聚丙烯纖維改善再生水穩碎石力學性能研究

史殿瑞，黃小芬

廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507

0 引言

將建筑垃圾應用于水穩碎石基層中，具有良好的社會經濟效益。但建筑垃圾壓碎值大、吸水率高，對再生水穩碎石的路用性能造成不利的影響，進而限制了建筑垃圾的實際應用［1-2］。肖杰［3］、孫吉書［4］的研究表明：建筑垃圾吸水率大、壓碎值高，隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩碎石的路用性能逐漸降低。馬士賓［5］、楊明［6］等人發現水泥穩定碎石中摻加聚丙烯纖維可以既經濟又高效地改善其路用性能，為提高再生水穩碎石基層的使用壽命，推廣再生水穩碎石的廣泛應用提供技術支撐。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

試驗所用的水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，建筑垃圾的壓碎值為30.6%，吸水率為6.96%（粗集料）、9.04%（細集料）。再生水穩碎石的級配如表1所示。

表1 碎石和建筑垃圾的設計級配 %

所用聚丙烯纖維彈性模量為2.9GPa，斷裂延伸率為21%。

1.2 試驗方案

通過再生水穩碎石的組成設計試驗優選出纖維的摻量和長度，并通過7d、90d抗壓強度、28d抗彎拉強度，研究纖維對再生水穩碎石力學性能的影響。試驗方法均參考《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）。

2 再生水穩碎石混合料組成設計

取建筑垃圾摻量為100%，水泥劑量為4.5%，纖維摻量為0.06%、0.09%、0.12%、0.15%，纖維長度為9mm、15mm、24mm，進行7d抗壓強度試驗，試驗結果如表2所示。

表2 再生水穩碎石7d抗壓強度 MPa

由表2可知，隨著纖維長度的增大，再生水穩碎石的7d抗壓強度先增大后減小，當纖維長度為15mm時，再生水穩碎石的7d抗壓強度最大。隨著纖維摻量的增大，再生水穩碎石的抗壓強度先增大后減小，纖維摻量為0.09%時，再生水穩碎石的抗壓強度最大。基于以上研究，本文選取建筑垃圾摻量為0、25%、50%、75%、100%，水泥劑量為4.5%，纖維長度為15mm，纖維摻量為0、0.09%，進行再生水穩碎石的力學性能試驗研究。

3 力學性能試驗

3.1 抗壓強度

抗壓強度試驗結果如表3所示。

表3 再生水穩碎石的抗壓強度試驗結果

由表3可知，隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩碎石的抗壓強度逐漸減小。不摻加纖維時，100%建筑垃圾摻量再生水穩碎石的7d抗壓強度、90d抗壓強度分別比普通水穩碎石減小了19%、15.3%。這是因為建筑垃圾的壓碎值較大，集料表面孔隙較多，對再生水穩碎石的抗壓強度造成了不利的影響。摻加纖維后，再生水穩碎石的抗壓強度增大，建筑垃圾摻量為100%時，摻纖維再生水穩碎石的7d抗壓強度、90d抗壓強度比不摻纖維的再生水穩碎石增大了13.7%、9.7%。纖維在水穩碎石中呈均勻的亂向分布，起到了加筋作用和橋接作用，增強水穩碎石抵抗荷載破壞的能力。

3.2 抗彎拉強度

28d抗彎拉強度試驗結果如表4所示。

由表4可知：隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩碎石的28d抗彎拉強度逐漸減小。不摻加纖維時，100%建筑垃圾摻量再生水穩碎石的28d抗彎拉強度比普通水穩碎石減小了32.6%。這是因為建筑垃圾的壓碎值較大，實際級配偏細，對再生水穩碎石的抗彎拉強度造成了不利的影響。摻加纖維后，不同建筑垃圾摻量再生水穩碎石的抗彎拉強度均增大，建筑垃圾摻量為100%時，摻纖維再生水穩碎石的28d抗彎拉強度比不摻纖維的再生水穩碎石增大了16.1%。纖維在再生水穩碎石中呈均勻的亂向分布，起到了加筋作用和橋接作用，增強了再生水穩碎石抵抗荷載破壞的能力。

表4 再生水穩碎石的抗彎拉強度試驗結果

4 結論

（1）摻加聚丙烯纖維后，再生水穩碎石的力學性能均有不同程度的提高。建筑垃圾摻量為100%時，摻纖維再生水穩碎石的7d抗壓強度、90d抗壓強度、28d抗彎拉強度分別比不摻加纖維的再生水穩碎石增大了13.7%、9.7%、16.1%。

（2）隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩碎石的力學性能逐漸降低。不摻加纖維時，100%建筑垃圾摻量的再生水穩碎石的7d抗壓強度、90d抗壓強度、28d抗彎拉強度分別比普通水穩碎石減小了19%、15.3%、32.6%。