再生水泥穩(wěn)定碎石再生機(jī)理和抗壓強(qiáng)度研究

李新鵬 穆 勇 李典豪

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)中心，貴州 貴陽 550014)

再生水泥穩(wěn)定碎石再生機(jī)理和抗壓強(qiáng)度研究

李新鵬 穆 勇 李典豪

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)中心，貴州 貴陽 550014)

從水泥水化的角度對(duì)再生水泥穩(wěn)定碎石的再生機(jī)理進(jìn)行了分析，在相同條件下采用水泥對(duì)新碎石材料和回收水泥混凝土材料進(jìn)行了穩(wěn)定，并在不同水泥劑量下采用振動(dòng)法成型了試件，測(cè)定了兩種混合料試件各齡期下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并作了對(duì)比分析，研究結(jié)果表明，新水泥穩(wěn)定碎石材料和再生水泥穩(wěn)定碎石材料的各項(xiàng)強(qiáng)度均隨水泥劑量和齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，再生水泥穩(wěn)定碎石的7 d強(qiáng)度高于新材料而90 d強(qiáng)度略低于新材料。

水泥穩(wěn)定碎石，再生機(jī)理，抗壓強(qiáng)度，力學(xué)性能

水泥混凝土路面由于強(qiáng)度高、板體性好等特點(diǎn)在我國(guó)道路工程，尤其是低等級(jí)公路和農(nóng)村道路中廣泛使用[1]。然而，水泥混凝土路面在使用一定年限后，在自然因素和交通荷載的綜合作用下，會(huì)出現(xiàn)開裂、脫空、沉陷等病害，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)使路面喪失承載能力而面臨廢棄[2，3]。廢棄的水泥混凝土材料不但因堆放會(huì)占用土地資源，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。再生水泥穩(wěn)定碎石是將廢棄的水泥混凝土材料采用水泥重新穩(wěn)定后用于路面基層等層位，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境都有著重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于再生路面和水泥穩(wěn)定碎石材料已經(jīng)進(jìn)行了很多研究和探索，并取得了一些重要的研究成果[4]，但針對(duì)再生穩(wěn)定碎石材料的研究卻并不多見。

通過在相同條件下采用水泥對(duì)新碎石材料和回收水泥混凝土材料進(jìn)行了穩(wěn)定，并在不同水泥劑量下采用振動(dòng)法成型了試件，測(cè)定了兩種混合料試件各齡期下的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度，并進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 再生機(jī)理分析

再生水泥穩(wěn)定碎石是采用回收水泥混凝土材料作為骨料，并采用水泥進(jìn)行穩(wěn)定的一種工藝。水泥與水拌合后，水泥熟料與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。

在水化初期，水泥漿體具有流動(dòng)性，流動(dòng)的漿體一方面將回收水泥混凝土骨料包裹、粘結(jié)在一起，另一方面流動(dòng)的漿體也浸入回收水泥混凝土骨料的裂縫和空隙中，在水泥硬化后可使骨料間的聯(lián)系更為緊密。在水泥膠漿凝結(jié)前，采用機(jī)械壓實(shí)的方法使骨料顆粒緊密接觸，待凝結(jié)硬化后便可形成強(qiáng)度。

銑刨機(jī)把廢舊的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行破碎，即可得到再生原材料水泥穩(wěn)定碎石廢料在銑刨時(shí)，水泥砂漿包裹在碎石表面，與新料相比，廢舊水泥穩(wěn)定碎石再生強(qiáng)度可能有所不同，主要特點(diǎn)有：1)廢舊骨料吸水能力變差，與新料同配比相比，水灰比相對(duì)減少，強(qiáng)度增大[5]；2)廢料碎石表面存在裂縫，水泥砂漿更易填充骨料空隙；3)舊料破碎，骨料產(chǎn)生新的斷面，碎石表面比新碎石粗糙度高。

2 原材料和混合料設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所用水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)用水泥技術(shù)指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)所用水泥混凝土回收料為某水泥路面回收料，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表2所示，并對(duì)其進(jìn)行破碎處理。

