水泥穩定碎石再利用試驗研究

李麗慧，馬金柱

(許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

我國公路及城市道路的設計年限一般為15～20年，當已建成的路面達到使用年限或因重交通、超載等原因提前被破壞，甚至是結構性破壞，路面必須進行改造[1,2].水泥穩定碎石基層是我國高等級公路基層和底基層應用最廣泛的一種結構型式[3,4].

我國每年的路面改造工程都會產生大量的廢舊水泥穩定碎石.以前，大部分建筑垃圾未經任何處理就被運往郊外露天堆放或填埋[5]；近十年來，隨著國家對資節約源和環保問題的日益重視，全國各地陸續建設了建筑垃圾處理廠[6]，對本地區的建筑垃圾進行回收、集中處理與再利用.建筑垃圾通常要經過分類、破碎、分揀等工藝后存放，然后根據需求再利用.廢舊水泥穩定碎石如果由建筑垃圾清運公司集中回收，從銑刨到再利用通常需要一段時間；如果由該道路工程的施工單位直接回收后再利用，不僅大大縮短其存放時間，而且能夠節約占地.本研究以廢舊水泥穩定碎石為研究對象，通過試驗，分析其存放前后各方面性能的差異，為廢舊水泥穩定碎石資源化處置效益的最大化提供科學依據.

1 試驗方案

在道路改造工程水泥穩定碎石基層銑刨現場取樣，分兩個批次進行水泥穩定碎石再生試驗，一批立即進行配合試驗、無側限抗壓強度和收縮試驗，并將該配合比應用于本工程水泥穩定碎石底基層；另一批放置三個月后，再進行相同試驗，與之前的再生集料進行對比.

2 原材料試驗

2.1 再生集料

再生集料為許昌市某道路改建工程中舊水泥穩定碎石基層的銑刨料.取樣之后立即用于試驗研究的集料簡稱為1#集料，經過露天放置3個月之后用于試驗研究的集料簡稱為2#集料.經過篩分試驗測得再生集料的級配變化，1#集料和2#集料級配組成見表1和圖1.

表1 兩批集料級配

圖1 兩批集料的級配曲線

由圖1可以看出，再生集料19 mm以上粒徑所占比例較少.2#集料與1#集料相比，大粒徑的比例變小.所以，再生集料出現了“粉化”現象.

2.2 天然集料

由于水泥穩定碎石再生集料中大粒徑所占比例較少，而且物理力學性能往往不均勻[7]，在施工過程中可能出現粗細料離析、強度不均勻等質量問題[8].因此，再生集料中摻加一定比例的天然集料，以改善其級配，提高再生水泥穩定碎石的品質.摻加的天然集料粒徑為9.5～19 mm的碎石.

2.3 水泥

水泥為許昌豫新P.O32.5水泥，初凝時間為169 min，終凝時間為262 min，滿足《通用硅酸鹽水泥標準》GB175-2007要求.

3 配合比設計

3.1 集料組成設計

《公路路面基層施工技術規范》(JTJ034—2000)(簡稱《規范1》)和《公路瀝青路面設計規范》 [JTG D50—2006](簡稱《規范2》)對水泥穩定碎石的集料級配提出了要求.本項目為瀝青混凝土路面，由于骨架密實結構具有優良的力學性能、抗收縮能力，所以參考了《規范1》中高速和一級公路公路底基層和《規范2》中骨架密實型級配.1#和2#再生集料都選擇3種摻配比例，分別為35%碎石+65%再生集料(簡稱1—35和2—35)、40%碎石+60%再生集料(簡稱1—40和2—40)和45%碎石+55%再生集料(簡稱1—45和2—45)，級配組成見表2.

表2 1#集料3種摻配比例的級配

根據混合料篩分結果，選擇1-35和2-35 ，即兩種再生集料的摻配比例均為35%碎石+65%再生集料.

3.2 最佳含水量的確定

無側限抗壓強度設計要求為大于等于3.5MPa.采用擊實法成型試件，確定最佳干密度和最佳含水率.試件從試模內脫出后,立即用塑料薄膜包覆，放置于養護室標準養護6 d、浸水1 d，進行7 d無側限抗壓強度試驗.

研究表明，摻加一定比例的粉煤灰，可以改善水泥穩定碎石的收縮性能[9].5%的粉煤灰摻量可以顯著改善水泥穩定碎石收縮性能[10].因此，本研究摻加的粉煤灰用量為5.0%.1-35集料，采用水泥用量為4.0%，進行擊實試驗，擊實試驗結果見表3和圖2，2-35集料擊實試驗、擊實試驗結果見表4和圖3.

