堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料性能的研究

李曙龍,吳晚良,萬 暑,黃 倩,顏佳林

(1.湖南省長益高速公路擴(kuò)容工程建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410003;2.湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000;3.湖南省建筑固廢資源化利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410007;4.湖南云中再生科技股份有限公司，湖南 長沙 410007;5.中交隧道工程局有限公司華北分公司，北京 100103)

近年來國家大力發(fā)展城市化建設(shè)，國民生活質(zhì)量水平顯著提升，但在城市的新建和改建工程中也產(chǎn)生了大量的建筑垃圾。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國所產(chǎn)生的固體廢棄物占全世界的30%，而在這些固體廢棄物中有40%是城市建筑垃圾[1]。預(yù)計(jì)到2020年，我國還將新增建筑垃圾約300億m2，建筑垃圾產(chǎn)生量將會(huì)達(dá)到50億t。目前大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理被直接運(yùn)往城市郊區(qū)露天堆放，或者只進(jìn)行簡(jiǎn)單的填埋處理，資源化利用率不足15%。建筑垃圾資源化利用已成為我國研究的重點(diǎn)。另外，隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，消耗了大量天然集料，造成礦石的過度開采，隨即產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題。隨著我國環(huán)保形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，國家采取強(qiáng)制措施關(guān)停許多采石場(chǎng)，各大河流、湖泊禁止開采砂石，許多大城市周圍礦石資源枯竭，用于道路建設(shè)的集料往往來源于數(shù)百公里以外的礦區(qū)，上述現(xiàn)象給我國環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成巨大困難。

建筑垃圾經(jīng)多種工藝分選后可破碎成再生集料，將建筑垃圾再生集料用于道路工程建設(shè)既能快速消納大量建筑垃圾，同時(shí)又能突破道路工程建設(shè)中礦石資源匱乏的瓶頸。目前國內(nèi)已有較多關(guān)于建筑垃圾作為道路材料的研究，楊風(fēng)英[2]等研究了水泥穩(wěn)定再生集料的水穩(wěn)性、干燥收縮和疲勞性能。通過試驗(yàn)得出：再生骨料摻量越多，混合料強(qiáng)度損失越大，干縮應(yīng)變、失水率與干縮系數(shù)增加。呂會(huì)[3]等針對(duì)水泥穩(wěn)定混凝土再生骨料在干線公路基層中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。研究認(rèn)為水泥穩(wěn)定混凝土再生骨料混合料可采用與普通水泥穩(wěn)定碎石相同的施工設(shè)備與施工工藝，但應(yīng)充分重視早期的保水養(yǎng)生，適當(dāng)延長養(yǎng)生齡期。

近年來堿激發(fā)膠凝材料被認(rèn)為能替代普通水泥的新型建筑材料，堿激發(fā)膠凝材料與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，在力學(xué)性能、耐久性能及環(huán)保性能上更具優(yōu)勢(shì)。SHI[4]研究結(jié)果表明，當(dāng)使用合適的激發(fā)劑時(shí)，堿激發(fā)礦渣水泥的孔隙率比硅酸鹽水泥小，孔結(jié)構(gòu)更加致密，這種性能使得外界的有害物質(zhì)難以滲透到它的基體內(nèi)部，為其耐久性能提供了一定的保證。TORGAL[5]等研究發(fā)現(xiàn)堿激發(fā)礦渣的耐酸腐蝕性能優(yōu)于硅酸鹽水泥，堿激發(fā)礦渣水泥在酸性環(huán)境中的強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失都小于硅酸鹽水泥。另外，有學(xué)者研究將堿激發(fā)膠凝材料應(yīng)用在道路基層材料中，孫仕偉[6]等研究了復(fù)合堿激發(fā)劑對(duì)礦渣水泥穩(wěn)定碎石基層路用性能的影響，結(jié)果表明氫氧化鈉和硅酸鈉復(fù)配而成的堿激發(fā)劑能較好地提高基層試塊的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗壓回彈模量。問鵬輝[7]等研究結(jié)果表明堿激發(fā)注漿材料對(duì)于處治水穩(wěn)碎石基層脫空病害具有良好的適應(yīng)性，對(duì)于間斷級(jí)配型基層的處治效果更優(yōu)，能較好滿足重載交通下水穩(wěn)碎石基層的強(qiáng)度要求。堿激發(fā)注漿材料形成結(jié)石體早期強(qiáng)度形成速度較快，有利于快速開放交通。

