水泥稳定回收集料作基层的路用性能研究

李斯祺，彭 育，陈家全

（重庆建工集团新型建材有限公司重庆401122）

水泥稳定回收集料作基层的路用性能研究

李斯祺，彭 育，陈家全

（重庆建工集团新型建材有限公司重庆401122）

废料再生技术由于其快速、经济、环保、节约资源等优点得到广泛的研究利用。废弃道路材料的再生利用，不仅能变废为宝，而且还能缓解道路改建对环境造成的不利影响，同时降低工程造价，具有良好的社会效益和经济效益。

水泥稳定；道路基层；回收集料；振动压实

1 引言

近年来，由于交通量不断增长，轴载显著增加，给道路带来明显损坏。我国的公路基础设施已由以建设为主的建设高峰期，转为建设、养护并重高峰期。我国已建成的高级和次高级道路中，按照道路的设计寿命和实际使用情况，每年大约有12%左右的道路需要翻修，这其中大量旧路改造需要采用铣刨旧路基层，然后加铺新结构层和新面层的措施。仅仅路面材料的废弃量每年就超过220万t。若使用水泥稳定碎石道路基层结构材料的再生利用技术，能够节约大量的砂石材料，节省工程投资，有利于处治废料，节约能源，保护环境[1]。

2 研究方法和研究内容

本文主要是从回收集料性能、振动成型方法、力学性能等三个方面对水泥稳定回收集料基层进行研究。对水泥稳定回收集料基层力学性能研究包括以下四个方面：

（1）不同龄期的无侧限抗压强度试验；

（2）不同级配的无侧限抗压强度试验；

（3）不同水泥掺量的无侧限抗压强度试验；

（4）不同新旧料比的无侧限抗压强度试验。

创新性探讨：

本文拟对局部或连续破坏的水泥稳定碎石基层进行铣刨、筛分，充分利用其中的旧集料，再根据级配要求添加水泥、水和新集料，对其进行就地再生利用，以达到节约能源，保护环境，降低工程成本的目的。

另外，此次实验提供了水泥稳定碎石再生利用的方法，试图分析解决由于回收集料的来源不一，材料的各种性能差异较大的问题，分析回收集料作道路基层材料利用的可行性。

3 水泥稳定回收集料材料性能分析

旧路的水泥稳定碎石基层废料最初从道路基层铣刨时，少部分原碎石集料表面黏附石屑和水泥，即水泥砂浆包裹，再生利用时集料与水泥的黏结强度同新集料与水泥的黏结强度会有所不同。

（1）回收集料表面包裹了水泥砂浆以后，在成型时由于外力作用，砂浆脱落，其比表面积增大，对水泥的吸附力也会增强，混合料内部黏结力加大。

（2）一些大粒径的粗集料在铣刨时会破碎，产生新的断面，使颗粒表面更加粗糙，也使铣刨下来的旧基层材料的级配会发生改变。

这些废旧集料对水泥稳定碎石结构强度及稳定性的影响都是与使用新材料作水泥稳定碎石结构不同的[1]。

4 水泥稳定回收集料配合比设计及力学性能测试分析

表1 设计级配

4.1 配合比选取

实验级配分为4组，分别为骨架级配A、骨架级配B、悬浮级配A、悬浮级配B。每组级配做6个平行实验。分别测7天、28天强度。

表2 级配类型说明

旧料中基层∶面层=7∶3，将集料筛分成各档，配料时按选定级配每档配料，新料选择石屑。

4.2 集料性能试验及水泥原料试验

4.2.1 集料性能实验

本实验过程中所使用的细集料为重庆石灰岩。其基本性质如下：

（1）新集料性质

表3 新料粗集料的基本性质

表4 细料的基本性质

（2）回收集料性质

4.2.2 水泥原材料试验

水泥在混合料中起到至关重要的作用。通常普通水泥的标号越高，其综合技术性能越好，价格也就越高。从经济及推广应用角度考虑，本课题研究所用水泥为重庆地维水泥厂生产的32.5级复合硅酸盐水泥，使用之前对其主要技术指标进行了复测，均满足规范要求，试验结果见表6。

表5 回收粗集料的基本性质

表6 水泥性能指标

通过检测水泥性能指标，得出水泥的性能指标满足质量要求可以使用。

4.3 击实成型方法研究

4.3.1 试验方法和最佳含水量

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-2009无机结合料稳定土的击实试验方法”的甲法进行。试验结果如下(图1、表7）：

图1 重型击实干密度-含水量图

表7 水泥稳定回收集料击实结果

4.3.2 最大干密度与最佳含水量的确定方法

干密度—含水量试验结果：

图2 振动击实干密度-含水量图

表8 水泥稳定回收集料振动压实结果

4.3.3 不同成型方法最佳含水量与最大干密度对比

不同成型方法最佳含水量与最大干密度对比数据如下：

图3 骨架级配B振动成型和击实成型对比图

由相关资料可知，水泥掺量对最佳含水率和最大干密度的影响不大。悬浮级配在3.5%和4.5%水泥掺量下，水泥掺量对最大干密度和最佳含水量的影响较小。所以用3.5%水泥掺量的最佳含水量复核4.5%水泥掺量下的最佳含水量。

试验结果分析：

（1）击实试验方法对回收集料级配有很大影响，使回收集料不同程度地产生了破碎，这使水泥稳定回收集料基层内部产生了缺陷，造成无侧限抗压强度变异性大，材料性能不稳定。

（2）相同水泥剂量条件下，振动压实成型法的最大干密度显著大于击实成型法的最大干密度，而最佳含水量比较接近。两者密度不同说明振动压实成型的试件更密实，压实度更好，所以说振动压实成型方法优于击实成型方法。

