CN115193872A - 一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料；所述回收旧道砟集料，为病害道床道砟经翻挖、回收、清筛后获取的道砟集料；所述补强道砟集料，包括性能指标满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的道砟集料，优选为冶金固废渣；所述预设的养护维修用道砟性能要求标准为所述有砟轨道养护维修用道砟的性能要求标准；使所述回收旧道砟集料和所述述补强道砟集料混合后获得的再利用道砟满足所述预设的养护维修用道砟性能要求标准。本发明一方面能够有效减少养护费用，另一方面减少了固废对环境的污染以及减少对石料资源的开采，具有良好的环境、经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于轨道材料制备领域，更具体地，涉及一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用。
背景技术
有砟轨道作为常用的主要轨道结构类型之一，其道床具有承压、提供纵横向阻力、保持轨道的稳定、排水等作用。然而随着服役时间增长，在荷载及环境因素的耦合作用下，道床会产生一系列病害，包括道床脏污、翻浆、板结、沉陷等。病害产生主要原因为道砟的抗冲击、抗压碎性能降低，道砟劣化填满道砟空隙形成不透水层，造成道床板结，弹性下降，减震效果变差，因此，为保持铁路在符合铁路技术标准下正常运行，定期对有砟道床进行养护维修十分重要。
现有的养护措施为道床清筛，主要是将枕底至30～40cm深范围内的脏污旧道砟挖出，补入部分新道砟构成洁净道床；少数会将挖出的旧道砟直接回填到线路上，再补充新道砟，即养护后的道床由未挖出的旧道砟、挖出筛分后回填的旧道砟和/或补充的新道砟组成。但现有的有砟道床养护存在以下缺点：(1)挖出的旧道砟因服役阶段列车荷载和环境因素的作用，道砟颗粒组成会细化，其性能可能发生改变，直接回填，难以确保其性能符合道砟使用要求；(2)回填的旧道砟和补充的新道砟没有定量化分析，对维修后的道砟是否满足规范规定的道砟粒径的集配要求，道床性能恢复是否满足规范规定的道床主要参数指标要求，均未知；(3)直接补充新道砟常用碎石种类如玄武岩、花岗岩、石灰石等，均是需要天然开采的材料，长期以往对环境资源的破坏较大，而且旧道砟回收利用不充分，造成资源的浪费。因此，急需一种基于旧道砟制备的再利用道砟应用于有砟轨道养护中，且该再利用道砟能够满足养护维修用道砟的要求，这对于有砟轨道的养护维修具有重大意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其目的在于通过回收旧道砟集料和冶金固废渣按照一定比例复配，控制回收旧道砟集料添加量在限值内，由此解决现有有砟轨道养护技术中旧道砟与新道砟随机复配，性能和/或粒径难确保符合要求以及长期开采天然材料对环境资源的破坏较大的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料；
所述回收旧道砟集料，为病害道床道砟经翻挖、回收或清筛后获取的道砟集料；
所述补强道砟集料，包括性能指标满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的道砟集料，优选为冶金固废渣；
所述预设的养护维修用道砟性能要求标准为所述有砟轨道养护维修用道砟的性能要求标准；
使所述回收旧道砟集料和所述述补强道砟集料混合后获得的再利用道砟满足所述预设的养护维修用道砟性能要求标准。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述应用，包括以下步骤：
(1)检测回收旧道砟集料：获取预处理合格后的或筛分、除污后的回收旧道砟集料，检测其性能指标；
(2)筛分、检测补强道砟集料：检测冶金固废渣性能指标，并筛分保留满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的冶金固废渣作为补强道砟集料；
(3)有砟轨道养护维修：按照预设比例，将步骤(1)中的回收旧道砟集料和步骤(2)中的冶金固废渣混匀，即为再利用道砟；所述再利用道砟满足养护维修用道砟的性能要求；
按照养护要求，分层补充再利用道砟、起道捣固和垫砟或者按照新建标准分层摊铺、起道捣固，直至恢复道床断面和技术性能。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其步骤(2)进行普通客运或货运铁路养护维修用时，选取性能指标满足一级以上道砟要求，粒径范围在25～63mm的冶金固废渣；进行高速铁路养护维修用时，选取性能指标满足特级道砟要求，粒径范围在22.4～63mm的冶金固废渣。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述预设比例，按照如下原则设定：
以占再利用道砟百分比计，所述回收旧道砟集料占比满足0＜C回收≤C回收max，所述补强道砟集料，占比为1-C回收；其中C回收max依据如下原则确定：
aj×Cmax-j+bj×Cj补强＝cj预设，Cmax-j+Cj补强＝100％，Cmax-j中的最小值即为C回收max；
式中aj和bj分别为回收旧道砟集料、冶金固废渣性能指标检测值；
cj预设为再利用道砟对应性能指标的预设值，所述预设值，按照养护维修用道砟性能指标标准最大值设置或者取经验值。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其步骤(1)所述回收旧道砟集料，筛分并记录各标准筛回收旧道砟集料的通过百分率，记为Pi，i为整数，i值越小对应的方孔筛孔边长越小；
