摻破碎礫石的再生水泥穩(wěn)定碎石在道路基層中的應(yīng)用研究

凌定祥

摘要：本文選用摻破碎礫石的水泥摻量為5%，再生料摻量為30%，通過擊實、無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度、溫縮和干縮等試驗進行摻破碎礫石的再生水泥穩(wěn)定碎石與再生水泥穩(wěn)定碎石及普通水泥穩(wěn)定碎石進行性能對比，論證摻破碎礫石的再生水泥穩(wěn)定碎石用于道路基層的可行性。結(jié)果表明：摻礫石的再生骨料針片狀含量比普通再生骨料更低，同時壓碎值更高;破碎礫石會對再生水泥穩(wěn)定碎石的強度指標有一定影響，但在含破碎礫石的再生骨料摻量不大時，其成型的混合料7d無側(cè)限抗壓強度仍然能夠滿足大部分道路的基層與底基層要求;使用含破碎礫石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥穩(wěn)定碎石的總干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)差距極小，但都比天然集料大。

Abstract： In this paper， the amount of cement mixed with crushed gravel is 5%， and the amount of recycled material is 30%. Through the tests of compaction， unconfined compression strength， splitting strength， temperature shrinkage and dry shrinkage， the performance of recycled cement stabilized macadam mixed with crushed gravel， recycled cement stabilized macadam and ordinary cement stabilized macadam is compared. The feasibility of recycled crushed cement stabilized crushed stone used in road base is discussed. The results showed that the Needle like content of recycled aggregate mixed with crushed gravel was lower than that of ordinary recycled aggregate and the crushing value was higher. Crushed gravel will affect the strength index of recycled cement stabilized macadam. But when the amount of recycled aggregate containing broken gravel is small， the 7d unconfined compressive strength of the mixture can still meet the requirements of the base and subbase of most roads. The total dry shrinkage coefficient and temperature shrinkage coefficient of the cement stabilized macadam formed by recycled aggregate containing crushed gravel and ordinary recycled aggregate are very small， but are larger than those of natural aggregate.

關(guān)鍵詞：破碎礫石;再生水泥穩(wěn)定碎石;力學性能;收縮性能

Key words： crushed gravel;recycled cement stabilized macadam;mechanical properties;shrinkage properties

中圖分類號：U416.214? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0210-03

0? 引言

道路基層是路面的主要承重層，其力學性能和耐久性對道路的使用年限有很大影響，控制道路基層的質(zhì)量是保證路面整體質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。水泥穩(wěn)定碎石是一項被廣泛用于道路基層的成熟的技術(shù)，石料在其中起骨架作用，依靠石料間的嵌擠性能形成強度[2]。隨著我國道路工程建設(shè)的快速發(fā)展，石料原材的需求量與日俱增，可開采石料越來越少，這在一定程度上遏制了道路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。

建筑垃圾具有資源化的屬性，建筑垃圾經(jīng)過一系列處理可加工成為再生骨料[3]。再生骨料的使用范圍極廣，在道路工程中，可用于再生水泥穩(wěn)定碎石基層中。研究表明[4][5][6]：再生水泥穩(wěn)定碎石與普通水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強度、抗壓回彈模量、劈裂強度等力學性能指標的發(fā)展規(guī)律相似。破碎礫石是以天然河道中水流沖刷堆積形成的卵石為原料，根據(jù)需要的規(guī)格破碎加工而成[7]。水泥穩(wěn)定礫石路面基層具有造價低廉、原材料來源廣泛等優(yōu)點，但同時也存在著壓碎值大、塑性指數(shù)較大和棱角性差等缺點[8][9]。在實際工程中，破碎礫石常常因為強度不足無法在工程中應(yīng)用。

為了將礫石資源化應(yīng)用并進一步降低工程成本，本文在生產(chǎn)再生骨料時加入了礫石，并在水泥穩(wěn)定碎石混合料中摻入這種再生材料，對其進行擊實、無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度、溫縮和干縮性能試驗，并與再生水泥穩(wěn)定碎石及普通水泥穩(wěn)定碎石進行對比，論證摻破碎礫石的再生水泥穩(wěn)定碎石用于道路基層的可行性。

