固废胶结大粒径碎石基层技术规范-地方标准编制说明

一、工作简况（一）任务来源2023年4月6日，江西省市场监督管理局办公室印发赣市监标函[2023]3号文件《江西省市场监督管理局关于下达2023年第一批江西省地方标准制修订计划的通知》，批准制定《固废胶结大粒径碎石基层技术规范》（计划编号DB36-2023-1-31）地方标准。（二）标准制定必要性近年来，随着中国经济的高快速发展，国内公路建设也得到了迅猛发展，截至2022年底，全国公路总里程达410.64万公里，全国公路密度为42.77公里/百平方公里，其中以沥青路面为主要路面类型。但随着通车里程的增加，我国公路路面病害情况也愈发严重，尤其是重载交通条件越趋普遍，重载车辆与交通量的快速增加对现有道路提出了更高的性能要求。一直以来，沥青路面结构是我国高等级公路的主要路面结构，占到我国高等级公路的约90%以上，其中基层为主要的承重层，其质量的好坏直接影响到整个路面结构的使用寿命和使用状况。目前，水泥稳定碎石基层是我国最常用的沥青路面基层类型，其具有强度高、刚度大、稳定性好，施工方便、造价低等优势，使其成为了我国各等级公路中使用最为广泛的基层，但其也存在着难以解决的问题，最突出的就是早期损害问题。由于水稳基层中广泛采用的水硬性材料，对温度和湿度的敏感性较强，故在使用的过程中极易出现干缩裂缝和温度收缩裂缝，并且在行车荷载和自然环境的作用下，基层产生的裂缝会逐渐扩展到面层，形成反射裂缝，由反射裂缝进而造成路面结构性破坏，如变形、松散、网裂下沉等病害，从而致使道路通常在开放交通后不到10年就必须进行大规模的维护，甚至翻新大修，大大降低了路面的使用年限。为解决以上问题，宜春市公路事业发展中心联合科研院所自主研发了固废胶结大粒径碎石基层结构，该结构是以寻求对半刚性基层在施工养生期内以及运营期内产生的裂缝进行主动控制，改变路面结构内的扩展规律，以降低裂缝反射对沥青路面造成破坏，从而延长沥青路面使用寿命，经3年多的研究和试验路段验证，该结构使用效果良好，但由于缺少技术规范支撑，限制了相关技术的推广应用。为进一步贯彻落实《国家标准化发展纲要》、《交通运输标准化“十四五”发展规划》、《关于推进交通强省建设的意见》等重大文件精神，推进绿色交通、集约循环发展，加快交通强省建设，确保如期实现碳达峰、碳中和发展目标。着力推进绿色交通发展有关新技术、新设备、新材料、新工艺标准制修订等有关要求，积极探索耐久性路面结构，加快建设交通强省，宜春市公路事业发展中心通过课题研究的相关成果，牵头制修订本规范。（三）标准制定可行性2018年以来，宜春市公路事业发展中心联合同济大学、长沙理工大学和交通运输部科学研究院等多家单位研发了一种固废胶结大粒径碎石基层结构，该结构是采用工程粒径为40-80mm规格碎石为主骨架材料，全部或部分以矿渣粉、粉煤灰等工业固废为胶结料，通过加水与大粒径碎石主骨架、其它规格碎石料经拌和形成的一种低碳耐久性结构。这种基层结构既保留了传统半刚性基层与柔性基层的优点，同时又可以克服两者的不足，具有无基层收缩裂缝、承载能力强、抗变形能力强、抗渗性能好等优点，且施工工艺简单、施工效率高、节能环保，其经济效益和社会效益显著。另一方面该基层结构取消了主要胶凝原材料水泥应用，采用粒化高炉矿渣粉、粉煤灰等作为胶凝材料。由于水泥在生产过程中需要消耗大量的热，而采用粉煤灰与高炉矿渣微粉等工业固废稳定大粒径碎石的方式成型基层，即实现了水泥的零消耗，同时又将工业固废利用起来，达到了节能减排的效果。2019年以来，课题组依托万载G220、G320、S311等改扩建项目，在不同交通量路段开展了现场试验，经长期质量结果跟踪和耐久性检验，该结构应用效果较好。通过对现有公路普通水稳基层施工工艺及质量控制方面进行改进，成功实现了零水泥集中厂拌、机械摊铺的固废胶结大粒径碎石耐久性路面基层，并形成了相关施工工艺与质量控制技术。从技术性能、施工工艺和经济成本等方面进行综合分析，固废胶结大粒径碎石基层材料是一种强度高、使用性能好、经济合理的基层材料，在与传统造价基本相当甚至略低的情况下，铺筑的全厚式路面结构可避免沥青路面结构性损坏，达到沥青路面长寿命目标。2022年，宜春市公路事业发展中心针对固废胶结大粒径碎石基层材料开展了省厅科技项目课题研究，根据成套关键技术系列研究成果，拟制定相关技术规范。