步骤(2)所述筛分补强道砟集料，按照道砟混合料的合成粒度组成范围要求筛分分档；
步骤(3)所述预设比例，其中第i档补强道砟集料添加比例，按照如下公式计算获得：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，其中i为整数，i值越小，分档粒径越小，T0＝0，P0＝0；
式中，C回收为再利用道砟混合料中回收旧道砟集料的质量百分比；Ci为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣的质量百分比；Pi为回收旧道砟集料第i级方孔筛孔边长通过百分率；Ti为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣预设通过率；所述预设通过率，按照养护维修用道砟合成粒度通过百分率的要求设置或取经验值。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述冶金固废渣筛分分档，应用于普通客运或货运线路养护，包括0～25mm、25～35.5mm、35.5～45mm、45～56mm和56～63mm档；应用于高速铁路养护，包括0～22.4mm、22.4～31.5mm、31.5～40mm、40～50mm和50～63mm档。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述补强道砟集料，包括钢渣和高炉渣中一种或多种混合体。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述性能指标，包括洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率、针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述cj预设，其中性能指标洛杉矶磨耗率对应的c1预设为18％、标准集料压碎率对应的c2预设为8％、针状指数对应的c3预设为20％、片状指数对应的c4预设为20％、中风化颗粒和其他杂石含量对应的c5预设为5％、表面洁净度对应的c6预设为0.17％、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量对应的c7预设为1％。
优选地，所述再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其所述第i档冶金固废渣预设通过率，其中普通客运或货运铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤5％、25％≤T2≤40％、55％≤T3≤75％、92％≤T4≤97％以及T5＝100％；高速铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣的预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤3％、1％≤T2≤25％、30％≤T3≤65％、70％≤T4≤99％以及T5＝100％。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明将性能指标值在一级道砟标准以上的冶金固废渣作为回收旧道砟集料的性能补强剂，回收旧道砟集料和冶金固废渣，按照预设比例进行复配，获得再利用道砟，控制回收旧道砟集料添加量在限值以内，能够确保再利用道砟的性能符合养护维修用道砟的要求。
进一步地，根据道砟混合料的合成粒度组成范围要求，将冶金固废渣分档，并计算每档的添加比例，以确保再利用道砟的粒径符合要求。
本发明一方面能够有效减少养护费用，另一方面减少了固废对环境的污染以及减少对石料资源的开采，具有良好的环境、经济和社会效益。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
补强道砟集料，为满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的道砟集料，所述预设的养护维修用道砟性能要求标准为所述有砟轨道养护维修用道砟的性能要求标准。所述补强道砟的性能优于所述养护维修用道砟性能要求，可为满足一级以上道砟要求的道砟集料，或者满足特级道砟要求的道砟集料；优选采用冶金固废作为补强道砟集料。
添加补强道砟集料能够改善原道砟的粒度组成、针状指数、片状指数、中风化颗粒、其他杂石含量、表面洁净度以及粒径0.1mm以下粉末的含量等性能指标，从而使回收得到的回收旧道砟集料被利用在有砟轨道养护中，实现旧道砟再利用。
有砟轨道养护中使用的道砟需要满足相关规定的要求才能进行施工，养护道砟要求标准为针状指数小于等于20％、片状指数小于等于20％、中风化颗粒和其他杂石含量小于等于5％、表面洁净度小于等于0.17％以及粒径0.1mm以下粉末的含量小于等于1％、洛杉矶磨耗率小于等于18％、标准集料压碎率小于等于8％。然而回收的旧道砟，经检测，其大多数指标不符合标准，例如针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率等指标检测结果通常高于标准值，即回收旧道砟集料往往不符合养护维修用道砟的要求。
虽实际操作中可能有将回收旧道砟集料与新道砟复配使用，但两者随机复配获得的再利用道砟缺少对技术性能的定性判断，难以确保用于养护维修的再利用道砟符合要求，在短期内可能需要再次养护维修，增加了人力物力成本，因此，确保再利用道砟技术性能符合要求是十分有必要的。
