建筑垃圾再生混合料在道路基層應(yīng)用研究

陳康康

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)交通與物流工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，產(chǎn)生了大量由建筑物拆除以及舊路面改造產(chǎn)生的建筑垃圾，拆遷產(chǎn)生的建筑垃圾若采用傳統(tǒng)的露天堆放或填埋處理，必將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，與“碳中和、碳達(dá)峰”理念背道而馳。由于低等級(jí)道路基層、底基層在使用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料時(shí)對(duì)其強(qiáng)度要求較低，且隨公路等級(jí)越低以及路面結(jié)構(gòu)層越靠下，所需材料強(qiáng)度越低，因此將建筑垃圾再生骨料用于半剛性基層是當(dāng)前建筑垃圾資源化的一種有效途徑。

1 原材料指標(biāo)

聚丙烯纖維是以丙烯聚合得到的等規(guī)聚丙烯為原料紡織而成的合成纖維，目前廣泛用于土木工程、水利工程及公路工程行業(yè)中，聚丙烯化學(xué)式為CH3-CH=CH，抗酸堿性高，導(dǎo)熱性低，抗低溫性強(qiáng)，無(wú)吸水性，安全無(wú)毒，密度0.91g/cm3，抗拉強(qiáng)度745MPa，單絲直徑20 μm，極限延伸率20%，彈性模量7.2GPa，熔點(diǎn)166℃，能均勻分散于混合料中，形成一種亂向支撐體系，能阻止混合料裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，本研究所用束狀單絲聚丙烯纖維長(zhǎng)度為9mm。

2 試驗(yàn)方案

分別以3%、4%、5%和6%的水泥劑量對(duì)建筑垃圾再生混合料進(jìn)行穩(wěn)定，根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）采用振動(dòng)擊實(shí)法測(cè)得混合料的最佳含水率和最大干密度，根據(jù)所確定的最大干密度和最佳含水率按照靜壓成型法成型φ150mm×150mm 的圓柱體試件，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d 和90d，對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗凍性均采用圓柱體試件，再根據(jù)力學(xué)性能選擇水泥劑量，采用體積摻量法添加0.06%、0.08%和0.1%的聚丙烯纖維，為了防止纖維結(jié)團(tuán)，采用干拌法打散混合加入，以改善混合料的抗裂性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 擊實(shí)特性

采用振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)方法測(cè)得水泥穩(wěn)定建筑垃圾混合料的最大干密度和最佳含水率。水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料具有同水泥穩(wěn)定碎石一致的變化規(guī)律，隨水泥劑量增大，最大干密度和最佳含水率均線性增大，水泥劑量每提高1%，最大干密度約增大0.011g/cm3，最佳含水率約增大0.1%。原因是隨著水泥劑量的提高，混合料中水泥漿含量增加，增強(qiáng)了骨料之間的潤(rùn)滑性，同時(shí)填充混合料內(nèi)部孔隙，增加了混合料的密實(shí)度，水泥具有較強(qiáng)的吸水性，整體增加了混合料的吸水率。

3.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

混合料的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示不同齡期抗壓強(qiáng)度均隨水泥劑量增加而線性增大，7d齡期時(shí)，抗壓強(qiáng)度為4.6～6.6MPa，能夠較好滿足二級(jí)及二級(jí)以下公路不同交通量對(duì)基層強(qiáng)度大于2.0MPa 的要求，可見(jiàn)廢棄混凝土類建筑垃圾再生粗骨料有非常高的工程應(yīng)用價(jià)值?；旌狭系目箟簭?qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)而增大，前期增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)緩慢，7d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到90d 抗壓強(qiáng)度的58.4%～64.8%，28d 抗壓強(qiáng)度達(dá)到90d抗壓強(qiáng)度的85.1%～96.8%，基本在前28d 形成強(qiáng)度，主要是因?yàn)樗嘣谇捌谒磻?yīng)劇烈，產(chǎn)生的膠凝物質(zhì)猛烈增多，促進(jìn)了骨料之間的粘結(jié)，大幅提高了混合料的抗壓強(qiáng)度，28d 后未水化的水泥已經(jīng)很少了，致使在28d～90d 養(yǎng)護(hù)期間，混合料的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)不大。

3.3 劈裂強(qiáng)度

道路基層不僅是道路的主要承重層，同時(shí)也要承受一定的拉應(yīng)力，基層材料抗拉性能越強(qiáng)，有利于抵抗行車荷載作用下基層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力，越不容易產(chǎn)生反射裂縫，有益于延長(zhǎng)道路使用壽命。而劈裂強(qiáng)度表征混合料的抗拉性能，劈裂強(qiáng)度結(jié)果顯示不同齡期劈裂強(qiáng)度均隨水泥劑量增加而線性增大，同時(shí)隨齡期增長(zhǎng)而增大，具有同抗壓強(qiáng)度一致的規(guī)律，基本在前28d 形成強(qiáng)度，7d 劈裂強(qiáng)度達(dá)到90d 劈裂強(qiáng)度的58.4%～64.8%，28d 劈裂強(qiáng)度達(dá)到90d 劈裂強(qiáng)度的85.1%～96.8%，主要是因?yàn)橥箟簭?qiáng)度一致。

3.4 抗凍性

抗壓強(qiáng)度殘留比隨水泥劑量增加而增大，質(zhì)量損失率隨水泥劑量增加而減小，其中低水泥劑量時(shí)變化更顯著，水泥劑量3%提高至4%，抗壓強(qiáng)度殘留比增大1.02%，質(zhì)量損失率減小0.15%，水泥劑量4%提高至5%，抗壓強(qiáng)度殘留比增大0.36%，質(zhì)量損失率減小0.05%，而水泥劑量由5%提高至6%，對(duì)抗壓強(qiáng)度殘留比和質(zhì)量損失率幾乎沒(méi)影響。主要原因是低水泥劑量水化反應(yīng)產(chǎn)生的膠凝物質(zhì)含量較少，存在局部區(qū)域膠結(jié)作用較弱，導(dǎo)致混合料內(nèi)部變異性增強(qiáng)，存在的薄弱界面較多，易受到凍脹壓力破壞。而當(dāng)水泥劑量增加后，產(chǎn)生更多膠凝物質(zhì)，大幅改善薄弱界面區(qū)域，強(qiáng)烈的膠結(jié)作用增強(qiáng)混合料的整體性，而當(dāng)水泥劑量繼續(xù)增加，水泥漿含量基本飽和，極少在由于膠結(jié)作用導(dǎo)致的薄弱界面區(qū)，凍脹壓力不足以破壞混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料進(jìn)行力學(xué)性能、抗凍性和抗裂性能改善的試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論：

（1）廢棄混凝土類建筑垃圾再生粗骨料各項(xiàng)指標(biāo)均符合二級(jí)及二級(jí)以下公路基層原材料技術(shù)要求，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用；

（2）水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料具有同水泥穩(wěn)定碎石相似的路用性能變化規(guī)律，在4%水泥劑量，建筑垃圾摻量69%配比下的力學(xué)性能和抗凍性良好，可適用于不同交通量等級(jí)的二級(jí)及二級(jí)以下公路基層；

（3）聚丙烯纖維對(duì)抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均有顯著提高作用，最優(yōu)摻量為0.08%。