水泥穩(wěn)定再生碎石基層材料力學(xué)性能試驗(yàn)研究

秦頔

恩施自治州華泰交通建設(shè)有限公司 湖北恩施 445000

1 再生水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，水泥穩(wěn)定碎石再生技術(shù)比較成熟，常用的方法有廠拌法和路拌法，其中，為滿足道路規(guī)范要求，需合理設(shè)計(jì)再生水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配。大量研究表明，C-C-2級(jí)配具有更廣的適用范圍，能最大限度保證集料的均勻性和密實(shí)性，可適用于大交通量荷載路面；同時(shí)C-C-2級(jí)配中0.075mm的骨料含量相對(duì)較低，不易發(fā)生收縮問(wèn)題，有利于提高再生水泥穩(wěn)定碎石的抗開(kāi)裂能力[1]。

2 再生水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能研究

2.1 劈裂強(qiáng)度

劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)試件施加側(cè)向壓力來(lái)模擬行車(chē)荷載由路面向下傳遞的剪切應(yīng)力。試驗(yàn)首先將試件放置在25±2℃條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)得試件7d、28d劈裂強(qiáng)度，由數(shù)據(jù)可知，隨著RA摻量增加，7d和28d劈裂強(qiáng)度先增加后減少，一定RA摻量能夠提高再生水泥穩(wěn)定混合料的劈裂強(qiáng)度，這是因?yàn)樵偕现蠷A表面紋理更粗糙，具有更多棱角，使混合料之間獲得更強(qiáng)的嵌擠作用，但當(dāng)RA摻量過(guò)多時(shí)，因整體混合料強(qiáng)度不足，新料無(wú)法充分形成骨架，導(dǎo)致內(nèi)部薄弱點(diǎn)過(guò)多，劈裂強(qiáng)度下降。

2.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

制作直徑15cm、高15cm的圓柱體抗壓試件，放置在25±2℃條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)得試件7d、28d劈裂強(qiáng)度，由數(shù)據(jù)得知，4種試件7d、28d抗壓強(qiáng)度先增大后減小，強(qiáng)度值呈拋物線形，在試件3處表現(xiàn)出最大值，分別為4.48MPa和5.22MPa，均滿足規(guī)范要求。故摻入適量的RA對(duì)再生水泥混合料具有有利作用，這是因?yàn)樵偕现嗅樒瑺罴陷^少，且集料外層水泥砂漿能實(shí)現(xiàn)二次放熱，提高試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。但隨著RA摻量增多，再生水泥穩(wěn)定碎石整體性能會(huì)下降，因此需控制RA摻量，以達(dá)到最佳無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。

3 原材料及試驗(yàn)方案

3.1 再生骨料（RA）

本文采用的再生骨料是“白改黑”二級(jí)公路破碎加工處理得到的骨料，粒徑范圍為2.36-31.5mm，再生骨料經(jīng)二次水洗后已去除部分表層水泥砂漿和灰塵。

3.2 天然骨料（NA）

研究采用的天然骨料根據(jù)粒徑不同，分為粗骨料和細(xì)骨料，質(zhì)地均勻，針片狀率低。

3.3 水泥

采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為3.5h，終凝時(shí)間為6h,3d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別不小于18MPa和3.5MPa。

3.4 試驗(yàn)方案

研究采用靜壓成型的方式成型再生水泥穩(wěn)定碎石，確定其適宜的配合比的設(shè)計(jì)方案。為進(jìn)一步探究再生骨料替代率對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層材料的性能影響，采用的再生骨料摻量分別為0%、20%、40%、60%、80%及100%。研究在確定最佳水泥劑量和水膠比的對(duì)照試驗(yàn)組（純NA水泥穩(wěn)定碎石）的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制水泥及水膠比不變，調(diào)整RA的替代率來(lái)探究再生水泥穩(wěn)定碎石材料的性能變化。主要考察水穩(wěn)碎石材料的28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、回彈模量、劈裂強(qiáng)度、抗凍性能及疲勞性能[2]。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