綜上所述，利用堿激發(fā)膠凝材料與建筑垃圾再生集料共同制備道路基層材料具有可行性。本文主要對(duì)堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料性能進(jìn)行研究，首先對(duì)堿激發(fā)膠凝材料的特性進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證其是否能達(dá)到道路基層材料中水泥的指標(biāo)要求，然后對(duì)堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料的力學(xué)性能與耐久性進(jìn)行了測(cè)試，最后對(duì)其在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了說明。

1 原材料

膠凝材料：水泥采用湖南南方P·C32.5級(jí)水泥，密度為3 180 kg/m3，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求；粉煤灰由湖南岳陽華能電廠提供，為Ⅱ級(jí)粉煤灰，灰色，密度為2 730 kg/m3，見表1～表3。

表1 水泥與粉煤灰化學(xué)成分Table 1 The chemical composition of cement and fly ash%膠凝材料化學(xué)組分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3水泥22.515.323.7863.122.560.710.192.02粉煤灰53.846.7227.488.681.710.370.260.94

表2 水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The performance of cement類別安定性(沸煮,雷氏夾法)比表面積(g·m-2)初凝時(shí)間/min終凝時(shí)間/min抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa3 d28 d3 d28 d規(guī)定值合格/>180>360<600≥15.0≥32.5≥3.5≥5.5檢驗(yàn)結(jié)果合格32920528518.335.44.66.1

表3 粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The performance of fly ash類別細(xì)度(54 μm方孔篩篩余)/%需水量比/%活性指數(shù)/%含水量/%三氧化硫/%燒失量/%玻璃體含量/%放射性規(guī)定值≤30≤105≥70≤1.0≤3.5≤8.0≥70—檢驗(yàn)結(jié)果2497810.41.22.988合格

化學(xué)藥品：本研究中采用的堿激發(fā)劑為化學(xué)分析純氫氧化鈉和水玻璃溶液，通過向水玻璃溶液中加入氫氧化鈉，改變?cè)Ａе蠸iO2與Na2O的比值，配置成一定模數(shù)的水玻璃溶液，氫氧化鈉純度99%±1，水玻璃溶液的成分見表4。

水：普通自來水。

集料：由建筑垃圾破碎而成的磚混再生集料，共分為0～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm和19～26.5 mm四檔。按照 《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)規(guī)程相關(guān)試驗(yàn)方法，測(cè)得集料性質(zhì)指標(biāo)如表5所示，再生集料見圖1。

表4 水玻璃的化學(xué)組成Table 4 The chemical composition of water glassNa2O/%SiO2/%模數(shù)含水率/%8.226.63.365.2

表5 再生集料技術(shù)指標(biāo)Table 5 The performance of recycle aggregate集料種類/mm表觀密度/ (g·cm-3)毛體積密度/(g·cm-3)表干密度/(g·cm-3)壓碎值/%針片狀/%含泥量/%磚渣含量/%19～26.52.542.112.264.40.117.29.5～192.512.052.2233.55.61.324.74.75～9.52.562.092.205.34.720.60～4.752.56———10.7—

圖1 再生集料Figure 1 Recycle aggregate

2 試驗(yàn)方法

2.1 膠凝材料性能試驗(yàn)

本文主要研究在堿激發(fā)膠凝材料體系下建筑垃圾道路基層材料性能特征。由于在常規(guī)的水泥穩(wěn)定碎石材料中，水泥的強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間對(duì)混合料工作性能、力學(xué)性能和耐久性影響較大，因此試驗(yàn)首先對(duì)堿激發(fā)粉煤灰水泥性能進(jìn)行研究，包括凝結(jié)時(shí)間和膠砂強(qiáng)度。試驗(yàn)選用5種不同的膠凝材料組成比，即為粉煤灰替代水泥摻量的0、25%、50%、75%和100%，堿激發(fā)劑中水玻璃模數(shù)為1，堿摻量為粉煤灰摻量的4%。膠凝材料凝結(jié)試驗(yàn)和膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)具體操作參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005)。

