水泥路面再生混凝土的路用性能

吳 博

（邢臺(tái)市公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，河北 邢臺(tái) 054000）

一直以來(lái)，我國(guó)的許多道路修建都是采用水泥路面，而早期的水泥路面受到施工質(zhì)量以及使用年限的影響，已經(jīng)出現(xiàn)了非常多的破損現(xiàn)象，需要進(jìn)行重修與維護(hù)才可以使出現(xiàn)嚴(yán)重路面破損的路段重新投入使用。而在水泥路面重修的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生非常多的廢舊水泥混凝土，若處理不當(dāng)，不僅是對(duì)道路建設(shè)材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，更會(huì)造成一定的環(huán)境污染，引起多方面的惡劣影響。因此，如果能將廢棄的水泥混凝土利用起來(lái)，重新投入水泥路面的施工中，那么將能夠很好地解決這類(lèi)問(wèn)題。本文選取了河北邢臺(tái)的一段老舊水泥公路進(jìn)行調(diào)查，分析該水泥公路重建中廢棄水泥混凝土再生的主要路用性能及其變化規(guī)律，并根據(jù)其變化規(guī)律找到了將廢棄水泥混凝土重新投入水泥路面施工的可行方法。

1 水泥路面概況及二次施工標(biāo)準(zhǔn)

該條水泥公路位于河北省邢臺(tái)市境內(nèi)，在當(dāng)初建造時(shí)按照國(guó)家二級(jí)公路的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行路寬以及水泥路面厚度的設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)已達(dá)到了二級(jí)公路的指標(biāo)要求。但該條公路自2002年年底開(kāi)始通車(chē)，至今已使用了10多年，已經(jīng)超過(guò)了普通二級(jí)公路的預(yù)計(jì)使用年限，水泥路面幾乎已經(jīng)全部出現(xiàn)了不同程度的破損，需要進(jìn)行全面的重建。重建依然按照國(guó)家普通二級(jí)公路的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，需要路面的抗壓能力以及使用壽命都達(dá)到相應(yīng)的要求。

而在達(dá)到二級(jí)公路要求的基礎(chǔ)上，為了降低重建成本，減少?gòu)U棄水泥混凝土對(duì)周?chē)h(huán)境的污染，施工單位決定對(duì)再生混凝土的主要路用性能進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2 再生混凝土主要路用性能的分析方案

本文通過(guò)試驗(yàn)的方法對(duì)廢棄的水泥混凝土進(jìn)行主要的路用性能分析。試驗(yàn)所選取的材料包括粗骨料、細(xì)集料以及水泥等打造水泥路面混凝土所必需的幾種材料。其中，水泥選用普通公路工程中所使用的硅酸鹽水泥，細(xì)集料選用自然界的天然河砂，河砂的含泥量小于2%。而粗骨料則是由兩部分組成，將試驗(yàn)分成若干組，不同的試驗(yàn)組采用不一樣的兩種組分配比。其中，一種組分為廢棄的水泥混凝土敲碎處理之后所得到的粒徑大于5mm的粗骨料，其壓碎值為19.8%，堅(jiān)固性為11.4%；另一種組分為石灰?guī)r的碎石，其壓碎值為12.8%，堅(jiān)固性為7.5%。通過(guò)對(duì)兩種組分的不同比例混合情況下的抗壓性能、抗彎性能以及耐磨性能等數(shù)值進(jìn)行比較，來(lái)分析再生混凝土的主要路用性能。

對(duì)河北邢臺(tái)的這條公路上的廢棄水泥混凝土進(jìn)行破碎篩選處理并得到再生混凝土的粗骨料之后，選擇將再生混凝土粗骨料混入新的粗骨料之中，而其他水泥、河砂、混凝土總量等條件均保持一致。調(diào)查中將試驗(yàn)分為三組進(jìn)行，分別是在混凝土中不混入再生粗骨料，命名為試驗(yàn)組一，在混凝土中混入一半粗骨料，命名為試驗(yàn)組二，粗骨料的成分全部采用再生粗骨料，命名為試驗(yàn)組三。

將所設(shè)定的這三組混凝土，經(jīng)過(guò)澆筑得到統(tǒng)一規(guī)格的混凝土樣品試材，對(duì)三種樣品分別進(jìn)行抗壓性能、抗彎性能以及耐磨性能等方面的測(cè)試并比較。通過(guò)對(duì)三種組分不同的試驗(yàn)混凝土材料的比較，就可以判斷出再生混凝土的主要路用性能情況，以量化的形式找出再生混凝土的優(yōu)點(diǎn)與缺陷，從而尋找到最適合投入水泥路面重修施工的再生混凝土使用比例。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)，除了再生粗骨料成分的不同以及需要配以不同量的適合水分之外，其他組分以及環(huán)境條件均相同。在樣品澆筑完成之后，需要特定養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，并對(duì)每一個(gè)養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)的三組樣品的路用性能進(jìn)行比較。