表3 1-35擊實試驗結果

經過擊實試驗，得到1-35最佳干密度為2.232 g·cm-3，最佳含水量為7.4%.

2-35集料，水泥用量4.0%，粉煤灰5.0%，經擊實試驗后，試件強度達不到目標要求.因此，水泥用量調整為5%，粉煤灰用量不變，進行擊實試驗，擊實試驗結果見表4和圖3，水泥穩定碎石擊實試驗結果見表4和圖3.

表4 2-35擊實試驗結果

圖2 1-35擊實曲線

圖3 2-35擊實曲線

經過擊實試驗，得到2-35最佳干密度為2.212 g·cm-3，最佳含水量為7.6%.

3.3 無側限抗壓強度

用重型擊實法制備試件.試件從試模內脫出并稱量后立即用塑料薄膜包覆，在25±2 ℃的標準養護室保濕養生 6 d, 浸水1 d，進行7 d無側限抗壓強度試驗.試驗結果見表 5.

表5 無側限抗壓強度試驗結果

無側限抗壓強度試驗結果表明：1-35與2-35的無側限抗壓強度大致相當，均滿足強度要求，但是1-35的水泥用量為4%，2-35的水泥用量為5%，因此，再生集料經過存放后的經濟性有所下降.

4 干縮試驗

按照最佳含水量制備100 mm×100 mm×40 mm梁試件.試件脫模后用塑料袋密封，置于標準養護室保濕養生7d后，測定試件的收縮情況.每隔 24h測一次試件的干燥收縮值及相應含水量，直至含水量基本保持不變[11].測得1-35和2-35的干縮系數分別為49×10-6和,62×10-6.表明：摻加粉煤灰的再生水泥穩定碎石干縮性能較好；1-35的干縮性能優于2-35.分析原因：2-35與1-35集料相比偏細，尤其是粒徑小于2.36 mm的成分明顯偏多.細集料，尤其是2.36 mm以下的集料會導致水泥穩定碎石收縮率的增大[12].縮短再生骨料的存放時間，有利于改善其收縮性能.

5 結語

綜上所述，可以得出如下結論：

(1)水泥穩定碎石再生集料可以作為骨料的主要來源，用于水泥穩定碎石中；

(2)水泥穩定碎石再生集料放置過程中，級配發生了一定變化，出現了“粉化”現象；

(3)放置一段時間后的再生水泥穩定碎石集料，進行配合比設計時，需要的水泥用量有所增加.

因此，建議道路改造工程中產生的水泥穩定碎石銑刨料宜盡快利用，應用于本項工程水泥穩定碎石基層中，縮短存放時間，以提高其經濟性.

參考文獻：

[1] 蔡先山.公路改建工程路基路面改建方法淺析[J].工程與建設,2010,24(3):406-408.

[2] 李金龍.市政道路改造工程中的理論分析與試驗研究[D].南京：南京理工大學,2008.

[3] 黃 科,李 東,孫家瑛.再生集料對水泥穩定碎石路基層性能影響[J].華東公路,2008(2):67-69.

[4] 楊瑞華,許志鴻,李宇峙,等.水泥穩定碎石基層級配研究[J].公路工程,2007,32(4):76-78.

[5] 祁 峰,韓瑞民,張名成.建筑垃圾無機再生集料性能試研究[J].交通標準化,2014,42(5):96-99.

[6] 謝 浩.以建筑周期全過程的管理模式處理建筑垃圾[J].混凝土世界,2013,52(10):20-23.

[7] 高啟聚,謝祥根.廢棄路面水泥混凝土再生利用的試驗研究[J].中南公路工程, 2006,31(3):151-154.

[8] 孫家瑛,蔣華欽.摻再生集料的水泥穩定碎石路面基層施工與應用[J].2009,30(4):40-43.

[9] 余 峰,李永亮,楊紅輝.粉煤灰在水泥穩定碎石基層中的應用[J].中外公路,2004,24(4):150-152.

[10] 徐鷗明,王有貴,陳俊宇,等.摻粉煤灰水泥穩定碎石收縮特性研究[J].重交通大學學報:自然科學版,2014,33(4):72-75.

[11] 孫兆輝,許志鴻,王鐵斌.基于干縮變形特性的水泥穩定碎石級配組成[J].同濟大學學報:自然科學版2006,34(9):1 185-1 190.

[12] 孫家瑛,蔣華欽,劉綏芳,等.再生混凝土集料對水泥穩定碎石性能的影響及工程應用[J].混凝土與水泥制品,2009(1):20-23.