道路固廢再生集料處理工藝對再生水穩(wěn)性能的影響

顧 強（上海市奉賢區(qū)交通建設管理中心，上海 201400）

0 引 言

隨著城市建設的加快，城市公用與民用建筑，公路與市政基礎設施大量進行建設、更新和改造，由此產(chǎn)生的建筑垃圾數(shù)量也急劇攀升，其中上海市每年廢混凝土量可達600萬t～700萬t。目前，部分品質(zhì)較好的廢混凝土被回收利用，一般經(jīng)破碎、加工制成再生集料后用于中低強度等級再生混凝土等建材的生產(chǎn)，但其摻量較低，一般不超過15%；而諸如道路工程改、擴建及大中修過程中產(chǎn)生的大量低品質(zhì)廢混凝土回收利用率低，傳統(tǒng)的處理方法是運往郊外露天堆放或填埋，不僅占用大量的土地資源，而且對環(huán)境造成污染。與此同時，公路建養(yǎng)過程需要消耗大量的材料。因此，道路廢混凝土經(jīng)處理后再回用于公路建設具有顯著的社會、環(huán)境與經(jīng)濟效益。

溫勝強等[1]結(jié)合開蘭公路水泥混凝土路面修復改建工程，鋪筑了基于水泥混凝土路面板再生集料的水泥穩(wěn)定碎石基層部分試驗路段，再生集料的壓碎值、磨耗率以及水泥穩(wěn)定舊集料的強度均能滿足路面基層的技術(shù)要求。趙亞蘭[2]對基層舊料的再生利用進行了研究，研究表明，在基層舊料再生骨料全部取代天然骨料時，再生基層材料7 d抗壓強度和路用性能滿足相關施工規(guī)范要求，適用于二級及二級以下公路基層或高速、一級公路底基層。辛富強[3]通過需水量的調(diào)整與施工技術(shù)的合理選擇，利用廢棄混凝土路板再生集料開發(fā)半剛性基層材料，其性能與普通基層材料相當，能滿足各級公路基層的要求。

本文利用經(jīng)不同處理工藝得到的道路固廢再生集料，通過再生集料級配、水泥穩(wěn)定再生集料基層材料（以下簡稱“再生水穩(wěn)”）配合比設計，研究處理工藝對再生水穩(wěn)的力學性能、路用性能影響，為道路固廢用于道路基層材料提供參考。

1 試驗原材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

（1）再生集料。再生集料包括來源于道路廢側(cè)平石、廢道板磚、廢混凝土路面等道路固廢。分別采用實驗室小型破碎機破碎篩分（以下簡稱“實驗室加工”）和工廠加工2種方式形成再生集料。再生集料基本性能如表1所示，顆粒級配如圖1所示。由表1可知，經(jīng)不同處理工藝得到的再生集料性能差異大，實驗室加工的再生集料壓碎值、吸水率均高于工廠加工的再生集料，說明實驗室加工對再生集料的損傷較大，破碎過程使再生集料產(chǎn)生更多的微裂縫，使其壓碎值、吸水率增大。

（2）水泥。采用南方P?O 42.5水泥，水泥基本性能如表2所示。

表2 水泥基本性能

1.2 試驗方法

再生水穩(wěn)的重型擊實試驗參照JTG E51—2009《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進行，但在進行擊實試驗的前1 d，根據(jù)預定的含水量，提前將再生集料級配優(yōu)化后進行加水（加水量低于預定的含水量2%左右）預混浸潤，浸潤時間不低于12 h；第2 d進行擊實試驗前，補足預定的含水量并與水泥拌合均勻。

再生水穩(wěn)的無側(cè)限抗壓強度、間接抗拉強度（劈裂試驗）、抗壓回彈模量測試參照JTG E51—2009《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》進行。

2 配合比設計

2.1 再生級配集料比例設計

按JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細則》中用于二級及二級以下公路基層材料的集料推薦級配（C-C-1），對再生粗集料與再生細集料復配形成再生級配集料：①再生集料為實驗室加工，再生級配集料配比為GFC∶GFF＝65%∶35%，其吸水率為13.1%；②再生集料為工廠加工，再生級配集料配比為RCA-1∶RCA-2∶RFA＝35%∶35%∶30%，其吸水率為7.9%。

2.2 再生水穩(wěn)配合比設計

根據(jù)JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細則》，用于二級及二級以下公路的水穩(wěn)7 d無側(cè)限抗壓強度一般＜5.0 MPa，則水泥的推薦用量一般為3%～7%，實際應用中為減少開裂風險，水泥用量以4%～5%居多。考慮實驗室加工的再生集料壓碎值較大、品質(zhì)較差，而工廠加工的再生集料性能優(yōu)于實驗室加工的再生集料但劣于天然集料，因此設計再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）用水泥摻量為3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）用水泥摻量為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，研究不同水泥摻量對再生水穩(wěn)性能影響。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 最佳含水率與最大干密度