另外，养护维修用道砟的粒度组成需满足以下要求，具体见下表：
表1 普通客运或货运铁路养护维修用道砟合成粒度组成范围
| 方孔筛孔边长(mm) | 25 | 35.5 | 45 | 56 | 63 |
| 过筛质量百分率(％) | 0～5 | 25～40 | 55～75 | 92～97 | 100 |
表2 高速铁路养护维修用道砟合成粒度组成范围
| 方孔筛孔边长(mm) | 22.4 | 31.5 | 40 | 50 | 63 |
| 过筛质量百分率(％) | 0～3 | 1～25 | 30～65 | 70～99 | 100 |
对于普通客运或货运铁路，道砟混合料的合成粒度组成范围符合表1的要求，且在31.5～50mm尺寸范围颗粒质量不小于50％；
对于高速铁路，道砟混合料的合成粒度组成范围符合表2的要求，且在31.5～50mm尺寸范围颗粒质量不小于50％。
现有养护技术中回收旧道砟集料与新道砟随机配比组成的再利用道砟，其粒度组成是否符合集配的要求也并不可知。如果只采用新道砟进行养护维修，虽道砟的技术性能和粒度符合要求，但完全没有利用旧道砟，会造成旧道砟的浪费，而且补充的新道砟碎石种类包括玄武岩、花岗岩、石灰石，这些均是需要天然开采的材料，过多使用天然道砟也不符合低碳环保的社会发展趋势。
采用性能指标在预设标准以上的冶金固废作为补强道砟集料，并将补强道砟集料和回收旧道砟集料按照各自性能比重进行复配，使得混合后得到的再利用道砟的性能符合养护维修用道砟的要求，其中以再利用道砟中道砟添加比例为该道砟的性能比重，根据再利用道砟的各项性能指标均满足要求时回收旧道砟集料的最大占比为回收旧道砟集料添加量的上限，控制回收旧道砟集料的添加量在限值范围内，以此来确保再利用道砟的性能能够达到养护维修用道砟的标准，同时可减少对天然集料的开采。
进一步地，所述补强道砟集料，按照养护维修用道砟合成粒度组成范围要求进行分档，并计算每档的添加比例，以确保再利用道砟粒度组成符合要求。
本发明提供了一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料，所述回收旧道砟集料，为病害道床道砟经翻挖、回收、清筛后获取的道砟集料；
所述补强道砟集料，包括性能指标满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的道砟集料，优选为冶金固废渣；更优选冶金固废渣中钢渣、高炉渣中一种或多种混合体；
所述预设的养护维修用道砟性能要求标准为所述有砟轨道养护维修用道砟的性能要求标准；
使所述回收旧道砟集料和所述述补强道砟集料混合后获得的再利用道砟满足所述预设的养护维修用道砟性能要求标准。
所述应用，包括以下步骤：
(1)检测回收旧道砟集料：获取预处理合格后的或筛分、除污后的回收旧道砟集料，检测其性能指标；
所述预处理，为病害道床无需除污的旧道砟，当场筛分处理，得到可以利用的旧道砟；
所述性能指标，包括洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率、针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量。
(2)筛分、检测冶金固废渣：检测冶金固废渣性能指标，并筛分保留满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的冶金固废渣作为补强道砟集料；
其中普通客运或货运铁路养护维修用，选取性能指标满足一级道砟要求的冶金固废渣进行筛分，粒径范围为25～63mm；
高速铁路养护维修用，选取性能指标满足特级道砟要求的冶金固废渣进行筛分，粒径范围为22.4～63mm；
(3)有砟轨道养护维修：按照预设比例，将步骤(1)中的回收旧道砟集料和步骤(2)中的冶金固废渣混匀，即为再利用道砟；所述再利用道砟满足养护维修用道砟的性能要求；
按照养护要求，分层补充再利用道砟、起道捣固和垫砟或者按照新建标准分层摊铺、起道捣固，直至恢复道床断面和技术性能。
所述预设比例，按照如下原则设定：
以占再利用道砟百分比计，所述回收旧道砟集料占比满足0＜C回收≤C回收max，所述补强道砟集料，占比为1-C回收；其中C回收max依据如下原则确定：
aj×Cmax-j+bj×Cj补强＝cj预设，Cmax-j+Cj补强＝100％，Cmax-j中的最小值即为C回收max；
式中aj和bj分别为回收旧道砟集料、冶金固废渣性能指标检测值；cj预设为再利用道砟对应性能指标的预设值，所述预设值，按照养护维修用道砟性能指标标准最大值设置或者取经验值；
所述cj预设，优选地，性能指标洛杉矶磨耗率对应的c1预设为18％、标准集料压碎率对应的c2预设为8％、针状指数对应的c3预设为20％、片状指数对应的c4预设为20％、中风化颗粒和其他杂石含量对应的c5预设为5％、表面洁净度对应的c6预设为0.17％、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量对应的c7预设为1％；
进一步地，步骤(1)所述回收旧道砟集料，还需筛分并记录各标准筛回收旧道砟集料的通过百分率，记为Pi，i为整数，i值越小对应的方孔筛孔边长越小；
进一步地，步骤(2)，所述筛分补强道砟集料，按照道砟混合料的合成粒度组成范围要求分档，优选分5档；
其中应用于普通客运或货运线路养护，分为0～25mm、25～35.5mm、35.5～45mm、45～56mm和56～63mm档；
应用于高速铁路养护，分为0～22.4mm、22.4～31.5mm、31.5～40mm、40～50mm和50～63mm档；
