不同级配下，振动压实对再生砖渣骨料最大干密度及强度影响的研究

陈雪冬

北京中建建筑科学研究院有限公司 北京 100000

引言

近几年，随着国家“节能减排”的方针的提出，天然建筑砂石的产量随之减少，为了迎接新一轮基建大潮的来临，解决建筑材料短缺及建筑固废处理的问题。建筑垃圾再生利用受到国家和各地政府的支持，特别是2020年5月，住建部印发《关于推进建筑垃圾减量化的指导意见》和《施工现场建筑垃圾减量化指导手册（试行）》作为当前和今后指导建筑垃圾源头减量化工作的重要文件；更为重要的是2020年9月即将施行的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》指引固废管理踏上新征程，由此可见，建筑垃圾资源化仍然是2021年的大热项目[1-2]。

再生料有存量大、自重轻、级配分布范围广、价格低廉等优点。其工作性能经过一定配比设计可以直接应用于二级以下道路工程，公园步道工程的基层与底基层的铺筑。秦善勇[3]等对再生料在水泥稳定类基层中的应用进行试验研究，得出悬浮密实型级配7d无侧限抗压强度及劈强度均优于骨架密实型级配，且确定了7%的最佳水泥掺量。陆军[4]将重型击实法与振动压实法进行比较，根据试验过程中压实功的不同得出振动压实法通过模拟工程现场振动压实的条件，从而达到了与实际的工程现场一致的效果。王波[5]等研究了搅拌对再生骨料的破碎的影响，再生骨料在行星搅拌机中会发生磨耗与破碎现象，破碎后的再生骨料级配发生了明显变化。张庭顺于室内大型固结仪对建筑垃圾再生材料开展了压缩试验，对比分析了建筑垃圾再生材料和纯砖材料的孔隙比与荷载、压缩系数与荷载、孔隙比与压实度、压缩系数与压实度关系。试验结果表明：建筑垃圾再生材料的变形发生在荷载施加的瞬间，在各级荷载下累计变形曲线呈“台阶”状增长，压实度对压缩参数影响较大，压实度从90%到96%过渡时建筑垃圾再生料由中等压缩性变化为低压缩性，相比纯砖填料配比建筑垃圾填料具有较好的压缩性能，可应用于高速公路填方中。

再生骨料由于压碎值较大，在振动压实后也会产生破碎现象，破碎后的再生骨料在级配上也会发生变化，从而影响路用使用性能。其次，由级配碎石为主要骨料的无机结合料，往往因为骨料吸水率较低，在过振情况下导致水分析出，影响无机结合料强度，而砖渣由于吸水率较高，振动压实对于结合料中水分的影响也不相同。因此，研究不同级配下，振动压实对再生骨料破碎影响的研究，对确定现场压实参数，研究再生砖渣骨料路用性能具有实际的意义。

1 试验原材料及性能试验

1.1 再生骨料试验性能

再生骨料由北京都市绿源环保科技有限公司生产，所选材料为红砖砖渣，工程粒径为：5-10mm（G11）、10-20mm（G8）、20-40mm（G1）、0-5mm（XG3）；粒级范围满足规范要求，压碎值为48%，吸水率为36%。

1.2 水泥试验性能

水泥为P.O42.5，生产厂家为：北京金隅水泥经贸有限公司；3天抗压强度为：25.6MPa；28天抗压强度为：46.8MPa。

2 再生骨料级配组成

2.1 连续级配组成

根据规范JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》表4.5.2选取二级以下公路基层推荐的级配范围C-A-3，推荐级配范围曲线如图2所示。根据单粒级筛分结果和目标级配C-A-3级配范围，对各粒级进行配合比设计，所得连续粒级掺配比例：

表1 连续级配掺配比例表

表2 间断级配掺配比例表

表3 单粒级级配掺配比例表

表4 各级配实验结果汇总表

2.2 间断级配组成（质量比）

间断级配采取去掉某一粒级，量其掺配比例：

2.3 单粒级级配

3 再生骨料振动压实试验

3.1 研究目的

以不同级配的定量再生骨料在不同振动压实功的作用下，研究材料破碎及级配变化对最大干密度及强度影响的情况。

3.2 设备选用

振动压实机是依照振动压路机的压实原理设计，分为上车和下车系统，调节振动压实机的上下车的配重块数、偏心块夹角和变频器的频率。对于传统无机结合料稳定粒料一般选用面压力约0.1MPa，激振力约6800N，振动频率约为28～30HZ的振实条件。

考虑到级配再生料受振破碎率远高于级配碎石，为能清晰证实文中论点，该试验采取面压力0.1MPa，激振力5000N，振动频率20～25HZ的振实条件。由于高含水对传统级配碎石所拌和的无机结合料振动压实过程影响显著，高含水率下压头起跳现象很难出现，振动时间太长会使试料大量挤出，但是再生骨料，特别是砖渣再生骨料吸水率较大，高含水对无机结合料影响较小，故在振动过程中依旧以压头回弹跳起为达到最大压实效果的控制条件。

3.3 试验步骤

该试验是根据规范JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T0842-2009无机结合料稳定材料振动压实方法进行试验。确定其最大干密度，最佳含水量。待确定最大干密度后，采用JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T0834-2009进行试件成型，通过标准养护后测其7天无侧限抗压强度。

圆柱型试件是无机结合料稳定材料物理力学性能试验的基本形状之一，是无测限抗压强度的标准试件，高径比为1∶1，由于再生砖渣无机结合料压碎值较小，在静压制件过程中，应注意试件成型状态，对于试件在脱模过程中应注意轻拿轻放。

3.4 试验结果

图1 各级配干密度变化曲线图

4 结论

相对于碎石而言，砖渣强度较低，压碎值在50%左右，振动压实对骨料级配造成了影响，连续级配的骨料在经过振动效果破碎后可形成中间粒级较多的间断粒级。间断粒级的骨料在经过振动压实效果破碎后可形成连续级配。

集料破碎可吸收一定的振动做功，在实际试验过程中，粗骨料比例较大的配比达到最大干密度状态所需做功时间较长，单能达到优于连续级配的最大干密度从而得到较大的抗压强度。由此可见，在实际应用过程中，应提高粗骨料掺配比例，增加压实遍数可达到最优效果。

细骨料比例较大的级配，经过振动压实效果破碎后更进一步增大了比例，因此在相同做功时间来看，无机结合料开始出现翻浆，产生过振现象，实际应用过程中，应减少细骨料的用量，如果含量较多，减少碾压遍数。

在以上级配范围内除单粒级外，连续级配与间断级配经过静压养护后，均能达到大于5MPa的强度，由此可见，再生骨料也是一种优秀的路用材料，其对级配的敏感程度远低于碎石。

5 结束语

通过以上研究可知，再生砖渣可作为路用填料用以参配无机结合料，但是砖渣材料本身吸水率及压碎值均较高，采用传统的压实工艺容易造成再生砖渣无机结合料内部结构变化，粗骨料颗粒碎裂，从而改变材料级配，降低使用性能。但是，通过合理的调整施工工艺参数，将破碎对级配的影响反向考虑到初始的级配设计中去，使其破碎后的级配变化变为最优的材料级配，在使用过程中能达到更好的压实效果。虽然通过调整级配能达到满足高速公路、一级公路的抗压强度，但是砖渣在重载交通量下的耐久性以及吸水后的稳定性仍需进一步的试验研究，但是作为二级及以下公路、公园道路来说，其路用性能完全能达到标准及实际使用要求，这些再生骨料的规模化应用也将促成国家节能减排政策的加快施行。