4.5 无侧限抗压强度试验

4.5.1 试验方法

抗压强度的测定按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》“无机结合料稳定土的无侧限抗压强度试验方法”进行。试件规格为直径150mm、高150mm。

试验结果：

表9 无侧限抗压强度数据

图4 无侧限抗压强度对比图

（1）各级配的水泥稳定回收集料7天无侧限抗压强度和偏差系数均满足基层设计要求，根据强度的不同可以分别应用于各种等级道路基层或底基层。

（2）无侧限抗压强度随龄期的变化有以下规律：不同水泥掺量的水泥稳定碎石混合料的强度均随龄期的增加而增长，增长的趋势基本上一致。

（3）两种级配的强度大小不同，差异主要表现为压实度不同、级配不同、水泥掺量不同。

（4）由悬浮级配A和悬浮级配B可以看出，增加水泥用量，相同龄期下，强度明显增加。

（5）由骨架级配A和骨架级配B可以看出，减少回收集料用量，增加新料比例，相同龄期下，新料含量多者强度大。说明回收集料比例增大，强度有减少趋势。实验结果与Ashley Vannoy Brown研究结果有相同趋势。A.V Brown研究得出对掺0%回收集料相比，增加回收集料比例到25%、50%、75%、100%会分别导致减少UCS值10%、23%、35%和51%[4]。

5 小结：综合对比分析

水泥稳定回收集料在受力下发生破坏，破裂面是一个曲面，在破裂面很少看到被损坏的粗集料，破裂面基本上都是在粗集料和粗集料之间发生的；由于在混合料中细集料起到填充粗集料的空隙包裹集料表面的作用，回收细集料本身比碎石细集料与水泥浆的接触界面厚，原因有两个：一是回收细集料表面凹凸不平，回收细集料比表面积大，增加了混合料本身的摩阻力；二是界面的影响，不同粒径集料表面裹附的水泥浆不一样，使不同集料的模量相差很大，由于水泥水化、温度变化、荷载作用导致两者变形不一致，产生界面裂缝，成为半刚性基层的薄弱部分。由于回收集料的亲水性强，很快被水湿润，回收集料表面的许多裂缝会吸入新的水泥颗粒，使接触区的水化更加完全，形成致密的界面结构，这样界面结合得到了加强[8]。

振动成型与击实成型对比，在相同水泥剂量和相同龄期条件下，振动压实成型全部回收集料的力学指标高于相同水泥剂量下击实成型的回收集料。一方面因为击实过程中，回收集料被击碎，使集料本身产生了缺陷而振动压实成型却没有使回收集料产生缺陷；另一方面振动压实成型是通过振动压实使材料颗粒由静止的初始状态转变为运动状态，由于材料中水分的离析作用，颗粒间的摩擦阻力大为下降，对加速颗粒运动更为有利，使颗粒分布更均匀更紧凑，这保证了回收集料的均匀性和骨架构造，由此对回收集料基层而言振动压实成型更适用[9]。

[1]刘晓娜.道路基层水泥稳定碎石结构材料的再生利用[D].成都理工大学,2007,6∶1-2,5-10,14-16,21-23,25-26,30.

[2]JTJ057-2009,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].

[3]天津东正测控技术发展有限公.DZ—08型振动压实仪说明书[Z].1-5.

[4]Ashley Vannoy Brown.CEMENT STABILIZATION OF AGGREGATE BASE MATERIAL BLENDED WITH RECLAIMED ASPHALT PAVEMENT[M].Brigham Young University.

[5]2000,公路路面基层施工技术规范[S].

[6]JTG E42 2005，公路工程集料试验规程[S].

[7]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[8]侯景鹏,史巍,宋玉普.再生混凝土技术的研究开发与应用推广[J].建筑技术,2002,33(l)∶15-17.

[9]张立明.水泥稳定再生水泥混凝土集料基层性能研究[D].哈尔滨工业大学,2006,6∶2-3,6,15-16,18,20,28.

混凝土工、木工安全知识

1、混凝土浇水养护时应注意楼面的障碍物和孔洞，拉移浇水用的皮管时，不得倒退行走，以防从孔洞内坠落。2、楼梯混凝土强度达到设计强度等级标准值的70%时，方可拆除底板模板。3、模板安装过程中不得间歇，柱头、搭头、立柱顶撑、拉杆等必须安装牢固成整体后，作业人员才允许离开。4、模板拆除的顺序和方法：应按照“先支后拆、后支先拆”的顺序。先拆非承重模板，后拆承重的模板及支撑。5、拆除由小钢模板支撑的顶板模板时，严禁将支柱全部拆除后，一次性拉拽拆除。已拆得活动的模板，必须一次连续拆除完后方可停歇。6、钢模板宜在安装前涂刷适宜的隔离剂，不得在钢筋安装后涂刷，以免污染钢筋和混凝土。（摘自：《建筑工人》）

Performance Studies on Cement Stable and Recycle Aggregate as Road Bases

Technology to renew waste has been studied and used widely because of its advantages including rapidity,economy,environment-protection and resource conservation.Recycling of road wastes enjoys both good social and economic benefits.It will not only turn the wastes into treasure,but also reduce project costs and the adverse effects on the environment.

cement stabilized;road base course;recycled aggregate;vibration compaction

TU52

A

1671-9107（2011）10-0039-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.10.039

2011-05-23

李斯祺(1957-)，男，工程师，重庆建工集团新型建材有限公司总工，长期从事商品混凝土生产、设备、技术、质量管理工作。

彭育(1986-)，男，主要从事商品混凝土技术管理工作。

陈家全(1974-)，男，高工，长期从事商品混凝土生产、技术、质量管理工作，专注新型保温建筑材料的研发和应用。