2.2 混合料成型

混合料成型主要包括集料的篩分、級(jí)配合成與擊實(shí)試驗(yàn)，以確定混合料中每檔再生集料摻量，以及混合料的最佳含水率與最大干密度。

2.2.1集料的篩分

將4檔再生集料進(jìn)行水洗篩分，具體試驗(yàn)步驟參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)得出各檔骨料的篩分?jǐn)?shù)據(jù)如表6所示。

表6 再生集料篩分?jǐn)?shù)據(jù)Table 6 The screening data of recycle aggregate篩孔尺寸/mm4檔磚渣骨料(mm)的篩分率/%0～4.754.75～9.59.5～1919～31.531.5100.0100.0100.097.426.5100.0100.0100.071.019100.0100.088.28.716100.0100.043.11.813.2100.099.610.41.19.5100.062.03.40.94.7597.712.32.60.92.3674.28.42.50.91.1857.88.02.50.90.638.97.52.50.90.320.86.32.50.90.1514.35.42.50.90.07510.74.71.30.1

2.2.2級(jí)配合成

試驗(yàn)用含建筑垃圾水泥穩(wěn)定碎石路面基層材料集料級(jí)配采用JTG D50規(guī)范中骨架密實(shí)型混合料的級(jí)配范圍，將兩種骨料進(jìn)行級(jí)配合成，結(jié)果如表7所示。

表7 級(jí)配合成Table 7 The grading of recycle aggregate通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%31.526.519.09.54.752.360.60.075上限10010090685038227下限100906745291880磚渣骨料99.594.279.14935.326.715.24.9

2.2.3擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)于不同混合料最大干密度和最佳含水量的測(cè)定，參照J(rèn)TG E51規(guī)程，采用重型擊實(shí)的方法，混合料中膠凝材料摻量為5%，最終得到不同膠凝材料組分條件下混合料最大干密度和最佳含水量如表8所示。

表8 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料最大干密度和最佳含水量Table 8 The optimum water content and maxcimum dry density of alkali activated fly ash-cement stabi-lized recycled aggregate粉煤灰取代水泥量/%最佳含水量/%最大干密度/(g·cm-3)014.351.8532514.301.8575014.281.8657514.241.87010014.221.871

2.2.4試件成型與養(yǎng)護(hù)

混合料性能試驗(yàn)需要成型的試件尺寸為Φ150 mm×150 mm與100 mm×100 mm×400 mm，按上述試驗(yàn)所得的試驗(yàn)參數(shù)制備相應(yīng)的混合料，采用靜壓方式成型試件，具體步驟參照J(rèn)TG E51規(guī)程。試件脫模后，在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度95%以上的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)到混合料試驗(yàn)規(guī)定的齡期。

2.3 混合料性能試驗(yàn)

混合料性能試驗(yàn)主要包括工作性能、力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)，具體試驗(yàn)有延時(shí)試驗(yàn)，養(yǎng)護(hù)7、28、90 d側(cè)限抗壓強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)7、28、90 d劈裂抗拉強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)90 d抗壓回彈模量，90 d干縮應(yīng)變、養(yǎng)護(hù)28 d沖刷質(zhì)量損失率，具體試驗(yàn)步驟參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 凝結(jié)時(shí)間

表9是隨粉煤灰摻量變化，堿激發(fā)粉煤灰水泥凝結(jié)時(shí)間發(fā)展規(guī)律，從表中可得，隨粉煤灰摻量增大，堿激發(fā)粉煤灰水泥初凝與終凝時(shí)間逐漸變長，且粉煤灰摻量越大，凝結(jié)時(shí)間增加越多。主要因?yàn)榉勖夯抑衃SiO4]、[AlO4]的聚合度比較高，呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且鈣硅比較小，所以活性非常低[8-9]，因而粉煤灰摻入能顯著增加水泥的凝結(jié)時(shí)間，雖然膠凝材料中摻有堿，但堿激發(fā)粉煤灰水泥在常溫條件下水化反應(yīng)慢[10]。道路基層材料設(shè)計(jì)通常要求水泥初凝時(shí)間大于180 min，終凝時(shí)間大于360 min而小于600 min，顯然純水泥的終凝時(shí)間是不滿足要求的，粉煤灰摻量25%和50%的試樣滿足要求。