进一步地，步骤(3)，所述预设比例，其中第i档补强道砟集料添加比例，按照如下公式计算获得：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，其中i为整数，T0＝0，P0＝0；
式中，C回收为再利用道砟混合料中回收旧道砟集料的质量百分比，％；Ci为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣的质量百分比，％；Pi为回收旧道砟集料第i级方孔筛孔边长通过百分率，％；Ti为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣预设通过率，％；所述预设通过率，按照养护维修用道砟合成粒度通过百分率的要求设置或取经验值。
所述第i档冶金固废渣预设通过率，其中普通客运或货运铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤5％、25％≤T2≤40％、55％≤T3≤75％、92％≤T4≤97％、T5＝100％；
高速铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣的预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤3％、1％≤T2≤25％、30％≤T3≤65％、70％≤T4≤99％、T5＝100％。
以下为实施例：
实施例1再利用道砟在普通客运或货运铁路养护中的应用
所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料；
所述回收旧道砟集料为为病害道床道砟经翻挖、回收、清筛后获取的道砟集料；具体的：
局部道床有病害的，先对病害进行合理处置，检验合格后对旧道砟进行清筛，清筛厚度依据《铁路线路维修规则》执行；
其中成段破底清筛采用大型养路机械施工对旧道砟进行清筛，局部维修可采用小型机械或人工清筛。
所述补强道砟集料为钢渣一种或多种混合体；所述钢渣性能指标符合一级道砟的性能要求，粒径范围为25～63mm；
所述应用，包括以下步骤：
(1)检测回收旧道砟集料：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，对除污后的回收旧道砟集料进行检测和统计通过百分率，其性能指标，检测结果见表3；筛分得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中方孔筛孔边长包括25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm，各标准筛筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％。
(2)筛分、检测补强道砟集料：检测冶金固废渣性能指标，并筛分保留性能指标符合一级道砟的性能要求，并筛分粒径范围为25～63mm的钢渣；并根据粒度组成应用于普通客运或货运线路分为0～25mm(N1)、25～35.5mm(N2)、35.5～45mm(N3)、45～56mm(N4)和56～63mm(N5)等5档。
(3)有砟轨道养护维修：按照预设比例，将步骤(1)中的回收旧道砟集料和步骤(2)中的冶金固废渣混匀，即为再利用道砟；
按照养护要求，分层补充再利用道砟、起道捣固和垫砟直至恢复道床断面和技术性能。
所述预设比例，具体按照如下原则设置：
①确定旧道砟最大添加量：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，并分别检测记录回收旧道砟集料和补强道砟集料钢渣的洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率、针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量，按照如下公式计算回收旧道砟集料最大添加量：
aj×Cmax-j+bj×Cj补强＝cj预设；Cmax-j+Cj补强＝100％，Cmax-j中的最小值即为C回收max；
其中aj、bj分别为回收旧道砟集料、补强道砟集料的一个性能指标检测值，cj为再利用道砟的该性能指标预设值，所述性能指标，包括洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率、针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量；
取各性能指标的标准最大值为预设值，其中洛杉矶磨耗率指标对应c1预设＝18％、标准集料压碎率指标对应c2预设＝8％、针状指数指标对应c3预设＝20％、片状指数指标对应c4预设＝20％、中风化颗粒和其他杂石含量指标对应c5预设＝5％、表面洁净度指标对应c6预设＝0.17％、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量指标对应的c7预设＝1％；按照不同性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
表3 回收旧道砟集料最大添加量
由上表可知，Cmax的最小值为63％，即回收旧道砟集料最大添加量为63％，则再利用道砟中回收旧道砟集料的占比在63％内取值；
②计算再利用道砟中回收旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
根据①获得的回收旧道砟集料的添加范围，取C回收为60％，P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％；