表2 回收水泥混凝土材料技術(shù)指標(biāo) %

設(shè)計(jì)級(jí)配為骨架密實(shí)型級(jí)配，如表3所示。

表3 混合料設(shè)計(jì)級(jí)配

3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

有研究表明，采用振動(dòng)成型法更能模擬施工機(jī)械的實(shí)際施工過程，且所成型試件與實(shí)際路面性能最為相似[6]，因此，本文采用振動(dòng)成型法分別成型再生水泥穩(wěn)定碎石試件和新水泥穩(wěn)定碎石試件，水泥劑量選擇3%和4%兩個(gè)劑量，測(cè)定7 d,28 d，60 d和90 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并計(jì)算95%保證率下的強(qiáng)度代表值，結(jié)果如表4所示。

表4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從圖1可以看出，再生材料和新材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均隨齡期和水泥劑量的增加而升高；再生材料的7 d抗壓強(qiáng)度高于新材料的抗壓強(qiáng)度，這可能是由于再生材料中除新加入的水泥外，其中的回收混凝土材料中也存有少量的水泥活性成分，可以增強(qiáng)骨料間的膠結(jié)能力；隨著齡期的增長(zhǎng)，再生材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸低于新材料，這是由于隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥得到進(jìn)一步的水化，而再生材料中的回收混凝土骨料由于曾經(jīng)經(jīng)受過長(zhǎng)期的溫度和荷載作用，其內(nèi)部存在更多的微裂縫，這些微裂縫對(duì)再生后材料的強(qiáng)度起到不利的作用，除此之外，回收混凝土材料空隙中的粘土顆粒等物質(zhì)也會(huì)影響再生后材料的強(qiáng)度。

4 結(jié)語

1)水泥漿體通過包裹回收混凝土骨料和浸入骨料中的裂縫及空隙將回收水泥混凝土材料膠結(jié)起來，待硬化后形成強(qiáng)度。

2)再生水泥穩(wěn)定碎石材料和新水泥穩(wěn)定碎石材料的強(qiáng)度均隨齡期和水泥劑量的增加而升高。

3)再生水泥穩(wěn)定碎石材料的初期強(qiáng)度高于新水泥穩(wěn)定碎石材料，但終期的強(qiáng)度低于新水泥穩(wěn)定碎石材料。

[1] 楊 斌.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2005.

[2] 慕長(zhǎng)春,楊錫武.重慶地區(qū)水泥砼路面病害分析及治理對(duì)策[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2000(3):47-50，53.

[3] 張集州,胡 甜,甘先永.運(yùn)營(yíng)期路基工作性能與路面病害相關(guān)性分析[J].中外公路,2013(2):12-14.

[4] 蔣應(yīng)軍,李明杰,張俊杰,等.水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響因素[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(4):1-7.

[5] 張 毅.水泥穩(wěn)定碎石配合比及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的完整性[J].山西建筑，2014，40(34):125-126.

[6] 周 成.水泥穩(wěn)定碎石基層再生利用探析[J].技術(shù)研發(fā)，2011(5):28-29.

[7] 蔣應(yīng)軍.基于振動(dòng)法設(shè)計(jì)的抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)用研究[J].公路,2008(12):36-41.

Study on recycled mechanism and compressive strength of recycled cement-stabilized macadam

Li Xinpeng Mu Yong Li Dianhao

(MaintenanceandManagementTechnologyCenter,GuizhouHighwayGroupCo.,Ltd,Guiyang550014,China)

Starting from the aspect of cement hydration, the paper analyzes recycled mechanism of recycled cement-stabilized macadam, makes a stabilization for new macadam materials and recycled cement concrete materials with cement under similar conditions, forms testing components with vibration method under different cement dosage, tests unconfined compressive strength of two kinds of mixture testing components under their different ages, and makes a comparative analysis. The research results show that: the strength of new cement-stabilized macadam material and recycled cement-stabilized macadam material increases with the cement dosage and age increasing, the 7 d strength of recycled cement-stabilized macadam is higher than that of new material, however, the 90 d strength of recycled cement-stabilized macadam is lower than that of new material.

cement-stabilized macadam, recycled mechanism, compressive strength, mechanical property

2015-01-28

李新鵬(1979- )，男，碩士，助理工程師； 穆 勇(1988- )，男，碩士，助理工程師； 李典豪(1986- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)10-0122-02

U416.26

A