3.2 砂漿強(qiáng)度

圖2、圖3是堿激發(fā)粉煤灰水泥在不同膠凝材料組分條件下的抗壓、抗折強(qiáng)度變化規(guī)律，從圖中可得，純水泥試件在早期強(qiáng)度最大，但25%粉煤灰摻量試件強(qiáng)度與純水泥試件相差不大。當(dāng)齡期達(dá)到7 d以后，25%粉煤灰摻量試件強(qiáng)度增長逐漸超過純水泥試件，當(dāng)齡期達(dá)到28 d時(shí)，50%粉煤灰摻量試件抗壓強(qiáng)度已經(jīng)接近純水泥試件強(qiáng)度。隨粉煤灰摻量的增加，堿激發(fā)粉煤灰水泥試件強(qiáng)度逐漸變小，但后期堿激發(fā)粉煤灰水泥試件強(qiáng)度增長速度都大于純水泥試件?？拐蹚?qiáng)度的變化規(guī)律與抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律基本相似，需指出的是，在齡期達(dá)到28d時(shí)，50%粉煤灰摻量試件抗折強(qiáng)度已經(jīng)大于純水泥試件強(qiáng)度，此說明堿激發(fā)粉煤灰水泥抗折性能更優(yōu)于抗壓性能，有研究表明，純水泥試件中摻入粉煤灰有助于抗折強(qiáng)度的提高[11]。

表9 堿激發(fā)粉煤灰水泥凝結(jié)時(shí)間變化規(guī)律Table 9 The setting time of alkali activated fly ash-cement水泥/%粉煤灰/%堿摻量/%水玻璃模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/g初凝時(shí)間/min終凝時(shí)間/min1000411342052857525411332383495050411312964722575411303887360100411286741 148

圖2 堿激發(fā)粉煤灰水泥砂漿抗壓強(qiáng)度Figure 2 The compressive strength of alkali activated fly ash-cement mortar

圖3 堿激發(fā)粉煤灰水泥砂漿抗折強(qiáng)度Figure 3 The flexural strength of alkali activated fly ash-cement mortar

3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

圖4是不同齡期堿激發(fā)粉煤灰水泥無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，25%粉煤灰摻量試件強(qiáng)度最大，在齡期達(dá)到28 d時(shí)，50%粉煤灰摻量試件強(qiáng)度同樣超過了純水泥試件強(qiáng)度，另外，堿激發(fā)粉煤灰水泥試件后期強(qiáng)度增長顯著大于純水泥試件。粉煤灰的摻入，不僅能填充再生骨料表面空隙，且能與再生骨料表層已有水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化,達(dá)到強(qiáng)化再生骨料的效果。再生骨料中微粉是由煅燒之后的黏土組成，具有和粉煤灰類似的火山灰活性[12-13]，在堿的激發(fā)條件下發(fā)生水化反應(yīng)，生成大量的硅酸鹽凝膠，因此堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生骨料后期強(qiáng)度能持續(xù)增長。但再生骨料中的微粉和粉煤灰活性較弱，在常溫條件下，強(qiáng)度增長緩慢。圖5是延時(shí)成型對(duì)混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，從圖中可得，延時(shí)成型4 h時(shí)，僅有純水泥試件強(qiáng)度有一定的下降，當(dāng)延時(shí)到6 h時(shí)，純水泥試件強(qiáng)度下降幅度進(jìn)一步擴(kuò)大，而堿激發(fā)粉煤灰水泥試件基本無變化。

圖4 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Figure 4 The compressive strength of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

圖5 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料延時(shí)成型7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度Figure 5 The 7 days delay molding compressive strength of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

