全再生水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配控制研究

摘要：研究通過(guò)對(duì)配制的多份混合料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，獲得配制混合料級(jí)配的變異標(biāo)準(zhǔn)差，在以目標(biāo)級(jí)配為中值的基礎(chǔ)上加上或減去變異標(biāo)準(zhǔn)差，作為確定級(jí)配控制的上限和下限，比較多份混合料配制級(jí)配與擊實(shí)成型后級(jí)配的變化，獲得廢棄混凝土再生集料在拌和、運(yùn)輸、成型過(guò)程中級(jí)配變化的規(guī)律，通過(guò)對(duì)目標(biāo)合成比例的調(diào)整，降低再生集料在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的級(jí)配變異對(duì)混合料礦料成型級(jí)配的影響，達(dá)到全再生混合料礦料級(jí)配優(yōu)化的目的。

關(guān)鍵詞：廢棄混凝土再生集料分級(jí)級(jí)配設(shè)計(jì)級(jí)配優(yōu)化

ResearchonGradationControlofFullyRecycledCementStabilizedCrushedStoneMixture

YANGYongfu1*SONGWeiwei2CHENDi3JIZhengjun1

1.ShandongTransportationResearchInstitute，Jinan，ShandongProvince，250031China;2.HuanjiBranchofShandongHi-SpeedGroupCo.，Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250000China;3.ShandongLuqiaoGroupCo.Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250014China

Abstract：Byconducting screeningtestsonmultiplemixtures，thevariationstandarddeviationofthegradationofthepreparedmixtureisobtained.Onthebasisoftakingthetargetgradationasthemedian，thevariationstandarddeviationisaddedorsubtractedtodeterminetheupperandlowerlimitsofgradationcontrol.Thechangesingradationafterthecompactionandformingofmultiplemixturesarecomparedtoobtainthelawofintermediategradationchangesofwasteconcreterecycledaggregatesduringmixing，transportation，andforming.Byadjustingthetargetsynthesisratio，theimpactofgradationvariationofrecycledaggregatesontheformationgradationofthemixtureinvariousproductionstagesisreduced，achievingthegoalofoptimizingthegradationoffullyrecycledmixtures.

KeyWords：Wasteconcrete;Recycledconcreteaggregate;Grade;Gradationdesign;Gradationoptimization

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，早期建設(shè)的諸多高速公路已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的交通量需求，急需進(jìn)行道路擴(kuò)容改建[1]。在高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中，由于橋梁技術(shù)狀況與新舊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的變化，許多橋梁、涵洞、服務(wù)區(qū)或收費(fèi)廣場(chǎng)需要拆除重建，產(chǎn)生大量的廢棄混凝土，這部分廢棄混凝土具有母材強(qiáng)度高、雜物含量低的特點(diǎn)，原位填埋處置會(huì)造成嚴(yán)重資源浪費(fèi)，而運(yùn)至固廢資源廠，會(huì)產(chǎn)生大量的運(yùn)輸成本和能耗[2]。近年來(lái)，諸多道路工作者研究將廢棄結(jié)構(gòu)物混凝土進(jìn)行碎石化加工，應(yīng)用于路面基層或底基層水泥穩(wěn)定碎石混合料中，但由于再生集料表面裹附較多水泥漿[3]，在再生水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和、運(yùn)輸、碾壓過(guò)程中，這部分水泥漿在碎石與碎石的碰撞、摩擦及壓路機(jī)的碾壓作用下，破碎成較小顆粒或粉狀顆粒，從而導(dǎo)致混合料礦料級(jí)配的變化，影響混合料級(jí)配嵌擠作用，最終影響混合料力學(xué)性能。研究通過(guò)室內(nèi)反復(fù)擊實(shí)試驗(yàn)，對(duì)比擊實(shí)前后礦料級(jí)配的變化，由此確定擊實(shí)過(guò)程中礦料級(jí)配變化的規(guī)律，利用此規(guī)律調(diào)整初始礦料級(jí)配的設(shè)計(jì)，以使成型后的礦料級(jí)配滿足混合料礦料級(jí)配要求，達(dá)到良好的礦料級(jí)配嵌擠效果。

1再生集料的生產(chǎn)

再生集料的生產(chǎn)主要分為：廢棄混凝土的收集分級(jí)、毛料開(kāi)采、預(yù)處理、破碎、篩分、除雜質(zhì)6個(gè)流程[4]。在廢棄混凝土結(jié)構(gòu)物破拆之前，第一步先對(duì)不同結(jié)構(gòu)物進(jìn)行回彈試驗(yàn)，確定各結(jié)構(gòu)物混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，將其分為3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：≤30MPa、30～50MPa、＞50MPa；第二步按照不同強(qiáng)度進(jìn)行毛料開(kāi)采，開(kāi)采后分級(jí)存放；第三步對(duì)不同分級(jí)的毛料進(jìn)行預(yù)處理，使其滿足破碎工藝的要求，主要包括大體積混凝土塊破碎、鋼筋切割、大件雜質(zhì)的分揀剔除等[5]；第四步，對(duì)預(yù)處理后的混凝土塊進(jìn)行兩級(jí)破碎；第五步，將破碎完成后的再生集料進(jìn)行篩分，分為四檔再生集料：20～30mm、10～20mm、5～10mm0～5mm四檔[6]。再生集料生產(chǎn)加工工藝流程如圖1所示。

