水泥穩定再生混合料收縮性能研究

劉君明 藺寶尤 偉

近些年來,舊水泥混凝土路面再生利用技術在全國尤其是廣西、貴州等南部省份得到廣泛應用。利用舊水泥混凝土路面生成再生骨料一方面是將舊水泥混凝土路面破碎,添加其他材料施工,作為新路面結構的基層或墊層;另一方面是生成骨料后直接用于拌制再生混凝土。廢棄混凝土的再生利用,不僅能變廢為寶,而且還能緩解公路改建對環境造成的不利影響,降低工程造價,具有良好的社會效益和經濟效益[1]。

水泥混凝土的收縮性能是指混凝土在凝結硬化與使用過程中,在無外力、無侵蝕性介質的作用下,因化學反應、濕度、溫度等因素而造成的體積縮小[2]。本文通過將廣西國道G323桂林段水泥路面碎石化項目上產生的再生骨料移至室內進行試驗的方法研究了再生混合料的干縮性能和溫縮性能。

1 收縮性能試驗

1.1 配合比設計

1.1.1 級配組成

將舊水泥混凝土塊填入鄂式破碎機進行初次破碎,再將一次破碎后的較大粒徑集料再次填入破碎機進行二次破碎,將經過兩次破碎得到的再生骨料進行篩分試驗,得到篩分結果,見表1,經比較,該結果基本滿足《公路瀝青路面設計規范》[4]中規定的水泥穩定類骨架密實型基層級配范圍要求。

表1 級配組成表

1.1.2 擊實試驗

按照JTJ 057-94公路工程無機結合料穩定材料試驗規范[5]選擇3%,4%,5%,6%四個水泥劑量,采用重型擊實試驗方法確定最佳含水量和最大干密度,結果見表2。

表2 擊實試驗結果

1.2 干縮試驗

本文依據JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[6]中T0566水泥混凝土干縮試驗方法測試各組試件的干縮性能,具體辦法如下:試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm,預埋銅頭,試件成型后放置在標準養護室中養護24 h后拆模,然后移至標準養護室中養護2 d,接著取出擦去其表面水分并用比長儀測量其初始長度,而后放入干縮養護室中養護,從移入干縮室日起計算,每隔7 d測定試件長度,直至56 d為止。各齡期的干縮率St按下式計算:其中,L0為初始測量讀數,mm;Lt為某齡期的測量讀數,mm;L為試件有效長度,mm(混凝土試件的長度減去鋼釘埋入深度)。

以三條試件干縮率的平均值作為結果,如果有一條干縮率超過中間值15%時,取中間值作為試件的干縮結果;當有兩條試件超過中間值15%時,重新試驗。試驗結果見圖1。

從圖1可以得出如下結論:1)各水泥摻量的水泥穩定再生料干縮率隨齡期的增長而逐漸變大,但前28 d增長較迅速,28 d后逐漸趨于緩慢,說明控制水泥穩定再生料干縮性能的關鍵時間在澆筑水泥后28 d內。2)水泥劑量越小,干縮率越大,水泥劑量為3%的干縮率大約是4%的1.2倍,5%的1.4倍,6%的2倍。從干縮性能的角度看,水泥的最佳摻量為6%。

1.3 溫縮試驗

水泥基材由固相、液相和氣相組成。三相在降溫過程中相互作用,使水泥基材產生體積收縮即溫縮。試驗采用測量溫縮系數的方式研究水泥穩定再生料的溫縮性能。

采用振動壓實成型的方法制作1組10 cm×10 cm×40 cm的中梁試件,試件成型后放入養護室養護。將進行溫縮試驗的試件在(20±2)℃恒溫下養生7 d后取出,立刻密封保持其含水量不變放在玻璃臺上,試驗溫度為-20℃～60℃,每隔10℃為一個區間,每個區間恒溫8 h,立刻放到玻璃臺上并在兩邊架上千分表在室溫下放8 h,如此循環直到60℃。公式如下:。其中,ΔS為試件從初始溫度T0升溫至測試溫度 T時的變形量,mm,即ΔS=Ls-L0;L為試件的有效長度;ΔT為溫度變化量。試驗結果見圖2。

從圖2可以得出如下結論:1)溫度收縮系數隨水泥劑量的增加而減小,各水泥摻量的水泥穩定再生料溫縮系數與溫度變化規律相似,表明溫度較水泥摻量對其溫縮系數影響要大。2)溫度在0℃以下,溫縮系數在溫度為-10℃時達到最大值;溫度在 0℃以上,溫縮系數在溫度為30℃時達到最大值。表明-10℃和30℃為溫縮系數的控制點,對于一年中較長時間保持在這兩個溫度的地區,在進行水泥路再生利用項目時,應注意防溫縮處理措施。

2 結語

1)隨著時間的發展,干縮系數逐漸增大,趨勢是先增長的快,后增長的慢;隨著水泥劑量的增加,干縮系數逐漸降低;但改善干縮性能不宜只增加水泥用量,建議添加減水劑或者減少細骨料的含量來減少加水量,從而相對的增加水泥用量,改善干縮性能。

2)隨著水泥劑量的增大,溫度收縮系數不斷減小,這與其他水穩類基層材料相似,當溫度為-10℃和30℃時,溫縮系數較大,建議常年溫度為此數的地區采取措施改善溫縮性能。

[1] 李 冰,楊慧麗,祝貞鳳.水泥穩定再生骨料基層力學性能研究[J].山西建筑,2008,34(22):161-162.

[2] 馬麗媛,姚 燕,田 培.國內外混凝土的收縮性能及抗裂性試驗研究方法評述[J].中國建材科技,2000(1):27-30.

[3] 李 悅,談幕華,張 雄,等.混凝土的自收縮及其研究進展[J].建筑材料學報,2000(9):20-22.

[4] JTJ 14-97,公路瀝青路面設計規范[S].

[5] JTJ 057-94,公路工程無機結合料穩定材料試驗規范[S].

[6] JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].