不同級(jí)配下，振動(dòng)壓實(shí)對(duì)再生磚渣骨料最大干密度及強(qiáng)度影響的研究

陳雪冬

北京中建建筑科學(xué)研究院有限公司 北京 100000

引言

近幾年，隨著國(guó)家“節(jié)能減排”的方針的提出，天然建筑砂石的產(chǎn)量隨之減少，為了迎接新一輪基建大潮的來臨，解決建筑材料短缺及建筑固廢處理的問題。建筑垃圾再生利用受到國(guó)家和各地政府的支持，特別是2020年5月，住建部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)建筑垃圾減量化的指導(dǎo)意見》和《施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾減量化指導(dǎo)手冊(cè)（試行）》作為當(dāng)前和今后指導(dǎo)建筑垃圾源頭減量化工作的重要文件；更為重要的是2020年9月即將施行的《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》指引固廢管理踏上新征程，由此可見，建筑垃圾資源化仍然是2021年的大熱項(xiàng)目[1-2]。

再生料有存量大、自重輕、級(jí)配分布范圍廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。其工作性能經(jīng)過一定配比設(shè)計(jì)可以直接應(yīng)用于二級(jí)以下道路工程，公園步道工程的基層與底基層的鋪筑。秦善勇[3]等對(duì)再生料在水泥穩(wěn)定類基層中的應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出懸浮密實(shí)型級(jí)配7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及劈強(qiáng)度均優(yōu)于骨架密實(shí)型級(jí)配，且確定了7%的最佳水泥摻量。陸軍[4]將重型擊實(shí)法與振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行比較，根據(jù)試驗(yàn)過程中壓實(shí)功的不同得出振動(dòng)壓實(shí)法通過模擬工程現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)壓實(shí)的條件，從而達(dá)到了與實(shí)際的工程現(xiàn)場(chǎng)一致的效果。王波[5]等研究了攪拌對(duì)再生骨料的破碎的影響，再生骨料在行星攪拌機(jī)中會(huì)發(fā)生磨耗與破碎現(xiàn)象，破碎后的再生骨料級(jí)配發(fā)生了明顯變化。張庭順于室內(nèi)大型固結(jié)儀對(duì)建筑垃圾再生材料開展了壓縮試驗(yàn)，對(duì)比分析了建筑垃圾再生材料和純磚材料的孔隙比與荷載、壓縮系數(shù)與荷載、孔隙比與壓實(shí)度、壓縮系數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明：建筑垃圾再生材料的變形發(fā)生在荷載施加的瞬間，在各級(jí)荷載下累計(jì)變形曲線呈“臺(tái)階”狀增長(zhǎng)，壓實(shí)度對(duì)壓縮參數(shù)影響較大，壓實(shí)度從90%到96%過渡時(shí)建筑垃圾再生料由中等壓縮性變化為低壓縮性，相比純磚填料配比建筑垃圾填料具有較好的壓縮性能，可應(yīng)用于高速公路填方中。

再生骨料由于壓碎值較大，在振動(dòng)壓實(shí)后也會(huì)產(chǎn)生破碎現(xiàn)象，破碎后的再生骨料在級(jí)配上也會(huì)發(fā)生變化，從而影響路用使用性能。其次，由級(jí)配碎石為主要骨料的無機(jī)結(jié)合料，往往因?yàn)楣橇衔瘦^低，在過振情況下導(dǎo)致水分析出，影響無機(jī)結(jié)合料強(qiáng)度，而磚渣由于吸水率較高，振動(dòng)壓實(shí)對(duì)于結(jié)合料中水分的影響也不相同。因此，研究不同級(jí)配下，振動(dòng)壓實(shí)對(duì)再生骨料破碎影響的研究，對(duì)確定現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)參數(shù)，研究再生磚渣骨料路用性能具有實(shí)際的意義。

1 試驗(yàn)原材料及性能試驗(yàn)

1.1 再生骨料試驗(yàn)性能

再生骨料由北京都市綠源環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)，所選材料為紅磚磚渣，工程粒徑為：5-10mm（G11）、10-20mm（G8）、20-40mm（G1）、0-5mm（XG3）；粒級(jí)范圍滿足規(guī)范要求，壓碎值為48%，吸水率為36%。

1.2 水泥試驗(yàn)性能

水泥為P.O42.5，生產(chǎn)廠家為：北京金隅水泥經(jīng)貿(mào)有限公司；3天抗壓強(qiáng)度為：25.6MPa；28天抗壓強(qiáng)度為：46.8MPa。

2 再生骨料級(jí)配組成

2.1 連續(xù)級(jí)配組成

根據(jù)規(guī)范JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》表4.5.2選取二級(jí)以下公路基層推薦的級(jí)配范圍C-A-3，推薦級(jí)配范圍曲線如圖2所示。根據(jù)單粒級(jí)篩分結(jié)果和目標(biāo)級(jí)配C-A-3級(jí)配范圍，對(duì)各粒級(jí)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，所得連續(xù)粒級(jí)摻配比例：

表1 連續(xù)級(jí)配摻配比例表

表2 間斷級(jí)配摻配比例表

表3 單粒級(jí)級(jí)配摻配比例表

表4 各級(jí)配實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表

2.2 間斷級(jí)配組成（質(zhì)量比）

間斷級(jí)配采取去掉某一粒級(jí)，量其摻配比例：

2.3 單粒級(jí)級(jí)配

3 再生骨料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)