1? 試驗原材料及試驗方法

1.1 試驗原料

①天然集料：采用瑞昌恒立礦業(yè)有限公司石廠生產(chǎn)的碎石、石屑，包括1#料（26.5-31.5mm）、2#料（13.2-26.5mm）、3#料（4.75-13.2mm）、4#料（0-4.75mm）。

②再生骨料：采用揚州惠民再生資源有限公司生產(chǎn)的再生骨料，包括再生1#料（15-31.5mm）、再生2#料（5-15mm），摻礫石的再生1#料（15-31.5mm）、摻礫石的再生2#料（5-15mm），破碎礫石在再生骨料中約占50%。天然集料與再生骨料性能指標見表1。

由表1可以看出再生骨料的壓碎值和吸水率較天然集料大，這是因為再生集料生產(chǎn)過程中的再次破碎，使得集料內(nèi)部存在較多的薄弱部位，導致其壓碎值較大;由于再生粗集料表面包裹的水泥砂漿的存在，使再生集料的吸水率較大。再生骨料的針片狀顆粒含量小于天然集料，這主要是因為在使用期骨料產(chǎn)生疲勞破壞和銑刨破碎過程中針片狀顆粒發(fā)生了斷裂。摻礫石的再生骨料針片狀含量比普通再生骨料更低，同時壓碎值更高，這是由于破碎礫石本身的性質(zhì)決定的。

③水泥：采用江蘇某公司生產(chǎn)的P.O.42.5級水泥，初凝時間和終凝時間分別為281、411min，安定性測試結(jié)果為1.5mm，3d抗壓強度和抗折強度分別為17.6、5.8MPa。

1.2 試驗方法

本文參照JTG E51-2009《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》中標準試驗方法進行擊實試驗，無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度、干縮、溫縮等試驗。考慮到工程實際，本文選用的水泥摻量為5%，再生料摻量為30%。

2? 配合比設(shè)計

分別配置100%天然集料、摻30%普通再生骨料和摻30%含破碎礫石的再生骨料的混合料，混合料合成級配見表2。

采用重型擊實法確定最佳含水率及最大干密度，結(jié)果見表3。

3? 力學性能試驗

3.1 無側(cè)限抗壓強度

三組混合料的無側(cè)限抗壓強度發(fā)展規(guī)律見圖1。

采用100%天然集料、摻30%普通再生骨料和摻30%含破碎礫石的再生骨料成型的混合料7d無側(cè)限抗壓強度分別為4.11、4.22、3.97MPa，能夠應(yīng)用于大部分道路的基層與底基層。三組混合料的再生水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強度的增長都符合水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層的強度增長規(guī)律，即前期（0～28d）強度增長較快，之后強度增長的速度逐漸減慢，后期（60～90d）強度增長非常緩慢，90d左右的時候強度已接近最大值幾乎不再增長。

在水泥穩(wěn)定碎石中加入再生骨料能夠提高其無側(cè)限抗壓強度，這可能是由于再生料的表面粗糙，棱角分明，嵌擠作用較強;同時，再生料針片狀含量低，結(jié)構(gòu)內(nèi)部薄弱點少且再生料表面裹覆著舊水泥砂漿，在生產(chǎn)時進行二次放熱。

在水泥穩(wěn)定碎石中加入含破碎礫石的再生骨料對其無側(cè)限抗壓強度有不利影響，這種不利影響主要來自于破碎礫石，雖然破碎礫石的針片狀含量更低，但其壓碎值較大，在混合料中形成軟弱點，不利于強度的形成。

3.2 劈裂強度

三組混合料的劈裂強度發(fā)展規(guī)律如圖2。

與無側(cè)限抗壓強度發(fā)展規(guī)律相似，三組混合料的劈裂強度均表現(xiàn)出前期增長較快，后期增長趨勢趨于緩慢的趨勢。在水泥穩(wěn)定碎石中加入再生骨料能夠提高其劈裂強度，但含破碎礫石的再生骨料對其劈裂強度有不利影響。

