廢棄混凝土再生骨料在道路基層應(yīng)用試驗(yàn)研究

楊世豪 王新征

（南陽師范學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽 473061）

城鎮(zhèn)化拆舊建新產(chǎn)生了大量的廢棄混凝土。廢棄混凝土經(jīng)過裂解、清洗、粉碎、過篩分級(jí)后，其中的粗細(xì)砂石骨料可以作為再生骨料重復(fù)利用，再生骨料可以部分或全部替代天然砂石骨料[1-2]。本文將廢棄混凝土再生骨料用于制作道路基層的二灰碎石，通過測(cè)定再生骨料二灰碎石的性能指標(biāo)，并與天然骨料制作的二灰碎石進(jìn)行比較，驗(yàn)證利用再生骨料制作道路基層二灰碎石的可行性。

1 再生骨料的基本性能

1.1 再生骨料的制備

制備再生骨料一般需要如下步驟：沖洗清除廢棄混凝土上的雜質(zhì)，將其破碎成粒徑為40mm的顆粒，經(jīng)過預(yù)處理的廢棄混凝土顆粒在偏心轉(zhuǎn)筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)碾磨，去除混凝土顆粒表面的砂漿雜質(zhì)，再將碾磨后的混凝土顆粒進(jìn)行過篩，篩去細(xì)小顆粒，最終得到的較大顆粒即為再生骨料[3]。

1.2 再生骨料的基本特性

1.2.1 再生骨料的組成性狀及級(jí)配

再生粗、細(xì)骨料的組成性狀和級(jí)配如表1、表2所示。

表1 再生細(xì)骨料的篩析結(jié)果

表2 再生粗骨料的篩析結(jié)果

1.2.2 再生骨料基本特性的測(cè)定

對(duì)再生骨料的基本工程特性進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定內(nèi)容包括表觀密度、吸水率、壓碎指標(biāo)、容重及孔隙率等[4-6]。再生粗骨料表觀密度為2.34g/cm3，與之對(duì)應(yīng)的天然碎石的表觀密度為2.68g/cm3，再生細(xì)骨料的表觀密度為2.11g/cm3，天然河砂的表觀密度為2.66g/cm3。表3給出了不同表觀密度的再生骨料的吸水率，由表3中可以看出，表觀密度越小，再生骨料的吸水率越大。由于再生骨料吸水率較大,在配制混凝土?xí)r,攪拌用水要比天然骨料多5%左右,相應(yīng)的水泥用量也要增加。由實(shí)際測(cè)定得到再生骨料的壓碎指標(biāo)值為14.2%，與之對(duì)應(yīng)的天然砂石骨料的壓碎指標(biāo)值為9%。

表3 不同表觀密度再生骨料的吸水率

2 再生骨料二灰碎石的試驗(yàn)研究

對(duì)用再生骨料制作的道路基層二灰碎石進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要包括原材料試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、室內(nèi)抗壓回彈模量試驗(yàn)等[4-5,7-9]，以驗(yàn)證利用再生骨料制作二灰碎石的可行性。

2.1 原材料

在原材料試驗(yàn)中，消石灰試驗(yàn)結(jié)果見表4，粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)結(jié)果見表5。由表4、表5中可以看出，消石灰、粉煤灰各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求。為更好驗(yàn)證再生骨料代替天然砂石骨料制備二灰碎石的可行性,對(duì)骨料的性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)選用了一種天然骨料和兩種再生骨料（分別是由低強(qiáng)度等級(jí)廢棄混凝土制備的再生骨料和高強(qiáng)度等級(jí)廢棄混凝土制備的再生骨料），依據(jù)JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》的要求進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果見表6-表8。

表4 石灰技術(shù)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

表5 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)結(jié)果

表6 細(xì)骨料（0-4.75mm）的物理性能指標(biāo)

表7 混合骨料（0-31.5mm）的物理性能

表8 二灰碎石所用骨料的顆粒級(jí)配

從測(cè)定數(shù)據(jù)可以看出，天然骨料和再生骨料（高強(qiáng)、低強(qiáng)）的顆粒級(jí)配均滿足公路規(guī)范要求。由于再生骨料表面的水泥砂漿粗糙多孔，易吸收水分，因此兩種再生骨料的飽和面干吸水率、含水率均大于天然碎石（見表6、表7）。此外，由于再生骨料的表面附有水泥砂漿顆粒，而水泥砂漿的強(qiáng)度一般低于碎石的強(qiáng)度,所以再生骨料易壓碎，其壓碎指標(biāo)要大于天然骨料的壓碎指標(biāo)。

2.2 試驗(yàn)方案和配合比的確定

測(cè)定利用再生骨料（高強(qiáng)、低強(qiáng)）與天然骨料制作的二灰碎石的性能，并進(jìn)行對(duì)比。測(cè)定指標(biāo)主要包括無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度和室內(nèi)抗壓回彈模量。三種二灰碎石混合料的配合比均采用石灰:粉煤灰:骨料=6:12:82。為提高二灰碎石混合料的早期強(qiáng)度，在另外一組試驗(yàn)中，制備二灰碎石時(shí)摻入2%的專用早強(qiáng)劑（指早強(qiáng)劑占二灰碎石的質(zhì)量百分比）。試驗(yàn)方案見表9。

