再生混凝土集料用于水泥稳定碎石的研究分析

孙科 朱若溪

(中公诚科(吉林)工程咨询有限公司，吉林 长春 130117)

近年来，水泥稳定碎石基层在高速公路底基层以及基层半刚性路面结构中逐渐被推广应用，然而现代化发展背景下，我国人口经济水平在不断的增长，这一时期有车一族越来越多，因此交通量、载重量正在逐渐增大中，路表设计中完弯沉值的减小，使得需求也就越来越高。部分建设单位为了节约工程造价，使用了质量较差的材料，导致半刚性基层普遍存在水泥稳定碎石强度较高的问题，会影响基层以及整个路面的路面结构，造成路面开裂以及早期水损坏的问题。除此之外，部分施工单位为了满足施工需求，在混凝料中会加大细集料的使用率，0.07mm以下的细集料含量增多，造成水泥稳定碎石收缩率增大，导致收缩裂缝的产生，影响着公路的建设质量。

1 国内外研究情况综述

半刚性基层是现阶段我国公路应用的重要基层机构形式，半刚性基层材料主要氛围粉煤灰和石灰共同构成的二灰稳定碎石、水泥稳定碎石，应用水泥稳定碎石具有高强度以及刚度的特征，整体结构稳定，具有较强的耐久性能以及干温缩功能，在保持施工稳定性上有重要的促进意义。再生混凝土集料在水泥稳定中的应用，在国内外都有所研究。20世纪后半叶国内外学者就已经实施对废旧水泥混凝土再生集料的运用，20世纪80年代，美国洲际高速公路建设的过程中，逐步应用了混凝土再生集料，根据实践研究显示，再生集料中砂浆的含量会对材料的收缩系数产生一定的影响，大部分水泥混凝土再生集料可以保障良好的路面性能，但是从实际情况来看，这类路面损坏的时间也较短。根据澳大利亚研究人员的研究实现发现，破碎康爷轻度为15～75Mpa的旧混凝土，将其重新组合成满足基层材料要求的级配，只有生产出的混凝与再生集料符合质量要求，就可以将其应用在基层或者底基层之中。从国内研究现状来看，国内学者对水泥稳定再生集料的成分展开综合化的分析，根据具体的分析结果可知，已水化的水泥含水量测定的过程中，会使其结晶水收到加热而蒸发，因此需要更改水泥的最佳含水量。根据现阶段的研究情况调研，水泥混凝土再生集料的路面应用性能较强，经过相关工艺控制，能够被广泛的应用在高级路面基层之中。而刚性水泥混凝土面板与沥青路面存在一定的差异，无法通过罩面的方式对路用功能进改善，因此只能借助基层以及混凝土路面综合处置的形式进行改善。

2 再生混凝土集料

集料对水泥稳定碎石承重有着重要的推动性作用，粗集料是承重的主要主体，细集料是起到一定的填充作用，保持集料受力骨架的稳定性，各种粒级集料搭配，会造成水泥稳定碎石强度受到一定的影响，并且导致水泥稳定碎石，基层干缩性能也产生着一定的变化。基于此，针对水泥稳定碎石开裂进行防治，是水泥稳定碎石基层设计以及施工的重点内容，是相关单位在建设过程中，需要着重关注的重点工作目标。除此之外，道路的建设会造成大量混凝土废弃的情况，在水泥稳定碎石之中，可以将废弃的混凝土进行再次利用。然而再生混凝土集料的吸水率较大，并且存在外形特殊、物理力学性能不够均匀的问题，因此水泥稳定碎石设计以及施工过程中，又面临着许多问题。基于此，需要在传统级配理论以及设计的过程之中，针对水泥稳定碎石中，集料级配进行具体优化。本文从再生混凝土集料的特点出发，针对再生混凝土集料的用法以及具体用量进行了分析，并且对于再生混凝土集料对水泥稳定碎石强度增强等方面，进行了综合化的试验研究，希望能够为相关工作者提供一些建议，进一步促进该项工作有效性的提升。

3 再生混凝土集料水泥稳定碎石实践研究

3.1 试验方法

3.1.1 原材料

可以使用粒级在19～9.6mm、9.6～4.85mm、4.85～2.56mm或者小于2.56mm的四种粒子的辉绿岩，其压碎值在9%左右。水泥使用P·O级硅酸盐水泥，其物理性能为：初凝时间在220/min，中凝时间在380/min；抗压强度为：3d的抗压强度为27、抗折强度为3，28d的抗压强度为48，抗折强度为9.再生混凝土集料，需要保持在30%之内的压碎值；针片状需要控制在10%内；含泥量需要不超过2.3%的再生混凝土集料。

