水泥稳定混合骨料再生料路用性能分析

郑明博，刘海涛，吴泽玉，白新理，李长春，牛亚宁

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

0 前 言

郑州市目前是一个快速发展中的城市，城中村的拆迁以及城市的扩建都会产生大量的建筑垃圾，而河南省建筑垃圾的主要处理方式是建筑废弃物经简单的处理后，不加分类的填埋、随意遗弃等。2015年7月10日，《河南省人民政府关于加强城市建筑垃圾管理促进资源化利用的意见》(豫政[2015]39号)出台，对进一步加强城市建筑垃圾管理，促进建筑垃圾资源化利用和产业化发展，有效解决建筑垃圾围城和环境污染等问题做了规定。

目前国内很多人对混凝土建筑垃圾在道路基层中的使用进行了研究。王瑜等[1]认为随着建筑垃圾掺量的增加，水泥稳定建筑垃圾的7 d抗压强度、28 d劈裂强度降低，随着建筑垃圾掺量的增加，水泥稳定建筑垃圾的 28 d干缩系数增大。赵洪键[2]认为：骨架密实级配再生水稳碎石的抗压强度显著高于悬浮密实级配，劈裂强度较接近。

本文主要针对道路工程中的基层，目的在于研究出相应的再生混合料骨架密实结构作为基层铺筑，为扩大再生料的应用提供一条可循之路。

1 结构级配设计与分析

根据道路基层材料中粗集料和细集料的分布状态，可以将基层材料的结构划分为骨架密实结构、骨架空隙结构、悬浮密实结构三种类型。

骨架密实结构：粗集料形成相互嵌挤的骨架，细集料以充分密实的状态充实填充到骨架间的空隙里。

骨架孔隙结构：粗集料形成相互嵌挤的骨架，骨架间的空隙部分被细集料所填充，并留有一定的空隙。

悬浮密实结构：粗集料没有形成相互嵌挤的骨架，只是分散地分布在密实的细集料当中。

从物理概念上讲，悬浮密实、骨架密实、骨架空隙三种结构的形成，取决于粗集料的空隙体积与细集料的压密体积的相对关系。

李爽总结了国内部分研究的试验结果，其中再生料的表观密度为220～2 800kg/m3、吸水率3%～10%，与天然碎石相比，其范围略大，结果离散性较大。这两项指标基本上能反映再生料的优劣性，为了能够在道路基层中应用再生料，本文参考骨架密实型结构级配设计原则，来增强再生料在道路工程中的可靠性。本次试验所采用的集料为50%的天然碎石与50%混凝土再生料混合后的天然再生混合料。

《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)[3]推荐的骨架密实型水泥稳定类集料级配范围如表1所示。

表1 骨架密实型水泥稳定类集料级配

依据骨架密实型结构的原则共设计出三种不同的级配，分别为3#(主要集中在规范上限值)、2#(规范中值)、1#(规范下限值)，表2为设计的三种级配其中颗粒级配表示通过筛孔的质量百分率。

表2 设计的三种级配

按照规程《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE 51—2009)中《无机结合料稳定材料养生试验方法》(T0845—2009)标准养生方法进行7d的标准养护，针对不同的颗粒级配制作9个试件，探讨骨架密实型水泥稳定类再生料级配其路用性能。根据河南省工程建筑标准《城镇道路建筑垃圾再生集料路面基层施工技术规范》(DB J41/T166—2016)[4]，基层水泥参量选取为6%，水泥强度等级为P·O42.5级普通硅酸盐水泥。

2 试验结果分析

按照规范《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51—2009)[5]中《无机结合料稳定材料养生试验方法》(T0843—2009)规定成型1∶1的圆柱试件，试模的直径×高=150×150(mm)，集料的筛分、准备、入模、制作、养护均复合规范要求。

2.1 试验数据分析

各级配混凝土再生料与天然碎石混合料的7 d无侧限抗压试验共做了共27个试块，其中S1～S9为各级配的试块编号。表3为1#、2#、3#级配试验结果。通过数据分析整理得1#级配的7 d无侧限抗压强度为5.089 MPa，2#极配为6.122 MPa，3#级配为4.974 MPa。

表3 三种级配7 d无侧限抗压试验数据

2.2 数据对比分析

7 d无侧限抗压试验主要针对再生混合料的路用性能进行分析，从混合料的实测抗压强度是否符合基层或底基层的抗压强度标准。为了对三种级配进行详细的对比分析同时证明骨架密实型水泥稳定类再生料级配其路用性能，进行各级配抗压强度对比分析见图1。

图1 各级配抗压强度对比分析

通过图1能够发现，当天然碎石中掺入混凝土再生料后，抗压强度离散性较大，各数据之间没并没有明显的规律，通过对比三种级配的数值差异后，发现2#在三种级配中的最有代表性，同时其数值在三种级配中也是抗压性能最强的一组，其抗压强度值符合重交通所包含的所有公路等级以及极重、特重交通的部分公路等级要求。

3 结 语

本试验所采用的50%的天然碎石与50%混凝土再生料混合后的天然再生混合料共设计了三种不同的骨架密实型结构级配，三种级配中2#最终数值满足重交通中对基层的抗压强度值，其路用性能最强。通过试验发现，在天然集料中掺入一定比例的混凝土再生料后其混合料的性能仍然满足道路工程中对集料的要求，初步证实在道路中工程中应用再生料的可行性。由于不同地区所产生的混凝土再生料的性能有较大差异，在实际工程中的应用需针对所选取再生料的技术特性进行考证。