水泥穩(wěn)定再生集料干縮性能的優(yōu)化

■火 凡

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團） 有限責任公司，烏魯木齊 830000）

天然集料資源的快速消耗導致建設(shè)經(jīng)濟成本迅速提升， 充分利用建筑廢棄物中的廢棄混凝土可有效減少污染、占地問題，同時可節(jié)約大量建筑成本。 國內(nèi)外有關(guān)水泥穩(wěn)定再生集料的性能研究已有一定的基礎(chǔ)：李曙龍等[1]研究了不同粉煤灰摻加比例對粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石再生集料的凝結(jié)硬化和路用性能表現(xiàn)影響規(guī)律；王學武[2]設(shè)計試驗在水泥穩(wěn)定再生集料中加入了RAP 舊料以改善其性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)加入RAP 舊料后，控制RAP 舊料和水泥摻加量就可顯著影響水泥穩(wěn)定再生集料各項性能；鄧陳記等[3]針對水泥穩(wěn)定再生集料性能表現(xiàn)易受再生料不均勻性影響的問題展開研究，推薦了合理的吸水率范圍選擇；周芬等[4]利用磚混結(jié)構(gòu)拆除所得的磚粉再生料制備水泥穩(wěn)定再生集料， 研究了磚粉再生料和水泥結(jié)合料摻加量對路用性能表現(xiàn)的影響規(guī)律。 綜上所述，可發(fā)現(xiàn)已有研究對水泥穩(wěn)定再生集料的路用性能改善主要集中于強度提升方面， 針對水泥穩(wěn)定再生集料常發(fā)生的抗干縮性能不足問題的研究還有較大空白。 因此， 本文在水泥穩(wěn)定再生集料中加入了乳化瀝青以改善其抗干縮能力， 并對其性能變化規(guī)律進行研究， 通過擊實試驗確定了再生集料的基本物理指標，控制一定量的水泥和乳化瀝青質(zhì)量比，研究其摻量對試件干縮系數(shù)、 干縮應變及累計吸水率的影響規(guī)律。

1 原材料

1.1 無機結(jié)合料

本研究試驗中涉及到的水泥穩(wěn)定再生集料無機結(jié)合料選取P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥。

1.2 乳化瀝青

采用乳化瀝青作為水泥穩(wěn)定再生集料性能改良材料，其類別為陽離子慢裂類，其性能指標檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 乳化瀝青性能指標

1.3 再生集料

本研究試驗中涉及到的再生集料均為某水泥混凝土面層拆除工程破碎料。 經(jīng)放大觀察可發(fā)現(xiàn)再生集料表面附著有大量水泥砂漿硬化物，且集料與水泥砂漿硬化物表面分布有較多細小裂縫。 在破碎過程中將再生集料劃分為四檔：一檔為30～20 mm、二檔為20～10 mm、 三檔為10～5 mm、 四檔為5～0 mm。對各檔再生集料進行技術(shù)指標檢測，一檔、二檔、三檔料檢測結(jié)果顯示：壓碎值均為25.8%；吸水率分別為4.8%、5.6%、6.3%； 表觀密度分別為2.636 g/cm3、2.659 g/cm3、2.674 g/cm3。四檔料檢測結(jié)果顯示：堅固性為6.5%、表觀密度為2.507 g/cm3、砂當量為89.6%、吸水率為9.0%。

2 級配設(shè)計與試件檢測

2.1 級配方案設(shè)計

參照常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石級配設(shè)計的規(guī)范要求，擬定水泥穩(wěn)定再生集料級配范圍和級配設(shè)計結(jié)果，如圖1 所示。

圖1 級配范圍和級配設(shè)計結(jié)果

2.2 擊實試驗

按照級配設(shè)計結(jié)果，分別初擬乳化瀝青的質(zhì)量比0%、2.0%、2.5%以及3.0%，初擬水泥的質(zhì)量比為3%、4%以及5%，利用重型擊實試驗，檢測其最大干密度及其對應的最佳含水率，結(jié)果如表2 所示。

表2 擊實試驗結(jié)果

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)展開分析，首先對比在相同乳化瀝青質(zhì)量比（取2.5%）條件下，隨著水泥質(zhì)量比從3%提升至5%，摻加乳化瀝青的水泥穩(wěn)定再生集料最大干密度隨之增長，最佳含水率也隨之提升。 這是由于無機結(jié)合料水泥具有較大的比表面積，因而吸水性較強，導致混合料總體最佳含水率提升。 同時，隨著水泥漿填充量的增加，混合料對應的最大干密度也變大。

對比在相同水泥質(zhì)量比（取4%）條件下，隨著乳化瀝青質(zhì)量比從0%提升至3%（其中0%為對比組）， 摻加乳化瀝青的水泥穩(wěn)定再生集料的最大干密度呈現(xiàn)出下降趨勢，與之對應的最佳含水率也從6.2%降低至5.1%。 這是因為乳化瀝青具有減少混合料間摩擦力的作用， 混合料間的需水量因此降低，引起最佳含水率的下降。 同時乳化瀝青密度相對較低，因此混合料對應的最大干密度也隨著其質(zhì)量占比的提升而下降。