3.4 劈裂強(qiáng)度

圖6是在不同齡期堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料劈裂強(qiáng)度結(jié)果，從圖中可得，粉煤灰摻量25%與50%的試件劈裂強(qiáng)度相對(duì)較大，當(dāng)齡期達(dá)到90 d時(shí)，50%粉煤灰摻量試件劈裂強(qiáng)度最大。另外，類似于試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料試件后期的劈裂強(qiáng)度增長大于純水泥試件。劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)中試件破壞首先發(fā)生于集料與水泥的膠結(jié)面，因此界面強(qiáng)度對(duì)劈裂強(qiáng)度影響較大[14-15]。粉煤灰的摻入既能強(qiáng)化再生骨料，同時(shí)與再生集料表面舊的漿體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加了膠凝材料與再生集料界面處的強(qiáng)度，因此在產(chǎn)生同等凝膠的條件下，堿激發(fā)粉煤灰水泥試件的劈裂強(qiáng)度要大于純水泥試件。

圖6 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料劈裂抗拉強(qiáng)度Figure 6 The splitting strength of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

3.5 抗壓回彈模量

圖7是養(yǎng)護(hù)90 d后混合料試件抗壓回彈模量隨粉煤灰摻量增大的變化規(guī)律，從圖中可得，在90 d時(shí)，粉煤灰摻量25%與50%試件的抗壓回彈模量值大于純水泥試件?；旌狭系目箟夯貜椖Ａ渴茉偕蠌?qiáng)度、膠凝材料膠結(jié)強(qiáng)度和界面強(qiáng)度共同影響，粉煤灰摻入能強(qiáng)化再生集料，且提升一定的界面強(qiáng)度，所以適量粉煤灰摻量試件的抗壓回彈模量表現(xiàn)較好。但當(dāng)粉煤灰摻量過大時(shí)，在試驗(yàn)的堿摻量和溫度條件下，堿激發(fā)粉煤灰水泥水化過慢，影響試件的整體抗壓回彈模量。

圖7 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料回彈模量Figure 7 The compressive modulus of resilience of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

3.6 沖刷試驗(yàn)

圖8是養(yǎng)護(hù)28 d混合料試件在不同沖刷時(shí)間內(nèi)質(zhì)量損失率變化曲線，從圖中可得，粉煤灰摻量25%、50%的試件與純水泥試件沖刷試驗(yàn)后質(zhì)量損失量接近，粉煤灰摻量75%、100%試件質(zhì)量損失率相對(duì)較大。試件沖刷的質(zhì)量損失主要來源于細(xì)料脫離基體，試件表面膠凝材料粘結(jié)強(qiáng)度影響重大。堿激發(fā)粉煤灰水泥在粉煤灰摻量適量時(shí)與純水泥水化膠結(jié)強(qiáng)度相近，粉煤灰過量時(shí)，堿激發(fā)粉煤灰水泥水化變緩，即使再生集料中的活性微粉在堿的激發(fā)下生成一定凝膠，但還是不能抵消由于堿激發(fā)粉煤灰水泥水化緩慢減少試件整體粘結(jié)強(qiáng)度的影響，因此試件表面顆粒較容易被水沖刷而剝落。

圖8 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料沖刷試驗(yàn)結(jié)果Figure 8 The scour test of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

3.7 干縮試驗(yàn)

圖9是混合料試件90 d的干縮應(yīng)變變化曲線，從圖中可得，隨著粉煤灰摻量增加，混合料試件干縮應(yīng)變逐漸變小。水泥穩(wěn)定碎石中的毛細(xì)管水、表面吸附水等由于不斷蒸發(fā)和水化作用而逐漸減小，此時(shí)在毛細(xì)管、分子間力、凝膠體間水等的作用下引起材料的體積收縮。水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能與材料類型、集配、集料性質(zhì)、結(jié)合料劑量、齡期、含水量、成型方法等有關(guān)。隨著粉煤灰摻量的逐漸增加，混合料的硬化速度變慢，減緩了水化反應(yīng)的失水速率，另外，粉煤灰摻量增加，試件的最佳含水率變小，同樣減少了試件的干縮。

圖9 堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料干縮應(yīng)變Figure 9 The shrinkage strain of alkali activated fly ash-cement stabilized recycled aggregate