3.1.2 实验方法

使用重型击实法，对再生混凝土进行成型制作，尺寸为4cm的圆柱体试件脱模之后，需要在第一时间使用塑料膜进行覆盖，并将其放置到湿度高于98%、温度在25℃左右的养护室内，进行保温保湿。等到将其养护到规定的时间之后（一般为6d），在水中浸泡1d左右，对其7d无测限抗压强度进行测量，并对同批次的试件耐久性能进行具体测量。

3.2 再生混凝土集料对水泥碎石稳定产生的影响

3.2.1 集料粒级组成的影响

根据相关研究分析，颗粒集配的不同，对混合料物理状态的影响，也存在一定的显著差异。首先，混合量中存在少量或者根本没有细集料时，细集料之间的接触面积并不是很大。针对再生混凝土材料而言，其外形缺乏一定的规格性，集料之间都是进行点接触，尤其是集料尖，很容易受到应力问题的影响，出现断折的现象。与此同时，水泥浆对稳定碎石并且提高其强度发挥的作用是十分有限的。第二，在混凝混合料中存在部分细集料时。细集料能够将颗粒中的空隙进行很好的填充。受到水泥浆交结的影响，混合料在压实之后，会出现网状的承载体系，在较少水泥用量下，强度也能够得到一定提升。最后，混合料中细集料含量过多时，粗集料之间接触以及嵌挤的作用受到了一定的影响，故而一般漂浮在细集料之上。混合料颗粒较表面积相对来说，出现了一定增加的现象，水泥用量也在不断提升，造成水泥稳定碎石开裂风险的问题。从上述研究分析可以发现，混凝料组成设计时，可以需要根据按嵌挤压原理，对各级用量以及具体方法进行确定。

首先，需要对粗集料的用量进行合理调控，然后根据粗集料的空隙，使用次一级颗粒进行填充，其他的空隙再增加再次一级的颗粒进行填充，这样能够有效增加嵌挤以及填充的集料，从理论上来说，对摩擦力凝聚力以及密实度提升有重要的促进作用，是一种规格较好的混合量。根据相关分析表示，使用三＃天然集料为19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm时，密度为1433.5kg/m级配料，组成的密度最大。因此可以认为，使用这种配料可以制定出具有一定稳定性能，并且强度较大的水泥稳定碎石，使用这种材料进行集配，集料中天然材料和再生混凝土集料比例为50∶50时，水泥稳定碎石强度能够得到有效增加，水泥稳定碎石中再生混凝土集料的添加，只有当水泥产量达到7%以上时，无限侧抗压强度才能够高于5Mpa以上。根据相关规范，水泥用量需要保持在6%以下，由此可见，无系材料配置的水泥稳定碎石7d内无侧限抗压强度较低。

3.2.2 细集料的影响

想要对细节料用量对水泥稳定碎石强度影响进行测试，可以根据图一中的3＃集配组成的基础上，插入在2.5mm以下的细集料，根据2.5mm以下细集料添加的组成以及密实度调查发现，根据不同级配得到的水泥用量，7d无侧限抗压强度也存在一定差距，粒径为2.5mm以下的细集料，对水泥稳定碎石强度产生着巨大的影响，2.5mm以下细集料用量在20%左右时，水泥稳定碎石强度最高。细集料如果超过了这个强度之后，水泥稳定碎石强度就会出现下降，这是细集料用量较大，导致集料比表面积增多，导致水泥稳定碎石整体强度受到一定影响的现象。基于下图进行具体分析，可以看出细集料最佳用量为20%，如表1所示。

表1 天然集料组成及其密度

3.2.3 再生混凝土集料掺量

根据对相关3＃19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm时，密度为1433.5kg/m级配料集料配比的应用，将再生混凝土集料应用在试验的过程中，取代天然材料进行试验，根据试验结果发现，水泥用量保持一定时，水泥稳定碎石七天内无测压抗压强度，会根据再生混凝土集料用量的增加，出现下降的趋势，呈现反比例关系。再生混凝土集料用量保持一定时，强度会随着水泥用量的提升而产生提升，这是因为再生混凝土集料表面，存在一定的沙浆以及粉尘，导致水泥稳定碎石混合料界面粘连的情况出现下降，导致整体抗压强度减弱。总体而言，在对水泥稳定碎石进行研究的时候应该合理控制再生混凝土集料掺量，在实际工作中应用再生混凝土集料时应该事前结合建设需要进行配比实验测试，掌握用量和强度之间的内在联系，进而有效提高水泥稳定碎石混合料粘度，真正为提高抗压性保驾护航。