3 干縮性能分析

3.1 水泥質(zhì)量比影響分析

采用上文設(shè)計的最佳級配，并按照最佳含水率成型試件，選取2.5%的同一乳化瀝青質(zhì)量比，成型3 組水泥穩(wěn)定再生集料混合料試件， 其對應的水泥質(zhì)量比分別為3%、4%以及5%， 試件編號分別為E2.5-C3、E2.5-C4 以及E2.5-C5。 通過干縮試驗測得各組試件的干縮系數(shù)、干縮應變以及累計吸水率指標，具體見圖2～4。

圖2 水泥質(zhì)量比對干縮系數(shù)的影響

分析圖2 可以發(fā)現(xiàn)， 隨著水泥質(zhì)量比的提升，水泥穩(wěn)定再生集料混合料的干縮系數(shù)隨之提升，相較于試件組E2.5-C3，E2.5-C4 和E2.5-C5 的總干縮系數(shù)分別增長了33%和57%。而混合料總干縮系數(shù)的增加將會提升其發(fā)生干縮裂縫的風險。 因此，在保證水泥穩(wěn)定再生集料強度的前提下，應盡可能減少水泥質(zhì)量比。

分析圖3 可以發(fā)現(xiàn)， 在同等養(yǎng)護時間的條件下，水泥質(zhì)量比越大，混合料試件的干縮應變也越大。 這是因為隨著混合料中水泥質(zhì)量比的增加，混合料更易發(fā)生失水， 從而導致混合料體積收縮更大。 此外，隨著時間的推延，各組混合料的干縮應變均明顯提升，在12 d 以后其增長速度減緩，進入緩慢增長期，25 d 后基本趨于穩(wěn)定。

圖3 水泥質(zhì)量比對干縮應變的影響

分析圖4 可以發(fā)現(xiàn)， 在同等養(yǎng)護時間的條件下，水泥質(zhì)量比越大，混合料試件的累計失水率隨之越大。 相較于試件組E2.5-C3，E2.5-C4 和E2.5-C5 的30 d 累計吸水率分別增長了12%和19%。 這是因為隨著水泥質(zhì)量比的提升，混合料早期耗水量增大，而在其硬化后水分快速散失。

圖4 水泥質(zhì)量比對累計失水率的影響

3.2 乳化瀝青質(zhì)量比影響分析

選取4%的同一水泥質(zhì)量比， 成型4 組水泥穩(wěn)定再生集料混合料試件，其對應的乳化瀝青質(zhì)量比分別為0%、2%、2.5%以及3%， 試件編號分別為E0-C4、E2-C4、E2.5-C4 以及E3-C4。 通過干縮試驗測得各組試件的干縮系數(shù)、干縮應變以及累計吸水率指標，具體見圖5～7。

圖5 乳化瀝青質(zhì)量比對干縮系數(shù)的影響

分析圖5 可以發(fā)現(xiàn)，隨著乳化瀝青質(zhì)量比的提升， 水泥穩(wěn)定再生集料混合料的干縮系數(shù)隨之降低， 相較于試件組E0-C4，E2-C4、E2.5-C4 以及E3-C4 的總干縮系數(shù)分別降低了25%、42%和53%。這說明，乳化瀝青的摻加及其質(zhì)量比的增長能夠降低水泥穩(wěn)定集料發(fā)生開裂破壞的可能性。

分析圖6 可以發(fā)現(xiàn)， 在同等養(yǎng)護時間的條件下，乳化瀝青質(zhì)量比越大，混合料試件的干縮應變越小。 這是因為乳化瀝青破乳后能夠包裹在混合料各組分表面，在混合料發(fā)生干縮時可起到緩沖并承載的作用。 隨著時間增長，各組混合料的干縮應變均明顯提升，在17 d 以后趨于穩(wěn)定。

圖6 乳化瀝青質(zhì)量比對干縮應變的影響

分析圖7 可以發(fā)現(xiàn)， 在同等養(yǎng)護時間的條件下，乳化瀝青質(zhì)量比越大，混合料試件的累計失水率隨之降低。相較于試件組E0-C4，E2-C4、E2.5-C4以及E3-C4 的累計失水率分別降低了10%、17%和26%。 這是由于乳化瀝青破乳后能夠包裹在混合料各組分表面， 并將水分蒸發(fā)散失的毛細通道封閉，從而減少其累計失水率。

圖7 乳化瀝青質(zhì)量比對累計失水率的影響

4 結(jié)語

本文在水泥穩(wěn)定再生集料中加入乳化瀝青，研究干縮性能變化規(guī)律，通過擊實試驗確定了再生集料的基本物理指標，控制一定量的水泥和乳化瀝青質(zhì)量比，研究其摻量對試件干縮系數(shù)、干縮應變及累計吸水率影響規(guī)律，得出以下主要結(jié)論：（1）無機結(jié)合料水泥比表面積較大，吸水性較強，可導致混合料壓實最佳含水率提升；（2）在保證水泥穩(wěn)定再生集料強度的前提下， 應盡可能減少水泥質(zhì)量比；（3）乳化瀝青的摻加及其質(zhì)量比的增長能夠降低水泥穩(wěn)定集料發(fā)生開裂破壞可能性。