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生物酶土壤复合固化路面结构层与建筑废弃材料资源化循环利用技术

一、研发背景及轨迹

我国正参与全球化大规模基础设施建设,2013~2030年,我国公路网总规模将达580万公里,建设投资4.7万亿。随着交通基础设施建设规模不断扩展,工程建设降低造价、加强环境保护、建筑废弃物充分资源循化环利用、已成为基础设施建设中亟待解决的重大问题。

省委省政府领导站在低碳、环保、经济、持续发展的战略高度,支持将具有世界领先水平的新材料——生物酶土壤固化剂引进我省,作为公路建设工程的整体技术进行研究应用。

时任湖南省副省长韩永文、长沙市副市长文树勋等领导考察试验路视察研究试验施工现场


2007年,湖南省科学技术厅将其列为湖南省科技重大研究专项。自2007年到2015年经过近八年的攻关研究和推广应用验证,生物酶土壤固化从单一固化发展到生物离子复合固化技术,从简陋的半机械化施工发展到全过程智能控制机械化施工,在公路建设领域取得了生物酶土壤固化基层、底基层和增柔改性碾压水泥混凝土面层的新型路面结构及修筑该新型路面结构的成套技术。2023年推出湖南省地方标准DB 43/T 2751-2023《生物酶土壤固化路面技术规范》。

二、 技术原理及优势

生物酶土壤复合固化基层、底基层指在道路工程建设中利用施工过程中大量的废弃土、风化石、弃渣、矿渣等廉价的天然材料,因地制宜按不同的级配混合料和不同的酶液配比,经拌和后碾压成型为高密实的道路路面承载层。增柔改性碾压混凝土面层为延伸开发一种罩面技术,与生物酶土壤固化结构层组合成新型路面结构形式,由于加大掺合料比例,减少水泥用量,降低工程成本,较之沥青混凝土路面在抗车辙能力、水稳定性、耐磨性上具有一定优势,养生期短,无扬尘,环保效果显著。


生物酶土壤固化底基层          增柔改性碾压混凝土面层


生物酶固化与离子固化复合,发挥生物酶催化功能,将土壤中各种不同元素反复激活,产生多频共振,促使土壤颗粒之间水膜间隙压缩至极,土壤中单链结构不断转化为多链结构或结晶结构,形成高密实长串铰链板块弹性结构体,固化体承载能力提高,板块功能强,封水效果好。固化体日常使用中,凭借生物酶长时期的催化功能,能有效的将自然界的日晒雨淋、荷载超压等负能转化为正能,不断保障且持续增强固化体的技术指标和使用性能。

采用生物酶土壤复合固化技术修筑路面结构与采用碎石水稳等传统结构层相比,能充分有效的利用废弃地材资源,减少CO2排放,实现资源循环利用;大量减少运进运出等各类费用,能显著降低工程造价,缓解公路建设资金缺口难题,能较好的解决修路带来的生态环境问题,是一种典型的“低碳公路”、“两型公路”。其优势主要体现在:

1、路用性能好:生物酶对土壤有很好的稳定固化作用,完全可以替代传统的固化材料,充分满足干线公路、高速公路的精加工,底基层和基层相应的强度要求,适应县、乡、村公路全路面结构的修建。

2、地材取用充足便捷:生物酶土壤固化所需地材供应充足,材料质量容易保障,就地取材机会多。不需要昂贵的商品河砂、碎石,被废弃粘土、风化石、天然砂砾石、建筑砖渣、废矿渣、尾矿、工业无污染固体废料等都能有效利用。

3、施工工艺简单:厂拌和路拌法施工均能满足质量要求。施工工艺要求较传统筑路技术简单,以专用装备配合常用的道路施工机械就能满足施工要求,施工进度快,即使发生坑槽等常见病害,利用既有地材,便可快速就地处理修复。

4、经济效益、社会效益显著:与传统筑路技术相比,生物酶土壤固化筑路技术可降低工程造价10%~20%左右,具有显著的经济和社会效益。

5、生态环保:生物酶固化剂本身无毒、无副作用,生产应用无污染,无残留影响。生物酶筑路技术大幅度减少矿产性碎石、水泥用量,有利于节约资源和能源,减少CO2排放,极大的保护生态环境。

三、施工工艺

生物酶土壤复合固化结构层施工工艺明晰简单,根据《生物酶土壤固化路面技术规范》按流程组织实施就能充分保障工程质量。

四、应用概况及发展前景

1、应用概况

生物酶土壤复合固化筑路成套技术从研究试验、示范工程、规模化推广应用至今,在湖南省内十多个项目修筑生物酶土壤复合固化底基层、基层或增柔改性碾压水泥混凝土面层新型结构道路近80多公里。其中:村、乡道,26.5公里;国省干线、连接线、互通匝道,40.2公里;一级公路,6.5公里;高速公路主线,9.1公里采用该技术进行了示范工程的修筑。应用状况良好,同时积累了较丰富的施工经验,为生物酶土壤复合固化筑路成套技术的推广应用奠定了坚实的基础。


示范项目试件耐水性观测


主要应用示范项目汇总表


2、发展前景

生物酶土壤复合固化筑路成套技术从引进、研发至推广应用历经十七年沉淀与发展,实现了重大科技专项科研成果向生产力的转化,《生物酶土壤固化路面技术规范》的颁布实施,将该技术从设计、施工、交验提供了全方位技术支撑和保障,为公路和城市道路工程建设增添新的抓手。生物酶土壤复合固化底基层、基层以其独有的机理及优势具有以下发展前景。

1)随心应对不良地质条件下的路基填筑,采用生物酶土壤复合固化技术填筑路基改善层(垫层),能有效实现路床顶部高速密实封水,提高路基防水能力,保护路基。

2)低成本提高路面承载能力,采用生物酶土壤复合固化路床顶改善层(垫层)和底基层,由于生物酶催化渗透作用,两层将融合为整体,无层间拉应力影响,低成本直接增加路面结构层厚度,提高了路面承载能力。

3)益于开放交通道路的修筑和改造:用生物酶土壤固化筑路技术修筑和改造开放交通的道路,对交通运输的影响最小,生物酶固化层摊铺碾压成型养生期车辆即可通行。

4)生物酶土壤复合固化采用废弃土、风化石、工业、建筑废弃料(无害)均可,应用于高速公路、国省干线公路、农村道路新修、扩建,在降低成本的同时,可实现零废弃、零污染资源自然循环化利用。