3 再生混凝土主要性能的試驗(yàn)結(jié)果與分析

在澆筑好三組混凝土樣品之后，分別在養(yǎng)護(hù)3d、7d、30d、90d的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行路用性能測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。為了簡(jiǎn)化比較過(guò)程，只對(duì)混凝土樣品的抗壓性能、抗彎性能以及耐磨性能這三種最主要的路用性能進(jìn)行比較，而其他方面的指標(biāo)參數(shù)則可以根據(jù)這三種主要性能進(jìn)行一定的推算而得到。經(jīng)過(guò)測(cè)試與比較，得出了三組混凝土樣品在不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)的三種路用性能量化參數(shù)。

3.1 再生混凝土抗壓性能的測(cè)定

混凝土的抗壓性能是影響其在水泥公路重修施工應(yīng)用中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)指標(biāo)。如果再生混凝土的抗壓性能不夠強(qiáng)，那么將其應(yīng)用在水泥公路的重修施工中，將會(huì)出現(xiàn)公路路面質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。因此，如果想要將再生混凝土用在重修的水泥路面中，最基本的要求就是要保證其抗壓性能能夠達(dá)標(biāo)，滿足車(chē)輛的行駛要求。將保證路面質(zhì)量與節(jié)約成本兩方面的因素結(jié)合起來(lái)進(jìn)行充分考慮，找到二者之間的平衡點(diǎn)，才能使再生混凝土的應(yīng)用真正成為可能。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，三組混凝土樣品在養(yǎng)護(hù)后的3d、7d、30d、90d等時(shí)間點(diǎn)的抗壓性能如表1所示。

表1 再生混凝土的抗壓性能比較

從表1中可以看出，一方面，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土的抗壓性能在逐步提升，通常公路施工中的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為90d，因此試驗(yàn)中將養(yǎng)護(hù)90d的時(shí)間點(diǎn)作為最終的混凝土樣品的抗壓性能比較時(shí)間點(diǎn)。另一方面，隨著再生粗骨料組分比例的逐漸增大，混凝土樣品的抗壓性能在隨之下降，試驗(yàn)組二與試驗(yàn)組三的抗壓性能，無(wú)論是在哪一個(gè)養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)，差別都比較大，特別是在混凝土基本穩(wěn)定之后，抗壓性能之間的大小相差達(dá)到了10MPa左右，差別非常明顯。而試驗(yàn)組一和試驗(yàn)組二之間的同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)的抗壓性能比較也有一定差別，但差別相對(duì)較小，大約是試驗(yàn)組二與試驗(yàn)組三之間差別的一半。

混入再生粗骨料之后混凝土的抗壓性能會(huì)出現(xiàn)一定程度的降低，是因?yàn)榧尤肓嗽偕止橇现?，再生粗骨料上原有的水泥?huì)影響到新的混凝土黏結(jié)，使混凝土內(nèi)的組分之間黏結(jié)不穩(wěn)，結(jié)構(gòu)疏松，在受到外力干擾的情況下十分容易發(fā)生形變，從而造成了混凝土抗壓性能下降的情況。

3.2 再生混凝土抗彎性能的測(cè)定

測(cè)定混凝土的抗彎性能的方法與測(cè)定抗壓性能類(lèi)似，同樣是將三組混凝土樣品在養(yǎng)護(hù)后的3d、7d、30d以及90d等時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行抗彎性能的測(cè)試比較。由于水泥路面的抗彎性能與抗壓性能的作用比較類(lèi)似，都是影響公路結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要參數(shù)，因此試驗(yàn)測(cè)試的時(shí)間是按照國(guó)家水泥公路相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)確定的。通過(guò)對(duì)三組混凝土樣品的試驗(yàn)測(cè)試，比較其抗彎性能的大小如表2所示。

從表2中可以看出，經(jīng)過(guò)對(duì)混凝土樣品的養(yǎng)護(hù)，每一組混凝土的抗彎性能在逐漸增強(qiáng)，而加入了越多再生粗骨料，則混凝土的抗彎性能也就相對(duì)越低。比如試驗(yàn)組一與試驗(yàn)組二進(jìn)行比較，在同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)，其混凝土抗彎性能存在著一定差別，試驗(yàn)組二的抗彎性能相較于試驗(yàn)組一更差。而試驗(yàn)組三與試驗(yàn)組二之間的抗彎性能差別更加明顯，在同一養(yǎng)護(hù)時(shí)間點(diǎn)，試驗(yàn)組三的抗彎性能下降趨勢(shì)非常明顯，其抗彎性能的量化指標(biāo)與其他兩組試驗(yàn)相差很多。