（四）主要工作过程1、成立地方标准起草工作组：2022年10月，宜春市公路事业发展中心提出本标准的制定需求，由宜春市公路事业发展中心、同济大学、长沙理工大学、交通运输部科学研究院、江西宜春市政交通建设有限公司、江西省宜春公路建设集团有限公司、江西赣通工程检测咨询有限公司、宜春公路勘察设计院、江西省赣西公路工程监理有限公司、南方高科工程技术有限公司等单位共同承担本标准的主要起草任务，并成立标准起草组，启动本标准的编制工作。2、资料搜集：起草组积极开展调查研究工作，在全国标准信息服务平台查询，暂无全国或其他省份出现固废胶结大粒径碎石技术的国家、行业、地方标准，江西省在全国率先制定该项技术标准，可实现行业空白，引领江西省交通事业的发展。2022年11月，“首届全国公路交通低碳发展论坛暨环境与可持续发展分会换届大会”在宜春召开，宜春公路中心在技术交流会上进行了专题报告，科研成果得到了中国公路学会、省交通厅、省中心的高度肯定。3、形成标准草稿：2022年11月下旬，宜春市公路事业发展中心正式启动标准研制工作。起草组在充分掌握行业技术现状及本项技术特点后，参照国家现行技术标准和《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》（GB/T1.1—2020）的有关要求下编写形成标准草稿，并向江西省交通运输厅提交立项申请。4、标准立项稿：2022年12月底，江西省交通运输厅向省市场监督管理局提交《固废胶结大粒径碎石基层技术规范》等7项地方标准的立项申请，期间起草组充分内部讨论完善标准草稿形成标准立项申请稿。2023年1月在江西省标准化业务管理平台完成地方标准立项材料申报，2023年2月中旬参加江西省标准技术审评中心组织标准立项答辩会。5、社会公示稿：起草组在参加完立项专家评审会后，根据专家意见，2023年3月-4月组织人员对标准草案进行讨论修改，完成社会公示征求意见稿，并提交至江西省标准化业务管理平台申请社会公示。二、编制原则及技术依据（一）编制原则1.与有关法律法规一致,并与现行有效标准相协调，符合绿色可持续发展需求。2.编写格式符合GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的要求。3.技术条款内容的编制遵循协商一致、共同使用、重复使用的原则。（二）技术依据固废胶结大粒径碎石基层结构是采用工程粒径40-80mm大粒径碎石为主骨架材料，利用矿渣粉、粉煤灰等工业固废材料来替代水泥胶凝材料的一种低碳耐久性结构。采用工业固废作为胶凝材料使用，实现零水泥的消耗，达到了节能减排的效果，解决半刚性基层反射裂缝问题，抵御重载交通能力。同时破解重载交通下普通国省干线公路耐久性路面技术瓶颈，延长沥青路面使用寿命，减轻管养单位养护管理经济负担。根据江西省科技项目《基于低碳胶凝材料的抗裂高强大粒径碎石长寿命基层关键技术研究》中的系列研究成果起草该标准，2019年以来，依托万载G220绕城、G320万载段路面改造、宜万同城、丰城富硒大道、S311养护大中修等不同交通量路段项目开展了试验路段。根据对各个试验路段固废胶结大粒径碎石抗裂基层的3天、7天、28天、180天、1年和2年后取芯质量跟踪，路面结构无任何病害，取芯芯样完整，大粒径碎石骨料分布均匀，嵌锁紧密，无离析的情况，沥青路面表面无任何反射裂缝。经跟踪检测，3天芯样抗压强度可达到5.0MPa，使用6个月后取芯抗压强度达到17.5MPa，1年后强度达到了26.6MPa；沥青路面动态弯沉代表值为4.09（0.01mm），换算动态回弹模量达到27446.5MPa，同路段普通水泥稳定碎石基层沥青路面弯沉代表值为35.1（0.01mm），其承载能力远远高于普通水泥稳定碎石基层的沥青路面。总体完成:1）已对大粒径碎石基层混合料进行了大量的理论及实验研究，包括混合料组成设计，试验方法及性能评价等方面；2）完成大粒径碎石长寿命基层施工工艺的研究，对拌合设备，摊铺工艺及碾压次序等进行了改进，并成功应用于试验路的铺设中，已形成基于低碳胶凝材料的大粒径碎石基层的成套关键技术。本文件规范性引用文件包括：GB/T1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB5749生活饮用水卫生标准GB/T18046用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T50081混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T1345水泥细度检验方法(筛析法)

