可以节约8.3万公斤2、减排燃烧1公斤重油会排放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公里高速公路沥青路面节约0.13万公斤的重油，就可少排0.42万公斤CO2和0.059公斤SO2。彭湖高速公路64公里，可以减少23、改善施工条件。石灰水清洗集料可以大大降低集料加工场和沥青混合料场的粉尘污染，改善了施工条件，有利于现场施工人员的健康。七、应用范围和前景（一）、应用范围石灰水清洗面层集料的技术适用热拌沥青混合料用于面层的高速公路新建或维修工程。（二）、应用前景根据《国家高速公路网规划》，我国的高速公路总规模约8.5万公里，现已通车6万公里，全国还要新建2.5万公里高速公路。如果将石灰水清洗面层集料的技术应用在新建的2.5万公里高速公路工程中，其节能减排的效果将非常显著（见表2）。表2冷再生技术的节能减排效果项目节约重油/万公斤减少CO2排放量/万公斤减少SO2排放量/万公斤效果3250105001475综上所述，推广应用石