一种用于水泥石膏复合稳定钢渣基层施工的摊铺机及施工工法 |
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| 申请号 | CN202110776809.3 | 申请日 | 2021-07-09 | 公开(公告)号 | CN113445381B | 公开(公告)日 | 2022-08-05 |
| 申请人 | 包头市公路工程股份有限公司; | 发明人 | 赵俊利; 韩文波; 屈云龙; 张永坤; 薛小飞; 白宇光; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种用于 水 泥 石膏 复合稳定 钢 渣 基层 施工的 摊铺机 及施工工法，包括施工准备、施工放样、集中拌合混合料、混合料运输、摊铺机摊铺混合料、混合料 压实 成型、 质量 检查、洒水养生、交通管制以及交验等步骤。本发明还公开了一种摊铺机，包括摊铺机构、测量机构、切断机构、清理机构；测量机构设置在摊铺机构的后端，切断机构设置在测量机构的后端，清理机构设置在摊铺机构的前端。该摊铺机便于横缝处理，利于后续衔接，能够快速测量摊铺厚度，清理路面杂质且能够保持路面湿润。本发明所用 脱硫 石膏和钢渣均为钢 铁 企业的固体废弃物，减少了企业固废造成的环境污染，又减少了公路施工 骨料 采集造成自然环境破坏，比传统工艺更为生态环保，具有社会及经济效益优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于水泥石膏复合稳定钢渣基层施工的摊铺机，其特征在于，所述摊铺机包括摊铺机构(100)、测量机构(200)、切断机构(300)和清理机构(400)；所述测量机构(200)设置在摊铺机构(100)的后端，所述切断机构(300)设置在测量机构(200)的后端，所述清理机构(400)设置在摊铺机构(100)的前端；所述测量机构(200)用于在摊铺过程中自动测量路面的摊铺厚度，所述切断机构(300)用于摊铺过程中的横缝处理；所述清理机构(400)用于对未摊铺路面下承层的进一步清理及保持路面湿润； |
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| 说明书全文 | 一种用于水泥石膏复合稳定钢渣基层施工的摊铺机及施工工法 技术领域背景技术[0002] 近年来，随着我国可持续发展战略的实施，人们环保意识增强，政府对天然砂石无序开采的监管力度日益加大。道路建设所用的天然集料供需矛盾日渐突出。针对上述日益突出的资源短缺、环境损害等问题，深入系统地开展大宗工业固体废弃物作为道路建筑材料的关键技术研究，实现相关技术的产业化成为当务之急。为了积极响应“绿水青山就是金山银山”的号召，作为公路工程施工企业应该从环保和固体废物利用的角度出发，结合当地公路施工材料情况，积极寻找成本更低、质量较高基层施工工法。目前，钢铁企业产生的大量脱硫石膏和钢渣等固体废弃物由于没有得到有效的利用，对环境造成了严重的污染，同时也造成了严重的资源浪费。而目前公路施工过程中所需的骨料大多还是从自然环境中采集，进一步造成了自然环境的破坏和自然资源的消耗。 [0003] 另外，在对路面进行施工时，中间不能随意的中断，摊铺机因故障或者其他原因导致装置停工时，往往需要人工将路面进行切断，这就使得浪费大量的人力，物力，且横缝设置的并不符合要求，不利于后续的衔接，且目前的测量摊铺路基的厚度往往采用的是人工跟随测量，测量的数据并不是很准确，且人工跟随测量，可能会导致测量人员受到伤害，在对路面进行摊铺时，传统的装置对于路面上的杂物难以清理，影响摊铺的效果，且难以使得路面保持湿润，进而影响摊铺及熨平。 发明内容[0004] 为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层施工工法，以提高钢铁企业产生的脱硫石膏和钢渣等固体废弃物的利用价值，同时降低因公路施工骨料采集造成的自然环境破坏。 [0005] 本发明提供如下技术方案： [0006] 一种水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，包括施工准备、施工放样、集中拌合混合料、混合料运输、摊铺机摊铺混合料、混合料压实成型、质量检查、洒水养生、交通管制以及交验； [0007] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，在步骤A中：施工准备包括原材料的验收，所述原材料由水泥、钢渣、脱硫石膏和水组成，水泥、钢渣和脱硫石膏三者的重量之比为(3～5)：(91～93)：4，水的加入量为水泥、钢渣和脱硫石膏三者总重量的5‑7wt％。 [0008] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述水泥的初凝时间大于或等于4小时、终凝时间大于或等于6.5小时；所述水泥的入罐温度小于或等于50℃；所述水泥的出炉天数大于7天；所述水泥为PO32.5缓凝水泥。 [0009] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述钢渣为露天堆放陈化10‑14月的老渣；粒径大于10mm且小于或等于30mm的钢渣颗粒占所述钢渣总重量的45wt％，粒径大于5mm且小于或等于10mm的钢渣颗粒占所述钢渣总重量的10wt％，粒径大于0mm且小于或等于 5mm钢渣颗粒占所述钢渣总重量的45wt％，所述钢渣中针片状钢渣颗粒的含量小于或等于 18wt％；所述钢渣的压碎值小于或等于26％；所述钢渣中游离氧化钙的含量小于或等于 1.94wt％。 [0010] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，在所述钢渣中：SiO2的含量为18.88wt％，CaO的含量为45.36wt％，MgO的含量为6.95wt％，Al2O3的含量为4.29wt％，Fe2O3的含量为5.96wt％，P2O5的含量为0.463wt％；所述钢渣的烧失量为0.63wt％； [0011] 在所述钢渣中：粒径大于10mm且小于或等于30mm的钢渣颗粒的含水量为0.53wt％、吸水率为1.16wt％、表观相对密度为3.243g/cm3，所述粒径大于5mm且小于或等于10mm的钢渣颗粒的含水量为0.42wt％、吸水率为1.43wt％、表观相对密度为3.251g/cm3，所述粒径大于0mm且小于或等于5mm钢渣颗粒的含水量为0.71wt％、吸水率为1.32wt％、表观相对密度为3.264g/cm3；所述钢渣的压碎值为17.6％；所述钢渣中游离氧化钙的含量为 1.94wt％； [0012] 在所述脱硫石膏中：Ca的含量为27.5wt％，Mg的含量为0.357wt％，Si的含量为1.38wt％，Al的含量为0.886wt％，Fe的含量为0.328wt％，Ti的含量小于0.03wt％，Cr的含量小于0.02wt％，Mn的含量小于0.02wt％，Cu的含量小于0.01wt％，V的含量小于0.02wt％。 [0013] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，在步骤E中，摊铺机摊铺混合料的摊铺厚度为20cm；步骤E还包括横缝处理；所述横缝处理方法为：在一段摊铺施工结束时，摊铺机在接近端部前1m处将熨平板抬起驶离现场，人工将端部混合料铲齐后，再碾压密实，然后用3m直尺检查平整度，刨除端部层厚不足部分，使下次施工时成垂直连接。 [0014] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，在步骤E中，所述摊铺机包括摊铺机构、测量机构、切断机构、清理机构；所述测量机构设置在摊铺机构的后端，所述切断机构设置在测量机构的后端，所述清理机构设置在摊铺机构的前端；所述测量机构用于在摊铺过程中自动测量路面的摊铺厚度，所述切断机构用于摊铺过程中的横缝处理；所述清理机构用于对未摊铺路面下承层的进一步清理及保持路面湿润。 [0015] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述摊铺机构包括分料仓、收缩杆、螺纹送料器、熨平板、加热管、控制器；所述分料仓的底部开设有出料口，所述分料仓的顶部为进料端，所述分料仓的顶部设置有收缩杆，所述收缩杆连接粉料仓与动力机构，所述螺纹送料器设置在分料仓的内部，所述螺纹送料器的外表面为缠绕形叶片，所述螺纹送料器横向放置于分料仓的内部，所述分料仓的后端设置有熨平板，所述熨平板为伸缩形，所述熨平板的内部设置有加热机构，所述加热机构包括加热管与控制器，所述加热管设置在熨平板的内部，所述加热管贴合熨平板的内壁，所述控制器设置在熨平板的内部，所述控制器调节加热管的温度。 [0016] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述测量机构包括第一气缸、固定块、测量杆、刻度盘、信号传感器、光杆、检测杆、检测传感器、滑动杆、滑动环、测量板、预平板、振动板、振动器、弹簧、调节板、调节螺栓、刻度尺；所述第一气缸由定时器进行控制，所述第一气缸的顶部固定安装有固定块，所述固定块顶部与熨平板固定连接，所述第一气缸的输出端与测量杆固定连接，所述测量杆形状呈圆柱形，所述测量杆的底部为锥形，所述测量杆的外表面的上部位置开设有刻度盘，所述刻度盘设置有刻度，所述刻度盘的外表面设置有信号传感器，所述信号传感器的数量为多个，多个所述信号传感器竖直排放在刻度的一端，多个所述信号传感器每隔2cm放置一个，所述测量杆的外表面的两侧固定安装有连接块，所述连接块的数量为四块，四块所述连接块两两为一组，每组所述连接块分别固定安装在测量杆的外表面的上下两端，每组所述连接块的中部固定安装有光杆，所述光杆的外表面滑动连接有连接块，所述连接块的外表面固定安装有检测杆，所述检测杆为环形，套接在所述测量杆的外表面，所述检测杆的顶部固定安装有检测传感器，所述检测传感器与其中一个信号传感器接触时，能检测到信号传感器放出的信号，所述检测杆的底部固定安装有滑动杆，所述滑动杆的外表面固定安装有滑动环，所述滑动环滑动连接在测量杆的外表面，所述滑动杆的底部固定安装有测量板，所述测量板的底部可与地面直接接触，所述测量板的下表面与测量杆等高；所述预平板的顶部设置在熨平板的前端，所述预平板的内底壁开设有空腔，所述空腔的内部设置有振动板所述振动板的底部与铺平后的路面之间距离相差5cm左右，所述振动板的外表面设置有振动器，所述振动器设置在预平板内底壁的空腔内，所述预平板的左侧固定安装有弹簧，所述弹簧的左端与熨平板的右侧固定连接，所述弹簧采用弹性较高的材料制成；所述调节板的内部开设有卡接槽，所述卡接槽的内部设置有调节螺栓，所述调节螺栓贯穿至调节板内部的卡接槽，所述调节板通过调节螺栓与分料仓的侧面连接，所述调节板的外表面固定安装有指针，所述指针的一端滑动连接在刻度尺的外表面，所述刻度尺的顶部固定安装在分料仓的底部，所述调节板的底部为弧形。 [0017] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述切断机构包括切断箱、第二气缸、切断刀、挡板、第一电机、丝杠、螺纹筒、按压板、减压弹簧、动作传感器、升降杆、升降器、滑板、滑块、清理辊、滑动器、第二电机、传动带、第一伸缩杆、第三气缸、挤压板、接收器；所述切断箱设置在第一气缸的左端，所述切断箱内顶壁的中部位置固定安装有第二气缸，所述第二气缸的输出端固定安装有切断刀，所述切断刀的外表面固定安装有挡板，所述切断刀的底部设置有斜面，所述切断箱内顶壁的左侧位置固定安装有第一电机，所述第一电机的输出端固定安装有丝杠，所述丝杠的外表面转动连接有螺纹筒，所述螺纹筒的底部通过轴承安装有按压板，所述按压板的外表面设置有减压弹簧，所述减压弹簧的数量为两个，左端的所述减压弹簧在缩回状态下使用，与所述切断箱接触，右端所述减压弹簧在工作状态下使用，与切断刀外表面的挡板的底部接触；所述切断箱的内部的右端固定设置有动作传感器，所述动作传感器的可与升降杆的顶部接触，所述升降杆的外表面设置有升降器，所述升降杆的底部固定安装有滑板，所述滑板的侧面开设有第一滑槽，所述第一滑槽贯穿至滑板的侧面，所述第一滑槽的内部滑动连接有滑块，所述滑块的内部转动连接有清理辊，所述滑板的顶部开设有第二滑槽，所述第二滑槽的内部滑动连接有滑动器，所述滑动器的顶部固定安装有第二电机，所述第二电机的输出端与传动带的一端连接，所述传动带的另一端与清理辊连接，所述切断箱的右端的底部固定安装有第一伸缩杆，所述第一伸缩杆的底部设置有第三气缸，所述第三气缸的输出端固定安装有挤压板,所述第三气缸的外表面设置有接收器，所述接收器与动作传感器连接，所述升降杆缩回时，所述动作传感器发出信号，接收器能够接收到信号，所述第三气缸动作。 [0018] 上述水泥石膏复合稳定钢渣基层施工工法，所述清理机构包括清理箱、水箱、喷水板、第二伸缩杆、清理板、传送带；所述清理箱的固定安装在分料仓的前端，所述清理箱的内顶壁固定安装水箱，所述水箱的底部插接有出水管，所述出水管的一端固定插接至喷水板的内部，所述清理箱的侧面开设有清理孔，所述清理孔的顶部固定安装有第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的一端设置有清理板，所述清理板的底部开设有缝隙，所述清理箱的内部的右端设置有传送带，所述传送带为斜面放置，所述传送带的进料端设置在清理孔的一侧。 [0019] 本发明的施工工法在施工准备阶段除了准备原材料之外还包括试验段摊铺和下承层准备工作，其中试验段摊铺的目的是：通过试验段确定现场人员配备、设备类型、机械最佳组合方式，碾压遍数、碾压速度、松铺厚度，材料的最佳含水量，准确控制出松铺系数。下承层准备工作为：下承层经过自检、并经监理工程师验收合格后，即路面基层施工前，将下承层表面杂物清除干净，提前洒水，始终保持湿润，不留有花白地面。 [0020] 在水泥的选择上，应采用缓凝普通硅酸盐水泥，不应采用早强水泥，受外界影响而变质的水泥不得采用。水泥各龄期强度、安定性、细度等应符合《通用硅酸盐水泥》(GB175‑2007)中的相关规定。如采用散装水泥，在水泥进场入罐时，要了解其出炉天数。刚出炉的水泥，要停放七天，且安定性合格后才能使用，夏季高温作业时，散装水泥入罐温度不能高于 50℃，否则应采取降温措施。 [0021] 冷却后的钢渣(新渣)是一种不稳定渣，不能直接使用。钢渣属工艺岩，与天然岩相比，主要区别是安定性差。其安定性取决于自由基氧化钙即游离氧化钙(f‑CaO)含量。游离氧化钙(f‑CaO)与水消解成氢氧化钙产生体积膨胀粉化。钢渣破碎的越细，其稳定性来得越早。经检测发现，露天堆放陈化一年左右，钢渣的膨胀粉化现象即告完成(称为老渣或陈渣)才可作为工程原料投入使用，钢渣的颗粒级配符合要求，用于基层的原材料必须进行标准试验，具体指标符合《公路基层施工技术细则》(JTGTF20‑2015)的要求。 [0022] 脱硫石膏存放过程中进行覆盖并与地面隔离至少20cm，防止雨淋。使用前过筛，减少结块，使其能与骨料充分拌合。 [0024] 本发明的施工工艺原理： [0025] 水泥稳定钢渣的强度有两部分组成:一是集料之间的相互嵌挤形成的骨架强度(物理强度)；二是结合料之间、结合料与集料之间的胶结强度(化学强度)。其强度形成和发展的过程主要包括以下几方面： [0027] 水泥的水化产物在钢渣的孔隙中相互交织搭接，将钢渣颗粒包裹连接起来，并且随着水化产物的增加，混合料也逐渐坚固起来。 [0028] (2)水泥水化产物与钢渣间的反应 [0029] 钢渣的主要活性成分是氧化硅和氧化铝，氧化硅和氧化铝在碱性环境下被溶蚀，在液固界或液相中与钙离子作用，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙、水化铝酸钙等水硬性水化产物。该反应多在水泥浆体的孔隙中进行，可以显著降低混合料内部结构的孔隙率，提高混合料的密实度。 [0030] (3)钢渣与脱硫石膏间的反应 [0031] 为使水泥稳定钢渣强度得到进一步加强，利用脱硫石膏作为激发剂，碱性的脱硫石膏提高了液相碱度从而加速硅酸二钙，硅酸三钙的水化反应，激发了钢渣的活性。 [0032] (4)机械压实作用 [0033] 钢渣颗粒之间的内摩阻力由于钢渣表面布满了孔隙而增大，传统压实方法不容易压密。添加脱硫石膏，填充到钢渣表面空隙，减少了内摩阻力，更容易压实。 [0034] 本发明把包头地区生产的工业废弃物‑‑脱硫石膏和钢渣应用到基层施工中，经过大量试验、试验路段验证及经济效果对比分析，并与传统施工中的水稳碎石基层比较，具有成本低、质量高的优点，对于降低道路工程造价、减少环境污染、缓解优质集料过度开采带来的植被破坏、促进我国可持续发展战略的顺利实施具有重要的技术与经济意义。另外，水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层施工工法的应用，减少了骨料开采和复垦等环节，大大降低了工程费用；采用钢渣作为筑路材料，使工程施工更生态环保，节省了钢铁企业及政府环境治理费用，实现变废为宝。 [0035] 具体来说，本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果： [0036] (1)本发明所用脱硫石膏和钢渣均为钢铁企业的固体废弃物，这类固体废弃物的大量利用不仅提高了钢渣固体废弃物的资源化利用效率，缓解优质集料过度开采以及公路施工骨料采集等带来的自然环境破坏，解决了集料的供需矛盾，同时还减少了企业固废造成的环境污染，解决了脱硫石膏和钢渣这种固体废弃物因堆放而带来的大量占用土地、污染环境等问题。与传统工艺相比，本发明是一种绿色环保技术，节省了钢铁企业及政府环境治理费用，实现变废为宝，使工程施工更为生态环保，具有社会效益优势。 [0037] (2)本发明所用脱硫石膏和钢渣均为钢铁企业的固体废弃物，与普通基层用碎石材料相比，减少了骨料开采和复垦等环节，原料成本低,大大降低了工程费用，同时还节约了工业废渣的处理费用，对化工企业具有降低施工成本、节约工业废渣处理费用的巨大经济优势。 [0038] (3)本发明采用钢渣做基层骨料，脱硫石膏作为外加剂，强度高，容易压实，且水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层性能较稳定，短期内基本不需要特殊的养护，能有效降低养护费用，适用于公路工程、市政工程路面基层施工，具有路用性能使用优势。 [0039] (4)本发明提供了一种新型摊铺设备，通过在摊铺设备上设置测量杆、预平板和调节板，能够使得设备在进行工作时，实现自动测量路面的厚度，从而保证测量数据的准确性，且不需要人工跟随，省时省力。在对路面进行摊铺熨平时，第一气缸动作，通过设定定时器的时间，每隔一段时间第一气缸启动，使得测量杆插入刚摊铺好的路面内，测量板与地面进行接触，检测杆向上滑动，此时检测传感器将会在测量板的外表面进行滑动，使得检测传感器与不同刻度上的信号传感器进行接触，使得测量出的厚度能够传输到中控屏幕上，及时调整厚度，不再需要人工跟随进行测量，保证施工的正常运行。同时预平板将分料仓倒出的物料进行初步的铺平，预平板内部的振动器进行振动，使得振动板对物料进行初步的铺平，减小熨平板的工作难度，使得熨平板能够更加快速的进行熨平。根据摊铺的厚度，使用螺栓调节调节板的位置，使得调节板的底部能够与未摊铺时的地基进行接触，即调节板底部与熨平板底部之间的距离为摊铺的厚度，通过调节板的设置，能够及时发现摊铺厚度的问题，进而及时进行调整。 [0040] (5)本发明所提供的摊铺设备上还设置了切断刀，能够使得摊铺机更方便地进行开停工，且不需要人工操作，方便快捷。在停工或者设备出现问题时，在接近端部前约一米处做横缝处理，首先通过启动第一电机，使得按压板对刚摊铺好的路面进行按压，防止在切断时对路面造成破坏，切断后路面出现开裂及裂纹的情况，此时切断刀从按压板的侧面进行切断，挡板与减压弹簧进行接触，防止切断刀过载切断而造成切断刀的损坏；同时升降杆下降，清理辊对切断后的碎屑进行清理，清理完毕后升降杆升起，动作传感器发出信号，接收器接收，并且启动第三气缸，使得按压板对切断刀进行按压，使得横缝更加整齐，横缝切断的更加均匀，更利于下次进行衔接。 [0041] (6)本发明所提供的摊铺设备上还设置了清理板和喷水板，能够对未摊铺前的路面进行清理，喷水润湿，保证摊铺的正常进行。在对路面进行摊铺时，为了保证里面的湿润以及整洁，通过清理板的作用下，清理板的底部将路面上的杂物清理到清理箱的内部，而后由传送带送出清理箱，同时为了保证路面湿润，使得摊铺能够更好的进行，通过使用喷水板将水箱内部的水喷出，对路面进行喷洒，保证路面的湿润，使得摊铺熨平的效果更佳。附图说明 [0042] 图1本发明水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层施工工法工艺流程图； [0043] 图2本发明质量保证体系(QC)图； [0044] 图3本发明侧视的结构示意图； [0045] 图4本发明螺纹送料器的结构示意图； [0046] 图5本发明测量机构的结构示意图； [0047] 图6本发明图3中A处放大的结构示意图； [0048] 图7本发明预平板的结构示意图； [0049] 图8本发明调节板的结构示意图； [0050] 图9本发明切断机构内部的结构示意图； [0051] 图10本发明清理辊的结构示意图； [0052] 图11本发明清理机构内部的结构示意图； [0053] 图12本发明清理箱的结构示意图。 [0054] 图中附图标记表示为：100‑摊铺机构；200‑测量机构；300‑切断机构；400‑清理机构；101‑分料仓；102‑收缩杆；103‑螺纹送料器；104‑熨平板；105‑加热管；106‑控制器；201‑第一气缸；202‑固定块；203‑测量杆；204‑刻度盘；205‑信号传感器；206‑光杆；207‑检测杆；208‑检测传感器；209‑滑动杆；210‑滑动环；211‑测量板；212‑预平板；213‑振动板；214‑振动器；215‑弹簧；216‑调节板；217‑调节螺栓；218‑刻度尺；301‑切断箱；302‑第二气缸；303‑切断刀；304‑挡板；305‑第一电机；306‑丝杠；307‑螺纹筒；308‑按压板；309‑减压弹簧；310‑动作传感器；311‑升降杆；312‑升降器；313‑滑板；314‑滑块；315‑清理辊；316‑滑动器；317‑第二电机；318‑传动带；319‑第一伸缩杆；320‑第三气缸；321‑挤压板；322‑接收器；401‑清理箱；402‑水箱；403‑喷水板；404‑第二伸缩杆；405‑清理板；406‑传送带。 具体实施方式[0055] 第一部分：水泥石膏复合稳定基层施工工法的工程试验 [0056] 图1为本发明水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层施工工法工艺流程图，根据图1的工艺流程，列举以下实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本工程试验路段所在地距包头钢铁(集团)有限责任公司较近，就近使用该厂的钢渣、脱硫石膏等废料作为路面基层材料。 [0057] 1.1本发明工程试验中所用的水泥、钢渣和脱硫石膏 [0058] (1)水泥为PO32.5缓凝水泥，初凝时间为4小时、终凝时间为6.5小时；水泥的入罐温度为25℃；所述水泥的出炉天数为21天； [0059] (2)钢渣为露天堆放陈化12个月的老渣，其化学成分主要有氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化铁(FeO、Fe2O3)、氧化锰(MnO)、五氧化二磷(P2O5)和游离氧化钙(f‑CaO)。钢渣的化学成分分析见表1。 [0060] 表1 钢渣化学成分检测结果 [0061] 化学成分 SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 MnO P2O5 Loss含量(wt％) 18.88 45.36 6.95 4.29 5.96 / 0.463 0.63 [0062] 注：(Loss质量损失也指烧失量) [0063] 钢渣粗集料规格分级和掺配比例为:粒径大于10mm且小于或等于30mm的钢渣颗粒占所述钢渣总重量的45wt％，粒径大于5mm且小于或等于10mm的钢渣颗粒占所述钢渣总重量的10wt％，粒径大于0mm且小于或等于5mm钢渣颗粒占所述钢渣总重量的45wt％，钢渣中针片状钢渣颗粒的含量为15wt％；钢渣技术指标见表2。 [0064] 粒径大于10mm且小于或等于30mm的钢渣颗粒的含水量为0.53wt％、吸水率为3 1.16wt％、表观相对密度为3.243g/cm ，所述粒径大于5mm且小于或等于10mm的钢渣颗粒的 3 含水量为0.42wt％、吸水率为1.43wt％、表观相对密度为3.251g/cm ，所述粒径大于0mm且小于或等于5mm钢渣颗粒的含水量为0.71wt％、吸水率为1.32wt％、表观相对密度为 3 3.264g/cm；所述钢渣的压碎值为17.6％；所述钢渣中游离氧化钙的含量为1.94wt％； [0065] 表2 钢渣技术指标 [0066] [0067] (3)脱硫石膏中：Ca的含量为27.5wt％，Mg的含量为0.357wt％，Si的含量为1.38wt％，Al的含量为0.886wt％，Fe的含量为0.328wt％，Ti的含量小于0.03wt％，Cr的含量小于0.02wt％，Mn的含量小于0.02wt％，Cu的含量小于0.01wt％，V的含量小于0.02wt％，具体参见表3。 [0068] 表3 脱硫石膏化学成分 [0069] [0070] 采用两种不同配合比的水泥石膏稳定级配钢渣混合料，重型击实试验后其最大干密度及最佳含水量如表4。 [0071] 表4 重型击实试验结果 [0072] [0073] 将拟定配合比的水泥石膏稳定级配钢渣混合料在最佳含水量下，进行无侧限抗压强度试验，结果见表5。 [0074] 表5 7d无侧限抗压强度结果 [0075] [0076] 通过以上试验分析，水泥剂量基本不变(3wt％～5wt％)的情况下，水泥石膏稳定级配钢渣混合料的最大干密度、最佳含水量及7d饱水抗压强度均大于水泥稳定级配钢渣混3 合料(水泥稳定级配钢渣混合料：水泥剂量3wt％时，最大干密度为2.327g/cm、最佳含水量 3 为4.8wt％、7d饱水抗压强度为5.1MPa；水泥剂量5wt％时，最大干密度为2.269g/cm、最佳含水量为4.3wt％、7d饱水抗压强度为5.7MPa)。 [0077] 本发明实施例中所用机械设备型号和数量如表6所示。 [0078] 表6 施工所需机械设备 [0079]序号 机械设备名称 规格型号 单位 数量 1 单钢轮震动压路机 徐工YZ‑20 台 3 2 轮胎压路机 YL26 台 1 3 3 洒水车 8m 台 2 4 运输车辆 北方奔弛 台 15 5 水稳拌合站 WCB600 台 1 6 水稳摊铺机 三一重工 台 2 [0080] 1.2工程试验1：省道某路段旧路水毁恢复重建工程 [0081] 某公路的建设标准为二级公路，原有旧路大部分路段为水泥混凝土路面，局部路段为沥青混凝土路面。路段沥青混凝土路面段落长约2km，设计采用局部处理路面病害后，在旧路面上铺5cm中粒式改性沥青混凝土罩面。水泥混凝土路面进行病害处理后利用，病害较严重的段落采取挖除旧路面，重新铺设20cm水泥稳定级配碎石基层和26cm水泥混凝土面板。本工程附近有钢铁企业，并有大量钢渣囤积，就近使用钢渣作为路面基层材料，降低工程成本。为开展钢渣利用途径，在某路段基层试验采用水泥石膏复合稳定级配钢渣基层施工工法进行施工，施工步骤如下： [0082] 步骤A：施工准备，包括原材料的检测与控制、试验段摊铺和下承层准备工作，原材料为1.1部分所述的水泥、钢渣、脱硫石膏和水，且水泥、钢渣和脱硫石膏三者的重量之比为5：4：91；通过试验段摊铺，经重型击实试验得到水泥石膏稳定级配钢渣混合料的最大干密 3 度为2.711g/cm ，最佳含水量6.4wt％。施工前将该路段下承层表面清理干净，洒水使路面保持湿润，不留有花白地面。 [0083] 步骤B：施工放样，施工前恢复中线，在砂砾垫层上放出基层摊铺线、导向线，基层的标高、平整度和横坡通过基准钢丝来控制。 [0084] 步骤C：集中拌合混合料，在混合料拌合过程中，原材料严格按规范要求进行各项指标试验，试验人员严格控制施工配和比及含水量，根据本工程试验所选用原材料各项指标的具体情况，确定水的添加量。为了补偿混合料在贮存、运输和摊铺过程中的水分蒸发，在进行拌合时，水的加入量比最佳含水量大1wt％(本工程试验中所用水泥、钢渣和脱硫石膏混合料的最佳含水量为6.4wt％)，因此，在本工程试验中，水的加入量为水泥、钢渣和脱硫石膏总重量的7.4wt％。 [0086] 步骤E：摊铺机摊铺混合料，在基层摊铺前，检查砂垫层表面是否平整，如有杂物时先安排进行清扫，且保持砂砾垫层表面的湿润。摊铺机摊铺混合料时，中间不能随意中断，摊铺机因故中断摊铺超过2小时或当天工作段结束时要设置横缝，由于摊铺厚度为20cm，所以横缝需要设置成垂直断面，利于基层的衔接。 [0087] 步骤F：混合料压实成型，在摊铺碾压过程中配备专人用3米直尺随后即时检查初步压实的表面是否满足平整度要求，发现问题及时处理；严禁压路机在已完成或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证基层表面不受破坏。 [0088] 步骤G：质量检查，试验人员在现场检测混合料含水量、压实度、平整度，若发现问题，要反馈信息，及时纠正，测量人员在压实过程中，跟踪检测标高，以保证铺筑厚度。 [0089] 步骤H：洒水养生、交通管制，路面压实完成后，应立即进行洒水，养生期内设专人看管，严禁社会车辆驶入。除允许洒水车通行外，封闭交通严禁其他车辆通行。 [0090] 步骤I：交验。 [0091] 在本工程试验中，使用一种新型的摊铺设备，该设备在表6中所列举的水稳摊铺机的基础上进行改进，设置了摊铺机构100、测量机构200、切断机构300、清理机构400；测量机构200设置在摊铺机构100的后端，切断机构300设置在测量机构200的后端，清理机构400设置在摊铺机构100的前端。