表9 二灰碎石的試驗(yàn)方案

2.3 室內(nèi)試驗(yàn)

試驗(yàn)按照J(rèn)TJ 057-94《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》和JTG/T G20-2015《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行,分別對(duì)低強(qiáng)再生骨料、高強(qiáng)再生骨料和天然砂石骨料制作的二灰碎石進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度和室內(nèi)抗壓回彈模量測(cè)定。

2.3.1 擊實(shí)試驗(yàn)

對(duì)三種骨料制作的二灰碎石分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),得到三種骨料不同配合比的干密度與含水量關(guān)系曲線,見圖1-圖3。

圖1 干密度與含水量的關(guān)系曲線（高強(qiáng)再生骨料二灰碎石）

圖2 干密度與含水量的關(guān)系曲線（低強(qiáng)再生骨料二灰碎石）

圖3 干密度與含水量的關(guān)系曲線（天然砂石骨料二灰碎石）

通過擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定三種骨料二灰碎石的最佳含水量和最大干密度,結(jié)果見表10。可以看出,用天然骨料制作的二灰碎石的最大干密度大于用再生骨料制作的二灰碎石,而最佳含水量則是再生骨料二灰碎石較高。

表10 最大干密度和最佳含水量的測(cè)定

2.3.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

按擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳含水量和最大干密度制備二灰碎石試件,將試件在規(guī)定溫度下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期的最后一天將二灰碎石試件浸泡于水中，達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)齡期后對(duì)二灰碎石進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),結(jié)果見表11。

表11 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表11可以看出，再生骨料及天然骨料制作的二灰碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范中7天齡期達(dá)到0.80MPa的強(qiáng)度要求。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而增加。在不摻加早強(qiáng)劑的情況下,再生骨料二灰碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于天然骨料二灰碎石，低強(qiáng)骨料二灰碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度低于高強(qiáng)骨料二灰碎石。早強(qiáng)劑能顯著提高二灰碎石的早期強(qiáng)度,但對(duì)不同骨料制作的二灰碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度卻不太相同。對(duì)于天然骨料二灰碎石,摻加早強(qiáng)劑后其7天齡期和28天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高幅度均大于90%，而對(duì)于再生骨料二灰碎石，摻加早強(qiáng)劑后其7天齡期和28天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高幅度均小于50%，其中早強(qiáng)劑對(duì)高強(qiáng)骨料二灰碎石的增強(qiáng)效果不如低強(qiáng)骨料二灰碎石明顯。

2.3.3 間接抗壓強(qiáng)度

與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相類似,間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)按擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳含水量和最大干密度制備二灰碎石試件,并將試件在規(guī)定溫度下進(jìn)行養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期的最后一天將二灰碎石試件浸泡于水中，達(dá)到齡期后對(duì)二灰碎石進(jìn)行間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果表明,7天齡期時(shí),高強(qiáng)再生骨料二灰碎石的間接抗拉強(qiáng)度大于天然骨料二灰碎石,低強(qiáng)再生骨料二灰碎石的間接抗拉強(qiáng)度低于天然骨料二灰碎石，到28天齡期時(shí),用再生骨料制作的二灰碎石的間接抗拉強(qiáng)度要高于天然骨料二灰碎石，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 間接抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.3.4 室內(nèi)抗壓回彈模量

達(dá)到試驗(yàn)齡期（7天）后，對(duì)二灰碎石進(jìn)行室內(nèi)抗壓回彈模量試驗(yàn),結(jié)果見表13。結(jié)果表明,三種骨料制作的二灰碎石室內(nèi)抗壓回彈模量大小相當(dāng)。由此可見，再生骨料對(duì)二灰碎石的室內(nèi)抗壓回彈模量影響不大。

表13 室內(nèi)抗壓回彈模量試驗(yàn)結(jié)果（MPa）

3 結(jié)論

本文對(duì)利用廢棄混凝土再生骨料替代天然砂石骨料制作道路二灰碎石基層的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)分析，得出如下結(jié)論：

1）再生骨料的壓碎值和顆粒級(jí)配符合JTG/T G20-2015對(duì)二灰碎石骨料的要求。

2）用再生骨料制作的二灰碎石基層材料顯示出良好的力學(xué)性能,其力學(xué)性能指標(biāo)完全滿足現(xiàn)行公路規(guī)范中對(duì)公路基層材料的要求。

3）早強(qiáng)劑能明顯提高二灰碎石的早期強(qiáng)度，其對(duì)再生骨料二灰碎石的早期強(qiáng)度的增強(qiáng)效果不如天然砂石骨料二灰碎石。