水泥穩(wěn)定回收集料作基層的路用性能研究

李斯祺，彭 育，陳家全

（重慶建工集團(tuán)新型建材有限公司重慶401122）

水泥穩(wěn)定回收集料作基層的路用性能研究

李斯祺，彭 育，陳家全

（重慶建工集團(tuán)新型建材有限公司重慶401122）

廢料再生技術(shù)由于其快速、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的研究利用。廢棄道路材料的再生利用，不僅能變廢為寶，而且還能緩解道路改建對環(huán)境造成的不利影響，同時降低工程造價，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

水泥穩(wěn)定；道路基層；回收集料；振動壓實(shí)

1 引言

近年來，由于交通量不斷增長，軸載顯著增加，給道路帶來明顯損壞。我國的公路基礎(chǔ)設(shè)施已由以建設(shè)為主的建設(shè)高峰期，轉(zhuǎn)為建設(shè)、養(yǎng)護(hù)并重高峰期。我國已建成的高級和次高級道路中，按照道路的設(shè)計(jì)壽命和實(shí)際使用情況，每年大約有12%左右的道路需要翻修，這其中大量舊路改造需要采用銑刨舊路基層，然后加鋪新結(jié)構(gòu)層和新面層的措施。僅僅路面材料的廢棄量每年就超過220萬t。若使用水泥穩(wěn)定碎石道路基層結(jié)構(gòu)材料的再生利用技術(shù)，能夠節(jié)約大量的砂石材料，節(jié)省工程投資，有利于處治廢料，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境[1]。

2 研究方法和研究內(nèi)容

本文主要是從回收集料性能、振動成型方法、力學(xué)性能等三個方面對水泥穩(wěn)定回收集料基層進(jìn)行研究。對水泥穩(wěn)定回收集料基層力學(xué)性能研究包括以下四個方面：

（1）不同齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；

（2）不同級配的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；

（3）不同水泥摻量的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)；

（4）不同新舊料比的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

創(chuàng)新性探討：

本文擬對局部或連續(xù)破壞的水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行銑刨、篩分，充分利用其中的舊集料，再根據(jù)級配要求添加水泥、水和新集料，對其進(jìn)行就地再生利用，以達(dá)到節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，降低工程成本的目的。

另外，此次實(shí)驗(yàn)提供了水泥穩(wěn)定碎石再生利用的方法，試圖分析解決由于回收集料的來源不一，材料的各種性能差異較大的問題，分析回收集料作道路基層材料利用的可行性。

3 水泥穩(wěn)定回收集料材料性能分析

舊路的水泥穩(wěn)定碎石基層廢料最初從道路基層銑刨時，少部分原碎石集料表面黏附石屑和水泥，即水泥砂漿包裹，再生利用時集料與水泥的黏結(jié)強(qiáng)度同新集料與水泥的黏結(jié)強(qiáng)度會有所不同。

（1）回收集料表面包裹了水泥砂漿以后，在成型時由于外力作用，砂漿脫落，其比表面積增大，對水泥的吸附力也會增強(qiáng)，混合料內(nèi)部黏結(jié)力加大。

（2）一些大粒徑的粗集料在銑刨時會破碎，產(chǎn)生新的斷面，使顆粒表面更加粗糙，也使銑刨下來的舊基層材料的級配會發(fā)生改變。

這些廢舊集料對水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響都是與使用新材料作水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)不同的[1]。

4 水泥穩(wěn)定回收集料配合比設(shè)計(jì)及力學(xué)性能測試分析

表1 設(shè)計(jì)級配

4.1 配合比選取

實(shí)驗(yàn)級配分為4組，分別為骨架級配A、骨架級配B、懸浮級配A、懸浮級配B。每組級配做6個平行實(shí)驗(yàn)。分別測7天、28天強(qiáng)度。

表2 級配類型說明

舊料中基層∶面層=7∶3，將集料篩分成各檔，配料時按選定級配每檔配料，新料選擇石屑。

4.2 集料性能試驗(yàn)及水泥原料試驗(yàn)

4.2.1 集料性能實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)過程中所使用的細(xì)集料為重慶石灰?guī)r。其基本性質(zhì)如下：

（1）新集料性質(zhì)

表3 新料粗集料的基本性質(zhì)

表4 細(xì)料的基本性質(zhì)

（2）回收集料性質(zhì)

4.2.2 水泥原材料試驗(yàn)