如图3‑4所示，摊铺机构100包括分料仓101、收缩杆102、螺纹送料器103、熨平板104、加热管105、控制器106；分料仓101的底部开设有出料口，分料仓101的顶部为进料端，分料仓101的顶部设置有收缩杆102，收缩杆102连接分料仓101与动力机构，螺纹送料器103设置在分料仓101的内部，螺纹送料器103的外表面为缠绕形叶片，螺纹送料器103横向放置于分料仓101的内部，分料仓101的后端设置有熨平板104，熨平板104为伸缩形，熨平板104的内部设置有加热机构，加热机构包括加热管105与控制器106，加热管105设置在熨平板104的内部，加热管105贴合熨平板104的内壁，控制器106设置在熨平板104的内部，控制器106调节加热管105的温度。 [0092] 如图5‑8所示，测量机构200包括第一气缸201、固定块202、测量杆203、刻度盘204、信号传感器205、光杆206、检测杆207、检测传感器208、滑动杆209、滑动环210、测量板211、预平板212、振动板213、振动器214、弹簧215、调节板216、调节螺栓217、刻度尺218；第一气缸201由定时器进行控制，第一气缸201的顶部固定安装有固定块202，固定块202顶部与熨平板104固定连接，第一气缸201的输出端与测量杆203固定连接，测量杆203形状呈圆柱形，测量杆203的底部为锥形，测量杆203的外表面的上部位置开设有刻度盘204，刻度盘204设置有刻度，刻度盘204的外表面设置有信号传感器205，信号传感器205的数量为多个，多个信号传感器205竖直排放在刻度的一端，多个信号传感器205每隔2cm放置一个，测量杆203的外表面的两侧固定安装有连接块，连接块的数量为四块，四块连接块两两为一组，每组连接块分别固定安装在测量杆203的外表面的上下两端，每组连接块的中部固定安装有光杆206，进而带动检测杆207向上滑动，检测杆207为环形，套接在测量杆203的外表面，检测杆 207的顶部固定安装有检测传感器208，检测传感器208与其中一个信号传感器205接触时，能检测到信号传感器205放出的信号，检测杆207的底部固定安装有滑动杆209，滑动杆209的外表面固定安装有滑动环210，滑动环210滑动连接在测量杆203的外表面，滑动杆209的底部固定安装有测量板211，测量板211的底部可与地面直接接触，测量板211的下表面与测量杆203等高；预平板212的顶部设置在熨平板104的前端，预平板212的内底壁开设有空腔，空腔的内部设置有振动板213振动板213的底部与铺平后的路面之间距离相差5cm左右，振动板213的外表面设置有振动器214，振动器214设置在预平板212内底壁的空腔内，预平板 212的左侧固定安装有弹簧215，弹簧215的左端与熨平板104的右侧固定连接；调节板216的内部开设有卡接槽，卡接槽的内部设置有调节螺栓217，调节螺栓217贯穿至调节板216内部的卡接槽，调节板216通过调节螺栓217与分料仓101的侧面连接，调节板216的外表面固定安装有指针，指针的一端滑动连接在刻度尺218的外表面，刻度尺218的顶部固定安装在分料仓101的底部，调节板216的底部为弧形。 [0093] 如图9‑10所示，切断机构300包括切断箱301、第二气缸302、切断刀303、挡板304、第一电机305、丝杠306、螺纹筒307、按压板308、减压弹簧309、动作传感器310、升降杆311、升降器312、滑板313、滑块314、清理辊315、滑动器316、第二电机317、传动带318、第一伸缩杆319、第三气缸320、挤压板321、接收器322；切断箱301设置在第一气缸201的左端，切断箱301内顶壁的中部位置固定安装有第二气缸302，第二气缸302的输出端固定安装有切断刀 303，切断刀303的外表面固定安装有挡板304，切断刀303的底部设置有斜面，切断箱301内顶壁的左侧位置固定安装有第一电机305，第一电机305的输出端固定安装有丝杠306，丝杠 306的外表面转动连接有螺纹筒307，螺纹筒307的底部通过轴承安装有按压板308，按压板 308的外表面设置有减压弹簧309，减压弹簧309的数量为两个，左端的减压弹簧309在缩回状态在使用，与切断箱301接触，右端减压弹簧309在工作状态下使用，与切断刀303外表面的挡板304的底部接触；切断箱301的内部的右端固定设置有动作传感器310，动作传感器 310的可与升降杆311的顶部接触，升降杆311的外表面设置有升降器312，升降杆311的底部固定安装有滑板313，滑板313的侧面开设有第一滑槽，第一滑槽贯穿至滑板313的侧面，第一滑槽的内部滑动连接有滑块314，滑块314的内部转动连接有清理辊315，滑板313的顶部开设有第二滑槽，第二滑槽的内部滑动连接有滑动器316，滑动器316的顶部固定安装有第二电机317，第二电机317的输出端与传动带318的一端连接，传动带318的另一端与清理辊 315连接，切断箱301的右端的底部固定安装有第一伸缩杆319，第一伸缩杆319的底部设置有第三气缸320，第三气缸320的输出端固定安装有挤压板321,第三气缸320的外表面设置有接收器322，接收器322与动作传感器310连接，升降杆311缩回时，动作传感器310发出信号，接收器322能够接收到信号，第三气缸320动作。 [0094] 如图11‑12所示，清理机构400包括清理箱401、水箱402、喷水板403、第二伸缩杆404、清理板405、传送带406；清理箱401的固定安装在分料仓101的前端，清理箱401的内顶壁固定安装水箱402，水箱402的底部插接有出水管，出水管的一端固定插接至喷水板403的内部，清理箱401的侧面开设有清理孔，清理孔的顶部固定安装有第二伸缩杆404，第二伸缩杆404的一端设置有清理板405，清理板405的底部开设有缝隙，清理箱401的内部的右端设置有传送带406，传送带406为斜面放置，传送带406的进料端设置在清理孔的一侧。 [0095] 该摊铺设备的工作原理为：在对路面进行摊铺熨平时，第一气缸201动作，通过设定定时器的时间，每隔一段时间第一气缸201启动，使得测量杆203插入刚摊铺好的路面内，测量板211与地面进行接触，进而带动检测杆207向上滑动，此时检测传感器208将会在测量板211的外表面进行滑动，使得检测传感器208与不同刻度上的信号传感器205进行接触，使得测量出的厚度能够传输到中控屏幕上，及时调整厚度，不再需要人工跟随进行测量，保证施工的正常运行，同时预平板212将分料仓101倒出的物料进行初步的铺平，预平板212内部的振动器214进行振动，使得振动板213对物料进行初步的铺平，减小熨平板104的工作难度，使得熨平板104能够更加快速的进行熨平，根据摊铺的厚度，使用调节螺栓217调节调节板216的位置，使得调节板216的底部能够与未摊铺时的地基进行接触，即调节板216底部与熨平板104底部之间的距离为摊铺的厚度，通过调节板216的设置，能够及时发现摊铺厚度的问题，进而及时的进行调整，在停工或者设备出现问题时，切断机构300进行横缝处理，首先通过启动第一电机305，使得丝杠206带动螺纹筒307进行向下位移，按压板308对刚摊铺好的路面进行按压，防止在切断时对路面造成破坏，此时第二气缸302启动，切断刀303从按压板308的侧面进行切断，挡板304与减压弹簧309进行接触，防止切断刀303过载切断而造成切断刀303的损坏，同时升降杆311下降，滑块314在滑板313的内部进行滑动，使得第二电机317带动清理辊315对切断后的碎屑进行清理，清理完毕后升降杆311升起，动作传感器310发出信号，接收器322接收，并且启动第三气缸320，使得按压板321对切断刀303进行按压，使得横缝切断的更加均匀，更利于下次进行衔接。在对路面进行摊铺时，为了保证里面的湿润以及整洁，通过使用清理板405使得第二伸缩杆404带动清理板405进行位移，清理板 405底部将杂物清理到清理箱401的内部，而后由传送带406送出清理箱，同时为了保证路面湿润，使得摊铺能够更好的进行，通过使用喷水板403将水箱402内部的喷出，对路面进行喷洒，保证路面的湿润。 [0096] 工程施工结束后，随机抽取两处路段采用灌砂法检验压实度，检测结果为：两处路段压实度分别为97.5％、98.5％；随机抽取一处进行无侧限抗压强度试验，检测结果为：7d无侧限抗压强度6.2MPa、芯样7d无侧限抗压强度7.7MPa。本路段的工程试验水泥用量为5wt％，经测定该路段的弯沉代表值为53*0.01mm。根据检测指标，各项数据明显优于水泥稳定级配碎石，且降低了工程造价。 [0097] 1.3工程试验2：省道某路段一级公路改建工程 [0098] 省道某段公路主线全长94.265公里，其中新建段46.56公里，利用道路改扩建48.85公里。在某改建路段底基层和基层采用水泥稳定级配钢渣进行施工，所用原材料为 1.1部分所述的水泥、钢渣、脱硫石膏和水，且水泥、钢渣和脱硫石膏三者的重量之比为3： 93：4；通过试验段摊铺，经重型击实试验得到水泥石膏稳定级配钢渣混合料的最大干密度 3 为2.702g/cm ，最佳含水量5.7wt％，在步骤C集中拌合混合料中，水的添加量为水泥、钢渣和脱硫石膏总重量的6.5wt％。 [0099] 按照1.2省道某路段旧路水毁恢复重建工程的施工步骤进行施工，其中，在步骤E中，所用摊铺机为表6中所列举的水稳摊铺机，在一段摊铺施工结束时，对摊铺路面进行横缝处理的方法为：摊铺机在接近端部前约1m处将熨平板稍稍抬起驶离现场，人工将端部混合料铲齐后，再碾压密实，然后用3m直尺检查平整度，刨除端部层厚不足的部分，使下次施工时成垂直连接。且在摊铺过程中，需要配备专人随时监测路面摊铺厚度，以便及时调整摊铺厚度。 [0100] 随机抽取两处路段采用灌砂法检验压实度，检测结果为：两处路段压实度分别为96.9％、97.3％；随机抽取一处进行无侧限抗压强度试验，检测结果为：7d无侧限抗压强度 6.0MPa、芯样7d无侧限抗压强度7.3MPa。本路段的工程试验水泥用量为3wt％，经测定该路段的弯沉代表值为56*0.01mm。在该路段底基层和基层采用水泥稳定级配钢渣，使用状况良好，未产生病害。 [0101] 第二部分：水泥石膏复合稳定基层施工工法的质量控制 [0102] 2.1所遵循的规范和标准 [0103] 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30‑2005) [0104] 《公路工程集料试验规程》(JTGE42‑2005) [0105] 《公路路面基层施工技术规范》(JTJF10‑2006) [0106] 《公路路面基层施工技术细则》(JTJ/TF20‑2015) [0107] 《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51‑2009) [0108] 《公路工程质量检验评定技术标准》(JTGF80/1‑2017) [0109] 《公路工程施工安全技术规范》(JTJF90‑2015) [0110] 《石灰石及白云石化学分析方法》GB/T3286‑2012 [0112] 《道路用钢渣》(GB/T25824‑2010) [0113] 《钢渣混合料路面基层施工技术规范》(YB/T4181‑2009) [0114] 《钢渣稳定性试验方法》(GB/T24175‑2009) [0115] 2.2质量保证 [0116] 2.2.1质量保证体系(QC)(具体参见见图2) [0117] 2.2.2.建立健全质量管理领导小组 [0118] 组成以总工程师为首，选派有多年施工经验的技术人员组成的技术攻关小组，利用先进的技术手段与方法，结合现场实际情况，精心编制出详细的施工方案，报业主和监理工程师批准，杜绝因施工方案不当而引起工程返工和质量事故的发生。建立各级质量责任制，按照企业法人工程质量责任终身制原则，建立项目经理、总工程师、各部门、班组作业层等质量责任制，建立各工程质量责任卡，并建立与各级责权利相统一的运行机制。 [0119] 2.2.3水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层质量控制措施 [0120] (1)原材料的质量检验：重点控制符合粒径要求的钢渣陈化后的活性和膨胀性各项指标，防治后期因钢渣自身质量问题造成结构层破坏。