3.1 研究目的

以不同級(jí)配的定量再生骨料在不同振動(dòng)壓實(shí)功的作用下，研究材料破碎及級(jí)配變化對(duì)最大干密度及強(qiáng)度影響的情況。

3.2 設(shè)備選用

振動(dòng)壓實(shí)機(jī)是依照振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)原理設(shè)計(jì)，分為上車和下車系統(tǒng)，調(diào)節(jié)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)的上下車的配重塊數(shù)、偏心塊夾角和變頻器的頻率。對(duì)于傳統(tǒng)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料一般選用面壓力約0.1MPa，激振力約6800N，振動(dòng)頻率約為28～30HZ的振實(shí)條件。

考慮到級(jí)配再生料受振破碎率遠(yuǎn)高于級(jí)配碎石，為能清晰證實(shí)文中論點(diǎn)，該試驗(yàn)采取面壓力0.1MPa，激振力5000N，振動(dòng)頻率20～25HZ的振實(shí)條件。由于高含水對(duì)傳統(tǒng)級(jí)配碎石所拌和的無機(jī)結(jié)合料振動(dòng)壓實(shí)過程影響顯著，高含水率下壓頭起跳現(xiàn)象很難出現(xiàn)，振動(dòng)時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)使試料大量擠出，但是再生骨料，特別是磚渣再生骨料吸水率較大，高含水對(duì)無機(jī)結(jié)合料影響較小，故在振動(dòng)過程中依舊以壓頭回彈跳起為達(dá)到最大壓實(shí)效果的控制條件。

3.3 試驗(yàn)步驟

該試驗(yàn)是根據(jù)規(guī)范JTG E51-2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中T0842-2009無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料振動(dòng)壓實(shí)方法進(jìn)行試驗(yàn)。確定其最大干密度，最佳含水量。待確定最大干密度后，采用JTG E51-2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中T0834-2009進(jìn)行試件成型，通過標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測(cè)其7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

圓柱型試件是無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料物理力學(xué)性能試驗(yàn)的基本形狀之一，是無測(cè)限抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件，高徑比為1∶1，由于再生磚渣無機(jī)結(jié)合料壓碎值較小，在靜壓制件過程中，應(yīng)注意試件成型狀態(tài)，對(duì)于試件在脫模過程中應(yīng)注意輕拿輕放。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

圖1 各級(jí)配干密度變化曲線圖

4 結(jié)論

相對(duì)于碎石而言，磚渣強(qiáng)度較低，壓碎值在50%左右，振動(dòng)壓實(shí)對(duì)骨料級(jí)配造成了影響，連續(xù)級(jí)配的骨料在經(jīng)過振動(dòng)效果破碎后可形成中間粒級(jí)較多的間斷粒級(jí)。間斷粒級(jí)的骨料在經(jīng)過振動(dòng)壓實(shí)效果破碎后可形成連續(xù)級(jí)配。

集料破碎可吸收一定的振動(dòng)做功，在實(shí)際試驗(yàn)過程中，粗骨料比例較大的配比達(dá)到最大干密度狀態(tài)所需做功時(shí)間較長(zhǎng)，單能達(dá)到優(yōu)于連續(xù)級(jí)配的最大干密度從而得到較大的抗壓強(qiáng)度。由此可見，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)提高粗骨料摻配比例，增加壓實(shí)遍數(shù)可達(dá)到最優(yōu)效果。

細(xì)骨料比例較大的級(jí)配，經(jīng)過振動(dòng)壓實(shí)效果破碎后更進(jìn)一步增大了比例，因此在相同做功時(shí)間來看，無機(jī)結(jié)合料開始出現(xiàn)翻漿，產(chǎn)生過振現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)減少細(xì)骨料的用量，如果含量較多，減少碾壓遍數(shù)。

在以上級(jí)配范圍內(nèi)除單粒級(jí)外，連續(xù)級(jí)配與間斷級(jí)配經(jīng)過靜壓養(yǎng)護(hù)后，均能達(dá)到大于5MPa的強(qiáng)度，由此可見，再生骨料也是一種優(yōu)秀的路用材料，其對(duì)級(jí)配的敏感程度遠(yuǎn)低于碎石。

5 結(jié)束語

通過以上研究可知，再生磚渣可作為路用填料用以參配無機(jī)結(jié)合料，但是磚渣材料本身吸水率及壓碎值均較高，采用傳統(tǒng)的壓實(shí)工藝容易造成再生磚渣無機(jī)結(jié)合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，粗骨料顆粒碎裂，從而改變材料級(jí)配，降低使用性能。但是，通過合理的調(diào)整施工工藝參數(shù)，將破碎對(duì)級(jí)配的影響反向考慮到初始的級(jí)配設(shè)計(jì)中去，使其破碎后的級(jí)配變化變?yōu)樽顑?yōu)的材料級(jí)配，在使用過程中能達(dá)到更好的壓實(shí)效果。雖然通過調(diào)整級(jí)配能達(dá)到滿足高速公路、一級(jí)公路的抗壓強(qiáng)度，但是磚渣在重載交通量下的耐久性以及吸水后的穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，但是作為二級(jí)及以下公路、公園道路來說，其路用性能完全能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際使用要求，這些再生骨料的規(guī)?；瘧?yīng)用也將促成國(guó)家節(jié)能減排政策的加快施行。