2 全再生水穩(wěn)混合料的級(jí)配選擇

研究參照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TE20—201）5中C-B-3的級(jí)配范圍，結(jié)合多條高速公路施工經(jīng)驗(yàn)，考慮礦料級(jí)配的嵌擠作用與粗細(xì)集料離析風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其級(jí)配范圍進(jìn)行相應(yīng)修正，尤其將關(guān)鍵篩孔4.75mm的通過(guò)率范圍由原來(lái)的22%～32%優(yōu)化為26%～36%，增加4.75mm以下集料用量，減小混合料粗細(xì)集料的離析。全再生水穩(wěn)混合料礦料級(jí)配范圍如表1所示。

3全再生水穩(wěn)混合料礦料級(jí)配優(yōu)化

3.1再生集料級(jí)配

研究采用C30-C50強(qiáng)度混凝土再生集料，采用水洗篩分方法對(duì)廢棄混凝土結(jié)構(gòu)物再生的四檔集料進(jìn)行級(jí)配試驗(yàn)，各檔再生集料級(jí)配如表2所示。

3.2全再生水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配優(yōu)化

3.2.1目標(biāo)礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

按照優(yōu)化確定的級(jí)配范圍進(jìn)行合成礦料級(jí)配設(shè)計(jì)，所得到的各檔集料質(zhì)量比與合成礦料級(jí)配如表3和表4所示。

按照1級(jí)全再生目標(biāo)合成比例配制10份混合料，并對(duì)配制后的混合料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，計(jì)算1級(jí)配制礦料級(jí)配的算數(shù)平均值（1級(jí)配制級(jí)配）和各篩孔通過(guò)率的標(biāo)準(zhǔn)差，由1級(jí)目標(biāo)合成礦料級(jí)配各篩孔通過(guò)率加上或減去篩分試驗(yàn)所得的各篩孔通過(guò)率標(biāo)準(zhǔn)差的2倍獲得混合料礦料級(jí)配控制的上限和下限，以此作為混合料成型礦料級(jí)配范圍的上限和下限，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

3.2.21級(jí)成型礦料級(jí)配

將10份篩分后的1級(jí)配制混合料分別重新混合后，按照水泥劑量4%，含水量分別為3%、4%、5%、6%、7%進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)完成后，立即進(jìn)行脫模，水洗篩分，過(guò)0.075mm篩，收集>0.075mm集料和<0.075mm粉料，分別烘干、篩分，其中<0.075mm部分減去摻入水泥的質(zhì)量后加入>0.075mm集料部分，共同參與計(jì)算1級(jí)成型礦料級(jí)配通過(guò)率，并計(jì)算1級(jí)成型礦料級(jí)配各篩孔通過(guò)率平均值與其同1級(jí)配制礦料級(jí)配平均值的偏差，以此確定擊實(shí)過(guò)程中混合料礦料級(jí)配的變化規(guī)律。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

由表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，再生集料混合料級(jí)配變化主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm篩孔處，且整體變異相對(duì)較小，由此可以看出，采用不小于C30混凝土再生集料生產(chǎn)水穩(wěn)混合料過(guò)程中礦料級(jí)配變異相對(duì)較小。

3.2.32級(jí)成型礦料級(jí)配

由1級(jí)成型混合料礦料級(jí)配數(shù)據(jù)看出部分篩孔通過(guò)率超出混合料控制級(jí)配的上限，根據(jù)1級(jí)成型礦料級(jí)配與1級(jí)配制礦料級(jí)配的偏差，對(duì)1級(jí)目標(biāo)合成比例進(jìn)行調(diào)整，獲得2級(jí)目標(biāo)合成比例及2級(jí)目標(biāo)合成礦料級(jí)配，如表7、表8所示。

按照2級(jí)目標(biāo)合成比例配制10份混合料，配制后再進(jìn)行水洗篩分，獲得2級(jí)配制礦料級(jí)配，對(duì)2級(jí)配制礦料級(jí)配采用與1級(jí)配制礦料級(jí)配相同的灰劑量與含水量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)后獲得2級(jí)成型礦料級(jí)配，如表9所示。

比較2級(jí)成型礦料級(jí)配與級(jí)配控制上限和級(jí)配控制下限，2級(jí)成型礦料滿足上下限要求，最終確定2級(jí)目標(biāo)合成比例為最終目標(biāo)合成比例，2級(jí)配制礦料級(jí)配為最終目標(biāo)合成級(jí)配。

全再生礦料級(jí)配優(yōu)化依照以上步驟可以進(jìn)行多循環(huán)優(yōu)化，在2級(jí)成型礦料級(jí)配仍不滿足級(jí)配上下限的要求情況下，可以繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)合成比例的調(diào)整，直至成型級(jí)配滿足級(jí)配控制上限和級(jí)配控制下限的要求為止。礦料級(jí)配優(yōu)化流程見(jiàn)圖2。

4 優(yōu)化級(jí)配混合料性能驗(yàn)證

為驗(yàn)證級(jí)配優(yōu)化效果，分別采用1級(jí)目標(biāo)合成級(jí)配和2級(jí)目標(biāo)合成級(jí)配及其各自的最大干密度和最佳含水量，水泥劑量4%，成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，對(duì)比兩組試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，2級(jí)目標(biāo)合成級(jí)配無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值比1級(jí)目標(biāo)合成級(jí)配無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值提高25.6%。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表10所示。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)廢棄混凝土再生集料在水泥穩(wěn)定碎石混合料的級(jí)配變化研究，確定了如下規(guī)律及解決措施：（1）廢棄混凝土再生集料在混合料的拌和、運(yùn)輸、成型過(guò)程中存在集料級(jí)配的降級(jí)情況；（2）廢棄混凝土再生集料礦料級(jí)配變異主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm這3個(gè)篩孔處；（3）通過(guò)再生集料合成比例的調(diào)整可以有效降低再生集料在成型過(guò)程中級(jí)配的變異對(duì)成品混合料礦料級(jí)配的影響程度。

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