總體而言，破碎礫石會對再生水泥穩(wěn)定碎石的強度指標有一定影響，但在含破碎礫石的再生骨料摻量不大時，其成型的混合料7d無側(cè)限抗壓強度仍然能夠滿足大部分道路的基層與底基層要求。在實際工程應(yīng)用中需要對破碎礫石的使用量進行嚴格控制，也可通過適當增加水泥劑量對其強度進行彌補。

4? 收縮性能試驗

4.1 干縮性能

三組混合料的總干縮系數(shù)隨時間變化曲線如圖3。

從圖3中可以看出，再生水泥穩(wěn)定碎石的總干縮系數(shù)隨時間的增加而增大，0～7d內(nèi)，曲線上升趨勢較明顯，各組材料干縮系數(shù)差別不大，難以評判干縮性能。在7～30d左右，各組總干縮系數(shù)開始拉開差距，在30～90d，再生料的總干縮系數(shù)曲線趨于平穩(wěn)。在水泥穩(wěn)定碎石中加入再生骨料后，材料的總干縮系數(shù)增大，說明材料對于失水率的變化更加敏感。

4.2 溫縮性能

三組混合料的溫縮系數(shù)如圖4。

從圖4中可以看出，三組混合料的溫縮系數(shù)隨溫度的降低先下降后上升，且表現(xiàn)出一致的升降規(guī)律，在50～0℃之內(nèi)，溫縮系數(shù)下降，在0～-20℃之內(nèi)，溫縮系數(shù)上升，在10～0℃區(qū)間出現(xiàn)最小值。在水泥穩(wěn)定碎石中加入再生骨料后，材料的溫縮系數(shù)增大，說明材料對于溫度的變化更加敏感。

使用含破碎礫石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥穩(wěn)定碎石的總干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)差距極小但都比天然集料大，說明破碎礫石和再生骨料的水敏感性和溫度敏感性相似但比天然集料差。這是由于再生骨料表面存在一層水泥砂漿，實際上影響了混合料中的水泥劑量，對材料的收縮性能造成影響;而破碎礫石表面光滑，在混合料中與膠結(jié)料聯(lián)結(jié)程度較差，從而影響收縮性能。

5? 結(jié)論

①再生骨料的壓碎值和吸水率較天然集料大，針片狀顆粒含量小于天然集料。摻礫石的再生骨料針片狀含量比普通再生骨料更低，同時壓碎值更高。

②破碎礫石會對再生水泥穩(wěn)定碎石的強度指標有一定影響，但在含破碎礫石的再生骨料摻量不大時，其成型的混合料7d無側(cè)限抗壓強度仍然能夠滿足大部分道路的基層與底基層要求。

③使用含破碎礫石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥穩(wěn)定碎石的總干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)差距極小，但都比天然集料大。

參考文獻：

[1]王程.建筑垃圾復合粉體材料在公路半剛性基層材料中的應(yīng)用研究[D].長安大學，2017.

[2]王峰.骨架密實結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計及路用性能研究[D].武漢工程大學，2017.

[3]Arpad Horvath，Life-Cycle Environmental and Economic Asessment of Using Recycled Materials for Asphalt Pavement， Technical Report， Department of Civil and Environmental Engineering， University of Califonia，September 2003.

[4]孫雅珍，李凱翔，丁傳超，等.穩(wěn)定碎石土底基層材料力學參數(shù)試驗研究[J/OL].中外公路，2018（01）：248-253[2018-04-24].https：//doi.org/10.14048/j.issn.1671-2579.2018.01.051.

[5]劉明輝，李金洲，羅鑫源，等.就地冷再生技術(shù)在道路升級改造中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2017（S2）：978-981.

[6]John P.Donahue， P.E.， Missouri Guide for Pavement Rehabilitation， Research Investigation Ri00-008， Research，Development and Technology Mo DOT，2002.11.

[7]崔院生.破碎礫石在高等級路面基層的應(yīng)用[J].交通標準化，2013（19）：59-61.

[8]洪亮，劉濤，楊三強.水泥穩(wěn)定礫石骨料振動與擊實成型對比試驗[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2014，33（06）：63-67.

[9]郭根勝，張浩寧，馬越.摻破口礫石的水泥穩(wěn)定砂礫路面基層強度試驗研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2015，36（02）：107-113.