其中T1、T2、T3、T4、T5满足0≤T1≤5、25≤T2≤40、55≤T3≤75、92≤T4≤97、T5＝100，％，本实施例分别设计为4％、30％、65％、95％和100％；
按照②中计算公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为1％、5％、23％、9％和2％。
即按照质量份数计，所述预设比例为60份回收旧道砟、1份0～25mm(N1)、5份25～35.5mm(N2)、23份35.5～45mm(N3)、9份45～56mm(N4)和2份56～63mm(N5)的钢渣，复配混合获得再利用道砟。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
通过上表可知，钢渣与回收旧道砟复配后获得的再利用道砟的指标全部满足养护维修道砟标准，可用于普通客运或货运铁路养护维修，而回收旧道砟集料的指标均不满足养护维修道砟标准，不可直接用于普通客运或货运铁路养护维修。
实施例2再利用道砟在高铁养护中的应用
所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料；
所述回收旧道砟，同实施例1；
所述补强道砟集料为高炉渣一种或多种混合体；所述高炉渣性能指标符合特级道砟的性能要求，粒径范围为22.4～63mmmm；
所述应用，包括以下步骤：
(1)检测回收旧道砟集料：对病害道床无需除污的旧道砟，当场筛分处理，得到预处理合格后的回收旧道砟集料，检测其性能指标，结果见下表4；并进行筛分(1)得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中方孔筛孔边长包括22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm，筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％。
(2)筛分、检测补强道砟集料：检测冶金固废渣性能指标，并筛分保留性能指标符合特级道砟的性能要求，并筛分粒径范围为22.4～63mm的高炉渣，并根据粒度组成应用于高速铁路分为0～22.4mm(G1)、22.4～31.5mm(G2)、31.5～40mm(G3)、40～50mm(G4)和50～63mm(G5)等5档。
(3)有砟轨道养护维修：按照预设比例，将步骤(1)中的回收旧道砟集料和步骤(2)中的冶金固废渣混匀，即为再利用道砟；
按照养护要求，按照新建标准分层摊铺、起道捣固，直至恢复道床断面和技术性能。
所述预设比例，具体按照如下原则设置：
①确定回收旧道砟集料最大添加量：同实施例1，按照各性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
表4 回收旧道砟集料最大添加量
由表可知，回收旧道砟集料的最大添加量为67％；
②计算再利用道砟中旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
按照①获得的回收旧道砟集料的添加量范围，取C回收为60％，其中P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％；
其中T1、T2、T3、T4、T5满足0≤T1≤3、1≤T2≤25、30≤T3≤65、70≤T4≤99、T5＝100％，本实施例分别设计为2％、15％、50％、90％和100％，按照上述公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为.8％、2.2％、11％、22％和4％。
即按照质量份数计，所述预设比例为60份旧道砟、0.8份0～22.4mm(G1)、2.2份22.4～31.5mm(G2)、11份31.5～40mm(G3)、22份40～50mm(G4)和4份50～63mm(G5)的高炉渣，复配混合获得再利用道砟。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
由表可知，本实施例中再利用道砟符合标准要求，可用于高速铁路养护维修。
实施例3再利用道砟
采用性能指标符合一级道砟要求的钢渣作为补强道砟集料，与回收旧道砟复配后用于普通客运或货运铁路养护维修，所述钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体，将其破碎筛分粒径范围为25～63mm；所述再利用道砟，具体按照如下制备方法制备：
(1)确定回收旧道砟集料最大添加量：同实施例1；按照不同性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
由表可知，Cmax的最小值为56％，即回收旧道砟集料最大添加量为56％，则再利用道砟中回收旧道砟集料的占比在56％内取值；
(2)旧道砟筛分：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，对除污后的回收旧道砟集料进行筛分，得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中用于普通客运或货运线路维修用道砟的方孔筛孔边长包括25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm，筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％。