GB/T1346水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB/T176水泥化学分析方法GB/T208水泥密度测定方法GB/T8074水泥比表面积测定方法JTG/TF20公路路面基层施工技术细则JTGF80∕1公路工程质量检验评定标准第一册土建工程JTG3430公路土工实验规程JTG3450公路路基路面现场测试规程JGJ63混凝土用水标准JTGE41公路工程岩石试验规程JTGE42公路工程集料试验规程JTGE51公路工程无机结合料稳定材料试验规程三、主要内容本标准主要条款分为“范围”“规范性引用文件”“术语和定义”“总体要求”“原材料要求”“混合料组成设计”“施工要求”“施工质量标准与控制”等8章。1.范围本文件规定了公路工程路面固废胶结大粒径碎石基层术语和定义、总体要求、原材料和施工要求以及施工质量标准与控制。本文件适用于各等级公路新建和改建工程的基层、底基层施工。本文件未涉及的条款，应按现行国家及行业有关规范、规程执行。2.规范性引用文件本部分介绍了本文件编写过程中拟引用的国家标准、行业标准。3.术语和定义本部分重点提炼出了4个术语和定义，重点明确工业固废材料、大粒径碎石、固废胶结大粒径碎石混合料和粘结率等对象解释。4.总体要求本部分列举了3条固废胶结大粒径碎石基层技术的必备要求，明确应符合环境条件、安全生产等基本要求，同时应做到绿色低碳和资源化利用，符合国家和行业有关标准的规定。5.原材料要求本部分规定了原材料选取原则，粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、其他固废材料、水、大粒径碎石、粗集料和细集料等质量要求，规定混合料的组成设计包括原材料检验、混合料的目标配合比设计、混合料的生产配合比设计和施工参数确定四部分设计要求。本部分解决了大粒径碎石基层材料级配设计、标准试模和强度评价及大粒径碎石基层结构响应模量及疲劳寿命预测方面的关键技术难点问题。混合料组成设计本部分列出了固废胶结大粒径碎石混合料组成设计包括原材料检验、混合料的目标配合比设计、混合料的生产配合比设计和施工参数确定四部分内容，对强度要求、混合料级配、目标配合比设计、生产配合比设计和施工参数提供了设计依据。7.施工要求本部分列出了施工要求的一般规定、混合料集中厂拌及运输、混合料摊铺、混合料碾压、接缝处理、养生与交通管制等六部分内容，采用双拌缸基层拌和站进行集中厂拌和摊铺功率不低于315kw的摊铺机摊铺混合料，施工质量可控性好，效率高；养生期缩减为3天，节省了工期，提高了施工工效。8.施工质量标准与控制本部分规定了质量控制包括原材料检验、施工参数确定、施工过程中的质量检查验收等方面内容，并提出相应的技术要求。四、标准实施预期效益1.质量效益经与半刚性基层对比,其强度可提升30%-40%,抗裂性达100%,回弹模量提升约30%。2.经济效益施工成本：经与传统基层相比，采用固废胶结大粒径碎石基层节约材料成本约10.12元/m3。长期效益：固废胶结大粒径碎石基层不仅克服了普通基层反射裂缝问题，且提高了基层承载能力，使用寿命比传统基层延长了2-3倍，可有效节约运营期内的养护和维护经费，经济效益显著。3.社会效益通过广泛推广应用，使沥青路面使用寿命延长，由常规的10年延长到20年及以上的耐久性路面结构，可实现碳排放降低70%以上，社会效益和环保效益比较明显。五、采用国际、国内先进标准的程度经查询，目前的行业标准所涉及的大都是常规水泥稳定碎石基层设计和施工方面的规范要求，对于大粒径碎石而言，也仅有中国工程建设标准化协会的标准《填充式大粒径水泥稳定碎石基层技术规程》，但填充式大粒径碎石基层技术存在施工工艺繁琐、人海战术、效率低下非常明显。本技术主要是对矿渣粉、粉煤灰等工业固废材料回收利用，并作为基层结构的结合料，同时增大集料粒径，调整混合料级配来形成嵌挤结构。一方面能够大量消纳工业废弃物，减少污染，另一方面能够抑制沥青路面发射裂缝的产生，同时实现机拌机铺，施工质量可控性好。实现行业空白，引领江西交通事业发展。六、本标准与现行法律法规和强制性标准的关系本标准与上述现行法律法规和相关标准保持一致。七、贯彻标准的要求和措施建议此标准对将粒化高炉矿渣粉、粉煤灰固体废物应用于道路基层工程中的组成设计、施工、质量控制等各环节具有较强的指导意义和使用价值，各参与单位可结合实际贯彻执行，规范现场施工，达到绿色、减排、耐久的效果，实现社会、经济和环境效益最大化。