水泥在混合料中起到至關(guān)重要的作用。通常普通水泥的標(biāo)號越高，其綜合技術(shù)性能越好，價格也就越高。從經(jīng)濟(jì)及推廣應(yīng)用角度考慮，本課題研究所用水泥為重慶地維水泥廠生產(chǎn)的32.5級復(fù)合硅酸鹽水泥，使用之前對其主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了復(fù)測，均滿足規(guī)范要求，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 回收粗集料的基本性質(zhì)

表6 水泥性能指標(biāo)

通過檢測水泥性能指標(biāo)，得出水泥的性能指標(biāo)滿足質(zhì)量要求可以使用。

4.3 擊實(shí)成型方法研究

4.3.1 試驗(yàn)方法和最佳含水量

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ057-2009無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土的擊實(shí)試驗(yàn)方法”的甲法進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如下(圖1、表7）：

圖1 重型擊實(shí)干密度-含水量圖

表7 水泥穩(wěn)定回收集料擊實(shí)結(jié)果

4.3.2 最大干密度與最佳含水量的確定方法

干密度—含水量試驗(yàn)結(jié)果：

圖2 振動擊實(shí)干密度-含水量圖

表8 水泥穩(wěn)定回收集料振動壓實(shí)結(jié)果

4.3.3 不同成型方法最佳含水量與最大干密度對比

不同成型方法最佳含水量與最大干密度對比數(shù)據(jù)如下：

圖3 骨架級配B振動成型和擊實(shí)成型對比圖

由相關(guān)資料可知，水泥摻量對最佳含水率和最大干密度的影響不大。懸浮級配在3.5%和4.5%水泥摻量下，水泥摻量對最大干密度和最佳含水量的影響較小。所以用3.5%水泥摻量的最佳含水量復(fù)核4.5%水泥摻量下的最佳含水量。

試驗(yàn)結(jié)果分析：

（1）擊實(shí)試驗(yàn)方法對回收集料級配有很大影響，使回收集料不同程度地產(chǎn)生了破碎，這使水泥穩(wěn)定回收集料基層內(nèi)部產(chǎn)生了缺陷，造成無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變異性大，材料性能不穩(wěn)定。

（2）相同水泥劑量條件下，振動壓實(shí)成型法的最大干密度顯著大于擊實(shí)成型法的最大干密度，而最佳含水量比較接近。兩者密度不同說明振動壓實(shí)成型的試件更密實(shí)，壓實(shí)度更好，所以說振動壓實(shí)成型方法優(yōu)于擊實(shí)成型方法。

4.5 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

4.5.1 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度的測定按《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》“無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法”進(jìn)行。試件規(guī)格為直徑150mm、高150mm。

試驗(yàn)結(jié)果：

表9 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)

圖4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對比圖

（1）各級配的水泥穩(wěn)定回收集料7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和偏差系數(shù)均滿足基層設(shè)計(jì)要求，根據(jù)強(qiáng)度的不同可以分別應(yīng)用于各種等級道路基層或底基層。

（2）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化有以下規(guī)律：不同水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石混合料的強(qiáng)度均隨齡期的增加而增長，增長的趨勢基本上一致。

（3）兩種級配的強(qiáng)度大小不同，差異主要表現(xiàn)為壓實(shí)度不同、級配不同、水泥摻量不同。

（4）由懸浮級配A和懸浮級配B可以看出，增加水泥用量，相同齡期下，強(qiáng)度明顯增加。

（5）由骨架級配A和骨架級配B可以看出，減少回收集料用量，增加新料比例，相同齡期下，新料含量多者強(qiáng)度大。說明回收集料比例增大，強(qiáng)度有減少趨勢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Ashley Vannoy Brown研究結(jié)果有相同趨勢。A.V Brown研究得出對摻0%回收集料相比，增加回收集料比例到25%、50%、75%、100%會分別導(dǎo)致減少UCS值10%、23%、35%和51%[4]。

