放眼固廢垃圾處理隧道洞渣資源化利用現狀

Date:2023/03/29 14:29:08 Author: Back to list

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隧道洞渣是隧道開挖過程中的主要產物,對于不同的隧道圍巖施工,隧道洞渣的種類繁多,其資源化利用應在充分考慮隧道圍巖級別、開挖方法和洞渣物理化學性質的基礎上,根據不同結構要求,選用合適的隧道洞渣。從我國隧道洞渣資源化利用情況來看,主要有以下幾方面應用:一是墊砌填方段路基;二是回填取土場凹地;三是開挖地段的地貌恢復,充填平整低洼坑地,進行土地整治平整,填筑溝壑;四是用于淤背護堤、橋涵臺背、擋墻等的回填用方;五是加高培厚河流堤防、加高地基;六是地基處理中的渣石料或復合地基的用料;七是棄石用于建設景觀園區,修建人工景點等設施。極少用于生產砂石料進而應用于混凝土中。

1 國外應用現狀

從國外隧道洞渣資源化利用情況來看,目前主要集中在洞渣能否作為混凝土骨料的實驗室技術論證性研究上,2006年意大利提出隧道洞渣利用計劃,瑞士等國也試圖利用洞渣生產砂石骨料用于混凝土,并取得了一定的研究成果。Olbrecht等[6]對盾構機產生的隧道洞渣是否可作為混凝土骨料開展了5項試驗研究,認為隧道洞渣作為一種“廢棄產品”可用于隧道建設本身,另外針對不同洞渣特點采用合理的混凝土技術,可實現隧道洞渣在混凝土中的應用。Gertsch等[7]認為,目前人們對隧道洞渣的認識不充分,導致其很少用于工程建設中,指出對于符合建筑材料標準的硬質巖洞渣可用于路面混凝土和結構混凝土中。

2 我國應用現狀

在忻阜高速公路工程中對隧道洞渣進行了大量應用[8]。全線開挖洞渣量達240余萬m3,主要用于路堤填料、圬工砌筑、機制砂加工、碎石加工、隧道明洞及仰拱回填等,利用率達66%,節約洞渣占地超133 000 m2(200余畝),節約造價約5 000萬元,體現出很好的經濟效益和社會效益。在黃衢南高速公路工程浙江段項目實施過程中,設置了石料加工場,對隧道洞渣進行資源化利用,產生經濟效益約800萬元[9]。在湖南常德—吉首高速公路項目中也對隧道洞渣進行了資源化利用[10],由于隧道洞渣主要為弱-微風化砂質板巖,經機械破碎后為細粒土礫,通過將細粒土礫與土組成礫石混合料后,作為路基路床層的填料。在西成客運專線建設項目中,以Ⅱ、Ⅲ級圍巖為主,剔除泥巖、風化巖和吸水率高的板巖后,篩選出母巖強度≥60 MPa以上的洞渣生產細度模數2.5~3.3的機制砂,用于制備強度等級C35及以下的混凝土[11]。在實際應用過程中發現,機制砂石粉含量、顆粒級配對混凝土的工作性能和強度會產生較大影響,需對不同批次機制砂及時檢測,并根據檢測結果對混凝土砂率、減水劑摻量等關鍵配合比參數進行調整。在宜巴高速公路建設項目中,利用隧道洞渣制備碎石、機制砂作為粗細骨料,用于隧道襯砌和橋梁樁基、墩柱等結構混凝土中[12],均取得了良好的經濟效益和社會效益。

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目前隧道洞渣的砂石料生產加工主要是礦山砂石料場代工的方式,其加工方式及工藝水平參差不齊。整體來看,現有砂石料場以產能不足60 t/h的小砂石料場為主,生產工藝簡單。近幾年,京、滬、粵等地區出現了一些稍具規模的砂石料場,產能100~200 t/h,一般采用2段破碎與篩分構成閉路的流程作業。少數砂石場采用生產工藝先進、自動化水平較高的生產系統,生產能力可達500~800 t/h。

我國學者在機制砂混凝土性能研究方面已有不少探索,主要集中在機制砂中石粉合理限值、機制砂對混凝土工作性能的影響及機制砂混凝土力學性能、體積穩定性和耐久性能演變規律等。尹志府[13]通過大量試驗數據回歸分析出機制砂混凝土的強度統計公式,研究結果表明,與河砂混凝土相比,當水灰比相同時,機制砂混凝土的強度略高。張映全[14]也提出在混凝土中以50%的石屑取代50%中砂能極大提高混凝土的抗滲性能和抗凍性能。

河南環球重工提出用特細砂改善機制砂級配,可配制出泵送性能良好的混凝土,并解決了機制砂配制流態混凝土內實外不美的難題。李化建[16]采用機制砂與特細砂復合方式,制備出強度等級在C50~C60的復合砂高強結構輕集料混凝土。楊德斌等[17]在大量試驗的基礎上,論述了石屑提高混凝土強度、改善抗滲性能與抗凍性能的機理。中國鐵道科學研究院集團有限公司的研究證明,在水泥用量和拌合物稠度相等的條件下,采用機制砂配制的混凝土各項力學性能與河砂混凝土相比更好一些[18]。Ahemd等[19]在控制拌合物坍落度不變的前提下,研究了不同石粉含量(10%~20%)的機制砂對混凝土抗壓強度的影響,研究表明,隨著石粉含量的增加,混凝土抗壓強度呈線性下降的趨勢,這是因為保證相同坍落度而用水量增加的結果;另外,當控制水灰比為0.70不變時,隨著石粉含量從0到20%逐漸增大,其抗壓強度有上升趨勢;但當水灰比固定為0.53時,石粉含量變化對其抗壓強度的影響又變得不明顯;當水灰比固定為0.40、石粉含量從10%增加到20%時,強度先增大后減小,石粉含量達到20%時,混凝土強度與同配比的天然砂強度相當。

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