水泥穩(wěn)定混合骨料再生料路用性能分析

鄭明博，劉海濤，吳澤玉，白新理，李長春，牛亞寧

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

0 前 言

鄭州市目前是一個快速發(fā)展中的城市，城中村的拆遷以及城市的擴建都會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，而河南省建筑垃圾的主要處理方式是建筑廢棄物經(jīng)簡單的處理后，不加分類的填埋、隨意遺棄等。2015年7月10日，《河南省人民政府關(guān)于加強城市建筑垃圾管理促進資源化利用的意見》(豫政[2015]39號)出臺，對進一步加強城市建筑垃圾管理，促進建筑垃圾資源化利用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，有效解決建筑垃圾圍城和環(huán)境污染等問題做了規(guī)定。

目前國內(nèi)很多人對混凝土建筑垃圾在道路基層中的使用進行了研究。王瑜等[1]認為隨著建筑垃圾摻量的增加，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的7 d抗壓強度、28 d劈裂強度降低，隨著建筑垃圾摻量的增加，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的 28 d干縮系數(shù)增大。趙洪鍵[2]認為：骨架密實級配再生水穩(wěn)碎石的抗壓強度顯著高于懸浮密實級配，劈裂強度較接近。

本文主要針對道路工程中的基層，目的在于研究出相應(yīng)的再生混合料骨架密實結(jié)構(gòu)作為基層鋪筑，為擴大再生料的應(yīng)用提供一條可循之路。

1 結(jié)構(gòu)級配設(shè)計與分析

根據(jù)道路基層材料中粗集料和細集料的分布狀態(tài)，可以將基層材料的結(jié)構(gòu)劃分為骨架密實結(jié)構(gòu)、骨架空隙結(jié)構(gòu)、懸浮密實結(jié)構(gòu)三種類型。

骨架密實結(jié)構(gòu)：粗集料形成相互嵌擠的骨架，細集料以充分密實的狀態(tài)充實填充到骨架間的空隙里。

骨架孔隙結(jié)構(gòu)：粗集料形成相互嵌擠的骨架，骨架間的空隙部分被細集料所填充，并留有一定的空隙。

懸浮密實結(jié)構(gòu)：粗集料沒有形成相互嵌擠的骨架，只是分散地分布在密實的細集料當(dāng)中。

從物理概念上講，懸浮密實、骨架密實、骨架空隙三種結(jié)構(gòu)的形成，取決于粗集料的空隙體積與細集料的壓密體積的相對關(guān)系。

李爽總結(jié)了國內(nèi)部分研究的試驗結(jié)果，其中再生料的表觀密度為220～2 800kg/m3、吸水率3%～10%，與天然碎石相比，其范圍略大，結(jié)果離散性較大。這兩項指標(biāo)基本上能反映再生料的優(yōu)劣性，為了能夠在道路基層中應(yīng)用再生料，本文參考骨架密實型結(jié)構(gòu)級配設(shè)計原則，來增強再生料在道路工程中的可靠性。本次試驗所采用的集料為50%的天然碎石與50%混凝土再生料混合后的天然再生混合料。

《公路路面基層施工技術(shù)細則》(JTG/T F20—2015)[3]推薦的骨架密實型水泥穩(wěn)定類集料級配范圍如表1所示。

表1 骨架密實型水泥穩(wěn)定類集料級配

依據(jù)骨架密實型結(jié)構(gòu)的原則共設(shè)計出三種不同的級配，分別為3#(主要集中在規(guī)范上限值)、2#(規(guī)范中值)、1#(規(guī)范下限值)，表2為設(shè)計的三種級配其中顆粒級配表示通過篩孔的質(zhì)量百分率。

表2 設(shè)計的三種級配

按照規(guī)程《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTGE 51—2009)中《無機結(jié)合料穩(wěn)定材料養(yǎng)生試驗方法》(T0845—2009)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生方法進行7d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，針對不同的顆粒級配制作9個試件，探討骨架密實型水泥穩(wěn)定類再生料級配其路用性能。根據(jù)河南省工程建筑標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)道路建筑垃圾再生集料路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(DB J41/T166—2016)[4]，基層水泥參量選取為6%，水泥強度等級為P·O42.5級普通硅酸鹽水泥。

2 試驗結(jié)果分析

按照規(guī)范《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTGE51—2009)[5]中《無機結(jié)合料穩(wěn)定材料養(yǎng)生試驗方法》(T0843—2009)規(guī)定成型1∶1的圓柱試件，試模的直徑×高=150×150(mm)，集料的篩分、準(zhǔn)備、入模、制作、養(yǎng)護均復(fù)合規(guī)范要求。

2.1 試驗數(shù)據(jù)分析

各級配混凝土再生料與天然碎石混合料的7 d無側(cè)限抗壓試驗共做了共27個試塊，其中S1～S9為各級配的試塊編號。表3為1#、2#、3#級配試驗結(jié)果。通過數(shù)據(jù)分析整理得1#級配的7 d無側(cè)限抗壓強度為5.089 MPa，2#極配為6.122 MPa，3#級配為4.974 MPa。

表3 三種級配7 d無側(cè)限抗壓試驗數(shù)據(jù)

2.2 數(shù)據(jù)對比分析

7 d無側(cè)限抗壓試驗主要針對再生混合料的路用性能進行分析，從混合料的實測抗壓強度是否符合基層或底基層的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)。為了對三種級配進行詳細的對比分析同時證明骨架密實型水泥穩(wěn)定類再生料級配其路用性能，進行各級配抗壓強度對比分析見圖1。

圖1 各級配抗壓強度對比分析

通過圖1能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天然碎石中摻入混凝土再生料后，抗壓強度離散性較大，各數(shù)據(jù)之間沒并沒有明顯的規(guī)律，通過對比三種級配的數(shù)值差異后，發(fā)現(xiàn)2#在三種級配中的最有代表性，同時其數(shù)值在三種級配中也是抗壓性能最強的一組，其抗壓強度值符合重交通所包含的所有公路等級以及極重、特重交通的部分公路等級要求。

3 結(jié) 語

本試驗所采用的50%的天然碎石與50%混凝土再生料混合后的天然再生混合料共設(shè)計了三種不同的骨架密實型結(jié)構(gòu)級配，三種級配中2#最終數(shù)值滿足重交通中對基層的抗壓強度值，其路用性能最強。通過試驗發(fā)現(xiàn)，在天然集料中摻入一定比例的混凝土再生料后其混合料的性能仍然滿足道路工程中對集料的要求，初步證實在道路中工程中應(yīng)用再生料的可行性。由于不同地區(qū)所產(chǎn)生的混凝土再生料的性能有較大差異，在實際工程中的應(yīng)用需針對所選取再生料的技術(shù)特性進行考證。