(3)补强道砟集料分档：采用钢渣制备补强道砟集料，所述的钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体。将其破碎筛分后得到不同粒径的道砟，其中用于普通客运或货运铁路养护维修的粒径范围为25～63mm；根据粒度组成应用于普通客运或货运线路分为0～25mm(N1)、25～35.5mm(N2)、35.5～45mm(N3)、45～56mm(N4)和56～63mm(N5)等5档。
(4)制备再利用道砟：计算再利用道砟中旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
按照步骤(1)获得的回收旧道砟集料添加量范围，取C回收为50％，其中P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％；T1、T2、T3、T4、T5分别设计为4％、30％、65％、95％和100％，按照上述公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为1.5％、8.5％、25％、12.5％和2.5％。
按照质量份数计，分别称取50份旧道砟、1.5份0～25mm(N1)、8.5份25～35.5mm(N2)、25份35.5～45mm(N3)、12.5份45～56mm(N4)和2.5份56～63mm(N5)的补强道砟集料，复配混合获得再利用道砟2。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
由表可知，钢渣与回收旧道砟复配后再利用道砟的7项性能指标满足维修养护用道砟的标准，说明再利用道砟可用于普通客运或货运铁路养护维修；其中相比旧道砟，再利用道砟的颗粒形状、清洁度指标和力学性能得到明显提升。
实施例4再利用道砟4
将性能指标符合特级道砟要求的钢渣作为补强道砟集料，与回收旧道砟复配后用于高速铁路养护维修，所述钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体，将其破碎筛分粒径范围为22.4～63mm；
所述再利用道砟，具体按照如下制备方法制备：
(1)确定回收旧道砟集料最大添加量：同实施例1，按照不同性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
由表可知，回收旧道砟集料最大添加量为71％；
(2)旧道砟筛分：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，对除污后的回收旧道砟集料进行筛分，得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中高速铁路线路维修用道砟的方孔筛孔边长包括22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm，筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％。
(3)补强道砟集料分档：采用钢渣制备补强道砟集料，所述的钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体。将其破碎筛分后得到不同粒径的道砟，其中用于高速铁路则筛分为0～22.4mm(G1)、22.4～31.5mm(G2)、31.5～40mm(G3)、40～50mm(G4)和50～63mm(G5)等5档。
(4)制备再利用道砟：计算再利用道砟中旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
按照步骤(1)获得的回收旧道砟集料的添加量范围，取C回收为70％，其中P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％；T1、T2、T3、T4、T5分别设计为2％、20％、55％、90％和100％，按照上述公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为0.6％、5％、7.4％、14％和3％；
按照质量份数计，分别称取70份旧道砟、0.6份0～22.4mm(G1)、5份22.4～31.5mm(G2)、7.4份31.5～40mm(G3)、14份40～50mm(G4)和3份50～63mm(G5)的补强道砟集料，复配混合获得再利用道砟4。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
由表可知，钢渣与回收旧道砟复配后获得再利用道砟满足标准要求，可用于高速铁路养护维修。
实施例5再利用道砟5
采用性能指标符合一级道砟要求的高炉渣作为补强道砟集料，与回收旧道砟复配后用于普通客运或货运铁路养护维修，所述高炉渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体，将其破碎筛分后得到粒径范围为25～63mm的补强道砟集料；
所述再利用道砟，具体按照如下制备方法制备：
(1)确定回收旧道砟集料最大添加量：同实施例1，按照不同性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
由表可知，回收旧道砟集料最大添加量为71％；
(2)旧道砟筛分：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，对除污后的回收旧道砟集料进行筛分，得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中高速铁路线路维修用道砟的方孔筛孔边长包括25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm，筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％。