5 小結(jié)：綜合對比分析

水泥穩(wěn)定回收集料在受力下發(fā)生破壞，破裂面是一個曲面，在破裂面很少看到被損壞的粗集料，破裂面基本上都是在粗集料和粗集料之間發(fā)生的；由于在混合料中細(xì)集料起到填充粗集料的空隙包裹集料表面的作用，回收細(xì)集料本身比碎石細(xì)集料與水泥漿的接觸界面厚，原因有兩個：一是回收細(xì)集料表面凹凸不平，回收細(xì)集料比表面積大，增加了混合料本身的摩阻力；二是界面的影響，不同粒徑集料表面裹附的水泥漿不一樣，使不同集料的模量相差很大，由于水泥水化、溫度變化、荷載作用導(dǎo)致兩者變形不一致，產(chǎn)生界面裂縫，成為半剛性基層的薄弱部分。由于回收集料的親水性強(qiáng)，很快被水濕潤，回收集料表面的許多裂縫會吸入新的水泥顆粒，使接觸區(qū)的水化更加完全，形成致密的界面結(jié)構(gòu)，這樣界面結(jié)合得到了加強(qiáng)[8]。

振動成型與擊實(shí)成型對比，在相同水泥劑量和相同齡期條件下，振動壓實(shí)成型全部回收集料的力學(xué)指標(biāo)高于相同水泥劑量下?lián)魧?shí)成型的回收集料。一方面因?yàn)閾魧?shí)過程中，回收集料被擊碎，使集料本身產(chǎn)生了缺陷而振動壓實(shí)成型卻沒有使回收集料產(chǎn)生缺陷；另一方面振動壓實(shí)成型是通過振動壓實(shí)使材料顆粒由靜止的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài)，由于材料中水分的離析作用，顆粒間的摩擦阻力大為下降，對加速顆粒運(yùn)動更為有利，使顆粒分布更均勻更緊湊，這保證了回收集料的均勻性和骨架構(gòu)造，由此對回收集料基層而言振動壓實(shí)成型更適用[9]。

[1]劉曉娜.道路基層水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)材料的再生利用[D].成都理工大學(xué),2007,6∶1-2,5-10,14-16,21-23,25-26,30.

[2]JTJ057-2009,公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]天津東正測控技術(shù)發(fā)展有限公.DZ—08型振動壓實(shí)儀說明書[Z].1-5.

[4]Ashley Vannoy Brown.CEMENT STABILIZATION OF AGGREGATE BASE MATERIAL BLENDED WITH RECLAIMED ASPHALT PAVEMENT[M].Brigham Young University.

[5]2000,公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]JTG E42 2005，公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[7]JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]侯景鵬,史巍,宋玉普.再生混凝土技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用推廣[J].建筑技術(shù),2002,33(l)∶15-17.

[9]張立明.水泥穩(wěn)定再生水泥混凝土集料基層性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006,6∶2-3,6,15-16,18,20,28.

混凝土工、木工安全知識

1、混凝土澆水養(yǎng)護(hù)時應(yīng)注意樓面的障礙物和孔洞，拉移澆水用的皮管時，不得倒退行走，以防從孔洞內(nèi)墜落。2、樓梯混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的70%時，方可拆除底板模板。3、模板安裝過程中不得間歇，柱頭、搭頭、立柱頂撐、拉桿等必須安裝牢固成整體后，作業(yè)人員才允許離開。4、模板拆除的順序和方法：應(yīng)按照“先支后拆、后支先拆”的順序。先拆非承重模板，后拆承重的模板及支撐。5、拆除由小鋼模板支撐的頂板模板時，嚴(yán)禁將支柱全部拆除后，一次性拉拽拆除。已拆得活動的模板，必須一次連續(xù)拆除完后方可停歇。6、鋼模板宜在安裝前涂刷適宜的隔離劑，不得在鋼筋安裝后涂刷，以免污染鋼筋和混凝土。（摘自：《建筑工人》）

Performance Studies on Cement Stable and Recycle Aggregate as Road Bases

Technology to renew waste has been studied and used widely because of its advantages including rapidity,economy,environment-protection and resource conservation.Recycling of road wastes enjoys both good social and economic benefits.It will not only turn the wastes into treasure,but also reduce project costs and the adverse effects on the environment.

cement stabilized;road base course;recycled aggregate;vibration compaction

TU52

A

1671-9107（2011）10-0039-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.10.039

2011-05-23

李斯祺(1957-)，男，工程師，重慶建工集團(tuán)新型建材有限公司總工，長期從事商品混凝土生產(chǎn)、設(shè)備、技術(shù)、質(zhì)量管理工作。

彭育(1986-)，男，主要從事商品混凝土技術(shù)管理工作。

陳家全(1974-)，男，高工，長期從事商品混凝土生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量管理工作，專注新型保溫建筑材料的研發(fā)和應(yīng)用。