再生水穩(wěn)最佳含水率與最大干密度如表3所示，隨著水泥摻量的不斷增加，最大干密度與最佳含水率總體呈上升趨勢，但增長幅度不大。主要因為隨著水泥摻量的增加，更多的水泥漿填充集料間的空隙，使結(jié)構(gòu)變得更加密實，所以最大干密度會隨著水泥摻量的增加而變大；同時，水泥水化需要吸收更多的水，所以隨著水泥摻量的增加，最佳含水率會略有提高。

表3 再生水穩(wěn)最佳含水率與最大干密度

3.2 無側(cè)限抗壓強度

再生道路基層材料無側(cè)限抗壓強度如圖2所示。

圖2 再生道路基層材料無側(cè)限抗壓強度

從圖2可以看出：

（1）再生集料處理工藝相同，隨著水泥摻量的增加，再生水穩(wěn)7 d和28 d無側(cè)限抗壓強度均不斷提高，主要因為隨著水泥摻量的增加，水泥水化硬化產(chǎn)生的強度越高，另外水泥漿會滲入到再生骨料內(nèi)部的微裂紋中，從而提高水穩(wěn)材料強度。

（2）同齡期且同水泥摻量的情況下，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）較再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）的無側(cè)限抗壓強度有明顯提高；當水泥摻量為5%時，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）7 d和28 d無側(cè)限抗壓強度分別提高29%和21%。

（3）根據(jù)JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細則》，當水泥摻量為4%～4.5%時，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）可用于高速公路和一級公路（重交通及中、輕交通）的底基層、二級及二級以下公路（中、輕交通）的基層以及底基層；當水泥摻量為5%～6%時，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）可用于高速公路和一級公路（中、輕交通）的基層、二級及二級以下公路（重交通及中、輕交通）的基層以及各等級公路的底基層。

3.3 間接抗拉強度

再生道路基層材料間接抗拉強度如圖3所示。

圖3 再生道路基層材料間接抗拉強度

從圖3可以看出：

（1）在處理工藝相同的情況下，隨著水泥摻量的增加，再生水穩(wěn)的7 d和28 d間接抗拉強度均不斷提高。

（2）在水泥摻量和處理工藝一定時，再生水穩(wěn)的間接抗拉強度隨著齡期的增長而升高。

（3）同齡期且同水泥摻量的情況下，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）較再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）的間接抗拉強度持平或略有提高；當水泥摻量為5%時，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）的7 d間接抗拉強度提高3.5%，28 d間接抗拉強度較再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）幾乎相同。主要因為實驗室加工的再生集料表面更為粗糙，易于水泥水化產(chǎn)生的水化硅酸鈣凝膠凝結(jié)與附著，從而增加水泥漿體與集料界面黏結(jié)。因此盡管實驗室加工的再生集料壓碎值較大，但對劈裂強度的影響小于無側(cè)限抗壓強度。

3.4 抗壓回彈模量

再生道路基層材料抗壓回彈模量如圖4所示。

圖4 再生道路基層材料抗壓回彈模量

從圖4可以看出：

（1）在處理工藝相同的情況下，隨著水泥摻量的增加，再生水穩(wěn)的7 d和28 d抗壓回彈模量均不斷提高。

（2）同齡期且同水泥摻量的情況下，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）較再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）的抗壓回彈模量有所提高；當水泥摻量為5%時，再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）7 d、28 d抗壓回彈模量分別提高7.9%、11.0%；再生水穩(wěn)（其再生集料為工廠加工）其水泥摻量為5%時的7 d和28 d抗壓回彈模量，與水泥摻量為6%的再生水穩(wěn)（其再生集料為實驗室加工）抗壓回彈模量相當。因此，實際應用中可適當提高再生水穩(wěn)中的水泥用量來彌補再生集料自身壓碎值較大造成的再生水穩(wěn)力學性能、路用性能較低的缺陷。

4 結(jié) 語

（1）實驗室加工的再生集料品質(zhì)劣于工廠加工的再生集料，其壓碎值比后者高約10%；前者再生細集料中細粉較多，吸水率比后者高約9%。

（2）再生水穩(wěn)最佳含水率與再生集料吸水率有關，實驗室加工的再生集料制備的再生水穩(wěn)最佳含水率比其再生級配集料吸水率高約1%，工廠加工的再生集料制備的再生水穩(wěn)最佳含水率比其再生級配集料吸水率高約5%。

（3）為保證相近的力學性能、路用性能，用實驗室加工的再生集料制備再生水穩(wěn)時，應比用工廠加工的再生集料制備的再生水穩(wěn)提高約1%～2%的水泥用量。