(3)补强道砟集料分档：采用高炉渣制备补强道砟集料，所述的高炉渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体。将其破碎筛分后得到不同粒径的道砟，其中用于普通客运或货运线路分为0～25mm(N1)、25～35.5mm(N2)、35.5～45mm(N3)、45～56mm(N4)和56～63mm(N5)等5档。
(4)制备再利用道砟：计算再利用道砟中旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
按照步骤(1)获得的回收旧道砟集料的添加量范围，取C回收为70％，其中P1、P2、P3、P4、P5分别为5％、40％、60％、95％和100％；T1、T2、T3、T4、T5分别设计为4％、35％、70％、95％和100％，按照上述公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为0.5％、6.5％、21％、0.5％和1.5％。
按照质量份数计，分别称取70份旧道砟、0.5份0～25mm(N1)、6.5份25～35.5mm(N2)、21份35.5～45mm(N3)、0.5份45～56mm(N4)和1.5份56～63mm(N5)的补强道砟集料，复配混合获得再利用道砟5。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
由表可知，高炉渣与回收旧道砟复配后获得再利用道砟满足标准要求，可用于普通客运或货运铁路养护维修。
实施例6再利用道砟6
采用性能指标符合特级道砟要求的钢渣作为补强道砟集料，与回收旧道砟复配后用于高速铁路养护维修，所述钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体。将其破碎筛分粒径范围为22.4～63mm；
所述再利用道砟，具体按照如下制备方法制备：
(1)确定回收旧道砟集料最大添加量：同实施例1，按照不同性能指标计算获得的回收旧道砟集料最大添加量如下表所示：
由表可知，回收旧道砟集料的最大添加量为53％；
(2)旧道砟筛分：对旧道砟进行翻挖回收，采用滚筒筛或振动筛对旧道砟进行筛分，筛分过程采用压力水对旧道砟表面进行冲洗除污，对除污后的回收旧道砟集料进行筛分，得到旧道砟各方孔筛孔边长的通过百分率；其中高速铁路线路维修用道砟的方孔筛孔边长包括22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm，筛分结果表明，P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％。
(2)补强道砟集料分档：采用钢渣制备补强道砟集料，所述的钢渣为冶金固废中的钢渣，为一种或及多种混合体。将其破碎筛分后得到不同粒径的道砟，其中用于高速铁路则筛分为0～22.4mm(G1)、22.4～31.5mm(G2)、31.5～40mm(G3)、40～50mm(G4)和50～63mm(G5)等5档。
(3)制备再利用道砟：计算再利用道砟中旧道砟、各档补强道砟集料的配比：按照如下公式计算：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，i为1、2、3、4、5，其中T0＝0，P0＝0，
按照步骤(1)获得的回收旧道砟集料添加量范围，取C回收为50％，其中P1、P2、P3、P4、P5分别为2％、20％、60％、90％和100％；T1、T2、T3、T4、T5分别设计为2％、20％、55％、90％和100％，按照上述公式计算得出，C1、C2、C3、C4、C5分别为1％、9％、15％、20％和5％。
按照质量份数计，分别称取50份旧道砟、1份0～22.4mm(G1)、9份22.4～31.5mm(G2)、15份31.5～40mm(G3)、20份40～50mm(G4)和5份50～63mm(G5)的补强道砟集料，复配混合获得再利用道砟6。
对回收旧道砟和再利用道砟进行颗粒形状和清洁度统计，结果如下表所示。
由表可知，钢渣与回收旧道砟复配后获得再利用道砟满足标准要求，可用于高速铁路养护维修。
实施例7采用再利用道砟用于普通客运或货运铁路养护维修
本实施例为采用实施例5制备的再利用道砟养护维修普通客运或货运铁路，具体步骤如下：
(1)局部道床有病害的，先对病害进行合理处置，检验合格后进行下步工序；
(2)对原有道砟进行翻挖、回收；
(3)采用再利用道砟按照新建标准分层摊铺、起道捣固。
实施例8采用再利用道砟养护维修高速铁路
本实施例为对服役线路的道砟进行全挖出，全部更换为再利用道砟，具体如下：
(1)局部道床有病害的，先对病害进行合理处置，检验合格后对原有道砟进行翻挖；
(2)对原有道砟进行翻挖、回收；
(3)采用实施例4或实施例6的再利用道砟按照新建标准分层摊铺、起道捣固。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述再利用道砟，包括回收旧道砟集料和补强道砟集料；
所述回收旧道砟集料，为病害道床道砟经翻挖、回收或清筛后获取的道砟集料；
所述补强道砟集料，包括性能指标满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的道砟集料，优选为冶金固废渣；