3.2.4 再生混凝土集料本身级配比的影响

根据对3＃19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm时，密度为1433.5kg/m级配料级配比的应用，天然材料以及再生混凝土集料根据7∶3以及6∶4两种比例进行应用，在生混凝土集料本身，使用了两种不同的集配。其中之一是连续级配，也就是19～9mm、9～4mm、4～2mm以及2mm以下的四种集料，而另一种集料配件含19～9mm、9～4mm两种集料。只含较出立即的材料所配置的水泥稳定碎石。根据相关研究分析，其七天无侧限抗压强度如下：40%的再生混凝土集料水泥用量为4.11%时相关抗压强度为5.63%mpa、30%水泥用量时，集料为5.6%Mpa、10的水泥用量时为2.51%mpa、4.5%a时为6.3%mpa、水泥用量为5.72%时，抗压强度为5.83mpa，根据这一数据分析显示，再生混凝土集料水泥稳定碎石强度与再生混凝土集料的使用情况存在一定关联，和集料级配也有着一定的关系。4mm以下的再生混凝土集料用量，影响着水泥稳定碎石强度，再生混凝土集料用量为30%，水泥用量超过52%粒级集配的半盒料强度。比四粒级集配要高，因此在生产再生混凝土集料时，水泥用量需要保持一定的特征，再升级料也可以使用两种较粗粒级的剂量。不难看出，在实际使用再生混凝土集料的时候，工作人员应该正式进行建设前充分了解再生混凝土集料本身级配比对强度的具体影响，由于集料的使用情况能够在很大程度上影响水泥稳定碎石的强度，所以要想保障整体强度稳定性，立足于再生混凝土集料的基本特性和内在影响作用，从集料本身级配比进行综合性研究势在必行。

3.2.5 再生集料掺量的影响

再生混凝土集料置换率在30%、40%以及50%，水泥用量为5.0%时，水泥稳定碎石耐久性测试情况如下，根据再生混凝土集料用量增加，水泥稳定性、耐久性能出现反比例下降趋势。根据具体实验研究发现，掺30%再生混凝土及料水泥稳定碎石，质量分数为5.0硫酸钠溶液中，浸泡一个月以后，抗压强度能够有效提升，升高强度为33%，干湿循环50次的条件下，强度提升了6%。由此可见，站在生混凝土及料水泥稳定碎石的抗硫酸盐侵蚀能力，以及抗干湿循环能力都较强，然而抗硫酸盐侵蚀能力，会根据再生混凝土集料产量增加出现下降的趋势。动容循环测试结果分析发现，54%动容循环之后，掺再生混凝土集料，水泥稳定碎石强度小于10%，并且根据再生混凝土集料产量，增加抗冻融循环能力，并未出现下降的趋势，由此可见，路面基层抗冻要求能够被有效满足。根据上文内容可知，再生混凝土集料的参量控制对于整体强度和水泥稳定碎石的性能保持有着举足轻重的影响作用，因此，在开展应用研究时候工作人员需要根据水泥稳定碎石生产需求，切实分析合适的再生混凝土集料具体参量范围，并注意对水泥的稳定耐久性能等基本能力情况进行实时监控，尽可能精确地找出集料用量参数与水泥能力之间的比例关系，以提出最佳参量配比方案。

4 工程中的具体应用

根据相关研究分析显示，再使用三＃级配方案，19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm时，密度为1433.5kg/m级配料时，根据天然集料9.5～26.5mm，质量为30%、天然集料为4.75～9.5mm，质量百分比为9%、天然集料为2.66～4.75mm，质量百分比为5%。对相关集料进行筛分，根据研究出来的结果发现，筛孔尺寸为31.5时，实际通过量为100%，筛孔尺寸为19时，通过量为79.8%，筛孔尺寸为9.5时，实际通过量为54%，筛孔尺寸为4.75时，实际通过量为35%，筛孔尺寸为2.4时，实际通过量为21%。筛孔尺寸为0.5时，实际通过量为8%，筛孔尺寸为0.07时，实际通过量为1%。根据相关规范相比，合成级配的通过率下限较高，粒径在0.6以下时含量较多，以此配及抗压强度为：水泥含量为40%，7d抗压强度为4.8；28d抗压强度为5，水泥含量为30%7d，抗压强度为4%，28时，抗压强度为5。根据计算，水泥掺量为4.0%时，代表值超过5.0Mpa，完全符合对无限侧抗压强度建设的要求，工程建设质量良好，根据具体观察发现，并未出现明显的裂缝情况，满足建设发展的实际需求（见图1）。

图1 再生混凝土集料配比图

5 结语

综上所述，粒径在2mm以下的材料，会进一步增强水泥稳定碎石路面基层结构的抗压强度，然而如果用量超过2mm时，会造成粗集料骨架承重作用，产生一定的影响，导致水泥稳定碎石收缩率加大。根据本文的实验发现，2mm以下的细集料最佳用量为20%，而且，再生混凝土集料可以使用其中较粗的地方，细集料部分，在水泥稳定碎石强度中发挥的作用较小，最后再生混凝土集料在料总体中的含量也影响着水泥碎石稳定，根据再生混凝土集料产量增加，强度以及耐久性会出现一定的下降风险。