废旧水泥混凝土再生集料在公路工程中的应用探究

刘逢涛 周晓雨

（1.中建路桥集团有限公司，河北 邯郸 056000；2.中路高科（北京）公路技术有限公司，北京 100088；3.公路建设与养护新材料技术应用交通运输行业研发中心，北京 100088）

废弃水泥混凝土材料具有强度高、刚度大的优点，将废弃的水泥混凝土材料再生利用于新建道路垫层中，一方面可以减少处理水泥混凝土垃圾对生态环境的破坏污染，另一方面可以代替筑路原材料中的天然砂石，减少石料开采，保护“金山银山”，将废弃水泥混凝土材料变废为宝。综上所述，对废弃水泥混凝土再生集料用于公路垫层的路用性能开展研究，符合环境保护与可持续发展战略，对于实现废旧资源的可持续利用具有重要意义。

一、旧水泥混凝土再生工艺分析

旧水泥混凝土集料的再生工艺按照机动性可以分为固定式再生设备和移动式再生设备，可根据再生处理现场需要酌情选择。这两种再生工艺的组成部分相同，主要是由鄂式破碎机、振动给料机、振动筛及相应的传输设备组成。

本文采用PE500×700鄂式破碎机将旧水泥混凝土板进行两次破碎处理之后，通过振动给料器进行筛分。粒径4.75mm以下部分可作为再生细集料，4.75mm～9.5mm、9.5mm～31.5mm部分作为再生粗集料，粒径大于31.5mm的旧水泥混凝土需要二次破碎处理。

二、再生材料物理力学性能探究

（一）再生粗集料物理力学性能指标

再生粗集料物理力学性能指标如表1所示。由表可知，再生粗集料除吸水率外，其他物理性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求，究其原因可能是再生粗集料表面包裹着吸水率较高的砂浆；再生粗集料各项力学性能指标均满足规范要求，但其压碎值较大，说明再生粗集料形状较为不规则，且在再生集料的生产过程中部分碎石被再次破碎出现裂纹，在压碎值试验时导致压碎值较大。

表1 再生粗集料物理力学性能指标

（二）再生细集料物理力学性能指标

再生细集料物理力学性能指标如表2所示。由表可知，再生细集料的各项物理力学性能指标满足规范要求，且其坚固性比再生粗集料的坚固性大；再生细集料吸水率是再生粗集料吸水率的2.8倍，说明有相当部分的水泥砂浆存在于再生细集料中；再生细集料棱角性良好，粗糙度较大。

表2 再生细集料物理力学性能指标

三、再生材料混合料性能研究

（一）再生集料配合比选取

结合以往试验研究及工程经验，再生集料级配如表3所示。

表3 再生集料配合比

（二）再生集料抗压强度试验分析

通过重型击实试验分析再生集料的抗压强度。在旋转压实过程中，大粒径的集料很容易被击碎，且填补在空隙中，形成更为紧密的结构；通过旋转可以进一步压实集料结构，较为真实地模拟了路面成型的过程及受到交通荷载的受力状况。分析旋转压实次数与试件强度的关系，得出最大干密度与试件强度的关系如表4和图1～图2所示。

表4 压实次数与最大干密度、试件抗压强度

图1 压实次数与最大干密度的关系

图2 压实次数与试件抗压强度的关系

结果表明：随着旋转压实次数的增加，试件强度和干密度均逐渐提高，但增长率逐渐降低，当旋转压实次数到达80次之后，试件强度和干密度趋于稳定，几乎不再增长。

（三）再生集料在碎石垫层施工过程中的质量控制

碎石垫层具有提高路面承载能力、减少车辙的形成、快速排水等特点。为了满足以上要求，应当严格控制碎石垫层的施工过程，保证其各项指标满足要求。

1.压实度

通过旋转压实试验可知，压实次数与混合料强度有着紧密的联系，必须经过充分压实，才能保证碎石垫层的强度和稳定性。而施工过程中的压实度与碾压工艺、混合料的含水量都有关系。因此，在实际工程中应当严格按照规范要求，既不能压实不足而影响结构层强度，更不能过度压实而影响其排水性能。

2.含水量

含水量对垫层施工过程影响极大，合理的含水量能够快速形成板体结构，避免集料离析，通常从以下两方面控制碎石垫层的含水量：一方面，控制拌和场的含水量，结合天气、气候等条件及时调整混合料的配合比及含水量；另一方面，在摊铺完成后，结合混合料的实际含水量，通过适当补水或自然风干等手段使垫层达到最佳含水率，再开展碾压作业。

3.级配检验

级配是碎石垫层路用性能的基础，保证级配是施工控制的重点。级配控制可以分为两部分：一是搅拌厂出料口的级配检验，二是摊铺完成但未进行碾压的混合料级配检验。

四、结语

废旧水泥混凝土再生集料除吸水率指标不能满足规范要求外，其余各项物理力学性能指标均能满足规范要求。由集料强度试验可知，压实次数与试件的干密度、强度有着直接的联系，但并不是压实次数越多越好，过度压实会将一些大粒径集料压碎，影响集料透水性能。碎石垫层的路用性能状况将直接影响路面性能，因此再生集料在碎石垫层施工过程中应当严格控制级配、含水量和压实度。