同時(shí)，水泥路面的抗彎性能與抗壓性能一樣，都是屬于路面的結(jié)構(gòu)性能，直接影響到路面在汽車(chē)行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步影響到其使用壽命?；炷量箯澬阅芟陆档脑蛞彩瞧鋬?nèi)部的再生粗骨料與混凝土水泥漿等組分黏結(jié)不牢，在外力的干擾下，十分容易發(fā)生混凝土結(jié)構(gòu)的變化。因此，在考慮水泥路面的結(jié)構(gòu)質(zhì)量時(shí)，通常是將抗彎性能與抗壓性能結(jié)合到一起考慮，要保證兩種影響路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量的核心性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而從兩種性能的試驗(yàn)比較中可以看出，無(wú)論是抗彎性能還是抗壓性能，都受到加入的再生粗骨料的影響。因此，再生粗骨料的應(yīng)用一方面要注意達(dá)到節(jié)約成本的目的；另一方面更要注意控制再生粗骨料的加入量，要保證再生混凝土的結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)到水泥路面的基本施工要求。

3.3 再生混凝土耐磨性能的測(cè)定

水泥路面的耐磨性能會(huì)直接影響到道路的使用壽命。如果其耐磨性能較差，那么在過(guò)往車(chē)輛的反復(fù)碾壓摩擦之下，路面材料會(huì)很快出現(xiàn)磨損，從而造成路面組分的消失，引起結(jié)構(gòu)上的嚴(yán)重破壞。因此，在分析再生混凝土的主要路用性能時(shí)，耐磨性能也是必須要知曉的一項(xiàng)參數(shù)。和抗壓性能以及抗彎性能的測(cè)試比較方法有所不同，由于水泥路面的耐磨性能通常是在養(yǎng)護(hù)后一個(gè)月就趨于穩(wěn)定，所以試驗(yàn)過(guò)程中著重對(duì)三組試驗(yàn)樣品在養(yǎng)護(hù)后一個(gè)月進(jìn)行耐磨性能的測(cè)試與比較。并且由于河北邢臺(tái)的該條水泥路具有加入粉煤灰增加耐磨性能的條件，因此，在試驗(yàn)結(jié)果比較中將加入粉煤灰的情況也考慮進(jìn)來(lái)，其具體的比較結(jié)果見(jiàn)表3，其中耐磨性能的量化參考數(shù)值以一個(gè)月內(nèi)的單位面積混凝土磨損量為依據(jù)，磨損量越小，證明耐磨性能越好。

表3 再生混凝土的耐磨性能比較

從表3中可以看出，在加入適量粉煤灰之后，相同試驗(yàn)組的耐磨性能會(huì)得到一定程度的提升，但以不超過(guò)30%為宜，當(dāng)達(dá)到30%以后，粉煤灰的加入對(duì)提升混凝土的耐磨性能無(wú)明顯效果。另外，隨著再生粗骨料加入比例的增大，混凝土的耐磨性能會(huì)有明顯的下降現(xiàn)象，特別是在再生粗骨料的加入量超過(guò)50%以后，耐磨性能的差異會(huì)越來(lái)越大。比如在不加粉煤灰的情況下，試驗(yàn)組三比試驗(yàn)組二在一個(gè)月內(nèi)的單位面積上的混凝土磨損量要大許多，其耐磨性能顯著下降。而在再生粗骨料的加入量不超過(guò)50%的情況下，再生混凝土的耐磨性能雖然也出現(xiàn)了一定程度的下降，但其下降趨勢(shì)并不是非常明顯，不會(huì)嚴(yán)重影響到水泥路面的正常使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水泥路面再生混凝土的主要路用性能的試驗(yàn)分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入的再生粗骨料不超過(guò)50%時(shí)，對(duì)再生混凝土的路用性能并不會(huì)造成非常大的影響，同時(shí)可以起到很好地節(jié)約成本的效果。但如果加入的再生粗骨料過(guò)多，就會(huì)使水泥路面的施工質(zhì)量不合格。因此，要在保證水泥路面質(zhì)量的同時(shí)達(dá)到節(jié)約成本的目的，可以以石灰?guī)r與再生粗骨料各占一半的方式組成混凝土的粗骨料，這樣對(duì)水泥路面的質(zhì)量并不會(huì)造成非常大的影響。

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