新破碎的钢渣需经过陈化后检验合格方可使用。 [0121] (2)配合比的控制：配合比根据原材料中有效含量的测定结果，随时进行调整。 [0122] (3)施工过程质量控制：依据《公路路面基层施工技术细则》(JTJ/TF20‑2015)对其压实度、平整度、纵断高程、宽度、厚度、横坡进行检测。 [0123] (4)为了保证施工质量，还应注意以下几点： [0124] ①施工采用流水作业法，各工序须紧密衔接。 [0125] ②碾压过程中，水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层表面保持湿润，若气温高时应及时补洒水。 [0126] ③用标志牌严格划分摊铺、碾压、成型区域。 [0127] ④对已经碾压成型的路段，严禁各种机械设备和车辆进入。 [0128] ⑤尽量避免在雨天施工，当基层有积水或潮湿时应当暂停施工，并对已摊铺的路段尽快碾压密实并进行覆盖保护。 [0129] 第三部分：水泥石膏复合稳定基层施工工法的安全措施 [0130] 3.1成立安全生产组织机构 [0131] 建立健全安全生产责任制度和安全生产教育培训制度及安全生产技术交底制度，制定安全生产规章制度和操作规程，保证安全生产所需资金的投入，定期安全检查，并做好安全检查记录，做好安全事故预案、救援预案。 [0132] 3.2根据工程量的大小配备专职安全生产管理人员。 [0133] 3.3树立以“质量第一、安全第一”的意识，结合本工程特点对员工进行安全教育，严格安全操作规程。 [0134] 3.4在施工现场出入口、沿线交叉口、临时用电及柴油罐等危险部位设置明显的安全警示标志或安全防护设施。 [0135] 3.5施工现场的办公、生活区与作业区分开设置，并保持安全距离；办公、生活区的选址应当符合安全性要求。职工的膳食、饮水、休息场所、医疗求助设施应当符合卫生标准。 [0136] 3.6在拌合场建立消防安全责任制度，确定消防安全责任人，制定用火、用电、使用易燃易爆等各项消防管理制度和操作规程，设置消防通道，配备相应设施和灭火器材。 [0137] 3.7针对拌合场地的特点制定安全事故的应急预案，定期组织演练。 [0138] 第四部分：水泥石膏复合稳定基层施工工法的环保措施 [0139] 4.1加强检查和监控，加强对施工现场扬尘、噪声、振动的监控、监测及检查管理。 [0142] 4.4及时清理施工场地，同时做好施工现场周边的环境绿化工作。 [0143] 第五部分：水泥石膏复合稳定基层施工工法的效益分析 [0144] 5.1社会效益 [0145] 5.1.1提高了钢渣固体废弃物的资源化利用，解决集料的供需矛盾，缓解优质集料过度开采带来的自然环境破坏，达到节能减排、保护环境的目的。 [0146] 5.1.2减少土地占用，保护生态环境 [0147] 本工法解决了工业废渣—脱硫石膏和钢渣堆放大量占用土地、污染环境的问题，保护了生态环境，是一种绿色环保技术，具有良好的社会效益和环境效益。 [0148] 5.2经济效益 [0149] 5.2.1降低道路工程造价： [0150] 以1.0km长×12m宽×20cm厚基层为例，对水泥脱硫石膏复合稳定钢渣和水泥稳定碎石进行成本比较。原材料价格为到拌合站价格，再加到施工现场平均运输距离按20km计算，各档材料用量计算如下： [0151] (1)水泥脱硫石膏复合稳定钢渣混合料配合比水泥：脱硫石膏：钢渣＝5：4：91，混合料质量： [0152] M混＝1000m×12m×0.2m×2.664×103kg/m3＝6393.6吨 [0153] 其中：钢渣总质量：M钢＝M混×91％＝6393.6吨×91％＝5818.2吨 [0154] 钢渣合价：5818.2吨×18元/吨＝104727元 [0155] 脱硫石膏：M脱＝M混×4％＝6393.6×4％＝255.7吨 [0156] 脱硫石膏合价：255.7吨×20元/吨＝5114元 [0157] 水泥：M水＝M混×5％＝6393.6×5％＝319.7吨 [0158] 水泥合价：319.7吨×180元/吨＝57546元 [0159] 运费：6393.6吨×(2元/km+0.6元/km×19km)＝85674元 [0160] (2)每公里水泥脱硫石膏复合稳定钢渣混合料综合价：104727+5114+57546+85674＝253061元 [0161] (3)普通水稳碎石混合料水泥：集料＝5：95，混合料质量： [0162] M普＝1000m×12m×0.2m×2.430×103kg/m3＝5832.0吨 [0163] 其中：碎石集料：M集＝M普×95％＝5832.0×95％＝5540.4吨 [0164] 碎石合价：5540.4吨×50元/吨＝277020元 [0165] 水泥：M水＝M普×5％＝5832.0×5％＝291.6吨 [0166] 水泥合价：291.6吨×180元/吨＝52488元 [0167] 运费：5832吨×(2元/公里+0.6元/公里×19公里)＝78149元 [0168] (4)每公里普通水稳碎石混合料综合价： [0169] 277020+52488+78149＝407657元 [0170] (5)经过两项比较，每公里节约成本： [0171] 407657‑253061＝154596元 [0172] (6)结论：原材料费用在工程中所占比重较大，因此单价变动对成本影响较大，拌合料中用脱硫石膏和钢渣代替碎石，能明显降低原材料成本，为工程创造更大的利润，降低道路工程造价。 [0173] 5.2.2减少工业废渣处理费用 [0174] 本工法充分利用工业废渣脱硫石膏和钢渣，减少了工业废渣处理费用，同时变废为宝，消除环境污染，节约占地，对化工企业产生了巨大的经济效益和社会效益。 [0175] 5.2.3养护周期延长、费用降低 [0176] 水泥脱硫石膏复合稳定钢渣基层性能较稳定，短期内基本不需要特殊的养护，能有效降低养护费用。 |
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