4 工程應(yīng)用

4.1 依托工程

本研究中將堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料依托長益高速擴(kuò)容工程進(jìn)行應(yīng)用。長益高速擴(kuò)容工程起于長沙市望城區(qū)，止于蘇家壩互通，對(duì)接益陽繞城高速和長張高速公路。路線全長50.284 km，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度120 km/h,上、下基層水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)度不應(yīng)小于98%，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度5.5 MPa；底基層水泥穩(wěn)定碎石重型壓實(shí)度不應(yīng)小于97%，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度4.5 MPa。長益高速擴(kuò)容工程途徑長沙與益陽經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的街道與鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其舊城改造產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，特別是長沙市河西片區(qū)年產(chǎn)建筑垃圾達(dá)到150萬t以上；另一方面，由于環(huán)保、材料消耗過高，長沙至益陽周邊原有的碎石廠與采砂場(chǎng)都關(guān)停了，筑路用的集料均需由外遠(yuǎn)運(yùn)，成本高，還嚴(yán)重影響環(huán)保。因此如果能采用建筑垃圾再生集料來代替原生礦廠材料，進(jìn)行路面墊層、底基層與基層、結(jié)構(gòu)物臺(tái)背回填，無疑從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)還是環(huán)保上來講都是多贏的結(jié)果。

4.2 應(yīng)用情況

根據(jù)前期試驗(yàn)研究結(jié)果，在長益高速擴(kuò)容工程主線右幅K1+040～K1+320段底基層進(jìn)行試驗(yàn)路，試驗(yàn)路采用兩種方案。方案一采用水泥穩(wěn)定天然集料，水泥摻量為4.5%；方案二采用堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料，膠凝材料摻量為4.5%，其中水泥占75%，粉煤灰占25%。表10是兩種方案混合料性能對(duì)比結(jié)果。兩種方案性能指標(biāo)都滿足底基層設(shè)計(jì)要求，堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料性能與水泥穩(wěn)定天然集料接近，現(xiàn)場(chǎng)鉆芯和彎沉檢測(cè)結(jié)果同樣滿足要求，堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料可用于長益高速擴(kuò)容工程基層?；谠囼?yàn)路的成功鋪筑，堿激發(fā)膠凝材料穩(wěn)定再生集料已在長益高速擴(kuò)容工程K0+000～ K17+865段底基層進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，目前項(xiàng)目還沒有完結(jié)，堿激發(fā)膠凝材料穩(wěn)定再生集料已鋪筑10萬余t。

表10 混合料綜合性能測(cè)試結(jié)果Table 10 The performance test of the mixture混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度/MPa7 d劈裂抗拉強(qiáng)度/MPa抗壓回彈模量/MPa90 d干縮應(yīng)變×10-6沖刷質(zhì)量損失率/%方案一5.00.432547306.10.542方案二4.80.402 397344.30.591

5 結(jié)論

本文主要通過變化膠凝材料中粉煤灰的摻量研究堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生集料的路用性能，首先測(cè)試了堿激發(fā)粉煤灰水泥的凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度，驗(yàn)證其是否滿足道路基層材料中水泥的指標(biāo)要求，然后測(cè)試了混合料的力學(xué)性能與耐久性。通過上述研究，得出如下結(jié)論：

a.隨著粉煤灰摻量的增加，堿激發(fā)粉煤灰水泥初凝與終凝時(shí)間增加，粉煤灰摻量25%與50%的試件表現(xiàn)出較好的路用水泥特性。

b.粉煤灰摻量25%的混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度與回彈模量值相對(duì)較大，粉煤灰摻量50%的混合料與純水泥的混合料上述性能接近。堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料的后期強(qiáng)度增加速度大于純水泥的。

c.粉煤灰摻量25%、50%的混合料與摻入純水泥的混合料抗沖刷性能相近，粉煤灰摻量75%、100%的混合料抗沖刷性能較弱。另外，隨著粉煤灰摻量增加，混合料試件干縮應(yīng)變逐漸變小。

d.堿激發(fā)粉煤灰水泥穩(wěn)定再生集料可用于高等級(jí)公路底基層，相關(guān)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。