所述预设的养护维修用道砟性能要求标准为所述有砟轨道养护维修用道砟的性能要求标准；
使所述回收旧道砟集料和所述述补强道砟集料混合后获得的再利用道砟满足所述预设的养护维修用道砟性能要求标准。
2.如权利要求1所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述应用，包括以下步骤：
(1)检测回收旧道砟集料：获取预处理合格后的或筛分、除污后的回收旧道砟集料，检测其性能指标；
(2)筛分、检测补强道砟集料：检测冶金固废渣性能指标，并筛分保留满足预设的养护维修用道砟性能要求标准以上要求的冶金固废渣作为补强道砟集料；
(3)有砟轨道养护维修：按照预设比例，将步骤(1)中的回收旧道砟集料和步骤(2)中的冶金固废渣混匀，即为再利用道砟；
按照养护要求，分层补充再利用道砟、起道捣固和垫砟或者按照新建标准分层摊铺、起道捣固，直至恢复道床断面和技术性能。
3.如权利要求2所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，步骤(2)进行普通客运或货运铁路养护维修用时，选取性能指标满足一级以上道砟要求，粒径范围在25～63mm的冶金固废渣；进行高速铁路养护维修用时，选取性能指标满足特级道砟要求，粒径范围在22.4～63mm的冶金固废渣。
4.如权利要求2所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述预设比例，按照如下原则设定：
以占再利用道砟百分比计，所述回收旧道砟集料占比满足0＜C回收≤C回收max，所述补强道砟集料，占比为1-C回收；其中C回收max依据如下原则确定：
aj×Cmax-j+bj×Cj补强＝cj预设，Cmax-j+Cj补强＝100％，Cmax-j中的最小值即为C回收max；
式中aj和bj分别为回收旧道砟集料、冶金固废渣性能指标检测值；
cj预设为再利用道砟对应性能指标的预设值，所述预设值，按照养护维修用道砟性能指标标准最大值设置或者取经验值。
5.如权利要求4所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，步骤(1)所述回收旧道砟集料，还需筛分并记录各标准筛回收旧道砟集料的通过百分率，记为Pi，i为整数，i值越小对应的方孔筛孔边长越小；
步骤(2)所述筛分补强道砟集料，按照道砟混合料的合成粒度组成范围要求筛分分档；
步骤(3)所述预设比例，其中第i档补强道砟集料添加比例按照如下公式计算获得：
Ci＝Ti-Ti-1+C回收×(Pi-1-Pi)，其中i为整数，i值越小，分档粒径越小，T0＝0，P0＝0；
式中，C回收为再利用道砟混合料中回收旧道砟集料的质量百分比；Ci为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣的质量百分比；Pi为回收旧道砟集料第i级方孔筛孔边长通过百分率；Ti为再利用道砟混合料中第i档冶金固废渣预设通过率；所述预设通过率，按照养护维修用道砟合成粒度通过百分率的要求设置或取经验值。
6.如权利要求5所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述补强道砟集料筛分分档，应用于普通客运或货运线路养护，包括0～25mm、25～35.5mm、35.5～45mm、45～56mm和56～63mm档；应用于高速铁路养护，包括0～22.4mm、22.4～31.5mm、31.5～40mm、40～50mm和50～63mm档。
7.如权利要求1至6任意一项所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述补强道砟集料，包括钢渣和高炉渣中一种或多种混合体。
8.如权利要求1至3任意一项所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述性能指标，包括洛杉矶磨耗率、标准集料压碎率、针状指数、片状指数、中风化颗粒和其他杂石含量、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量。
9.如权利要求4所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述cj预设，其中性能指标洛杉矶磨耗率对应的c1预设为18％、标准集料压碎率对应的c2预设为8％、针状指数对应的c3预设为20％、片状指数对应的c4预设为20％、中风化颗粒和其他杂石含量对应的c5预设为5％、表面洁净度对应的c6预设为0.17％、表面洁净度和粒径0.1mm以下粉末的含量对应的c7预设为1％。
10.如权利要求5所述的再利用道砟在有砟轨道养护中的应用，其特征在于，所述第i档冶金固废渣预设通过率，其中普通客运或货运铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长25mm、35.5mm、45mm、56mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤5％、25％≤T2≤40％、55％≤T3≤75％、92％≤T4≤97％、T5＝100％；高速铁路养护维修用道砟混合料的冶金固废渣的预设通过率T1、T2、T3、T4、T5分别为通过方孔筛孔边长22.4mm、31.5mm、40mm、50mm和63mm的预设通过率，其中0≤T1≤3％、1％≤T2≤25％、30％≤T3≤65％、70％≤T4≤99％、T5＝100％。
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