水泥穩(wěn)定再生碎石材料作為道路基層混凝土，承受著路面荷載對(duì)其的直接作用，在交通荷載往復(fù)持續(xù)的作用下，基層材料易產(chǎn)生裂縫、空洞等問(wèn)題，直接影響碎石材料的強(qiáng)度等級(jí)。

隨著再生骨料替代天然骨料的比例增加，水泥穩(wěn)定碎石材料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸降低。對(duì)于天然集料組成水穩(wěn)碎石，其抗壓強(qiáng)度為9.58MPa。當(dāng)再生骨料的摻量分別為20%、40%、60%、80%和100%時(shí)，抗壓強(qiáng)度分別為9.24MPa、9.03MPa、8.64MPa、8.17MPa和7.65MPa，較普通水泥穩(wěn)定碎石材料而言，分別下降了3.55%、5.74%、9.81%、14.72%和20.15%?？箟簭?qiáng)度的下降速率呈現(xiàn)先慢后快的趨勢(shì)。再生骨料是廢舊混凝土破碎加工得到的材料，在長(zhǎng)期服役過(guò)程中混凝土的強(qiáng)度已存在一定劣化，在再生骨料添加初期，水泥水化反應(yīng)能在骨料表層產(chǎn)生二次加強(qiáng)作用，但對(duì)于碎石材料的整體強(qiáng)度而言會(huì)略微下降。當(dāng)再生骨料摻量過(guò)多時(shí)，穩(wěn)定碎石材料內(nèi)部的再生骨料作為主要受力骨架，易產(chǎn)生開(kāi)裂失穩(wěn)，也急劇降低水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度。

4.2 回彈模量

回彈模量是路基材料應(yīng)力與應(yīng)變的比值，可表征基層材料抵抗豎向變形的能力。回彈模量的數(shù)值越高，則表明材料抵抗豎向荷載作用的能力越強(qiáng)。隨著再生骨料替代天然骨料的比例增加，水泥穩(wěn)定碎石材料的回彈模量逐漸降低。NA、0.2RA+0.8NA、0.4RA+0.6NA、0.6RA+0.4NA、0.8RA+0.2NA和 RA水 泥 穩(wěn) 定碎石材料的回彈模量分別為4062MPa、3985MPa、3912MPa、3621MPa、3378MPa、3015MPa。由于不同組合方案的碎石材料均采用了5.2%劑量的水泥，當(dāng)再生骨料的摻量大于60%時(shí)，碎石材料的回彈模量急劇下降，相較于普通碎石材料的回彈模量下降了10.86%；主要原因是再生骨料的過(guò)多，使得水泥與再生骨料的融合度不高，水化反應(yīng)的效果削減。若要使用高摻量的再生骨料用于水穩(wěn)碎石，則需加強(qiáng)水泥劑量的使用，或使用其他外摻劑材料來(lái)綜合提升碎石材料性能[3]。

4.3 劈裂強(qiáng)度

劈裂強(qiáng)度是測(cè)試水穩(wěn)碎石材料抵抗開(kāi)裂性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，水泥穩(wěn)定碎石作為基層材料，在荷載作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生開(kāi)裂和反射裂縫問(wèn)題。當(dāng)再生骨料的摻量為40%和80%時(shí)，其劈裂強(qiáng)度分別為0.65MPa和0.61MPa，較普通穩(wěn)定碎石材料分別降低4.41%和10.29%。再生骨料對(duì)水穩(wěn)碎石材料的劈裂強(qiáng)度影響較小，其原因是水穩(wěn)碎石材料的劈裂強(qiáng)度本身就很小，外力作用下材料會(huì)產(chǎn)生一定開(kāi)裂破壞，但再生骨料穩(wěn)定碎石材料經(jīng)養(yǎng)護(hù)后具備一定強(qiáng)度等級(jí)，輕微的劈裂作用對(duì)其影響較小。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，資源成為每個(gè)行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。再生水泥穩(wěn)定碎石不但能夠滿足道路規(guī)范要求，而且具備較好的力學(xué)性能，因此大規(guī)模用于路面基層或底基層。本文從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)、環(huán)境、資源四個(gè)不同角度進(jìn)行分析，認(rèn)為水泥穩(wěn)定碎石再生技術(shù)前景可觀。