再生磚骨料在底基層用水泥穩定材料中的應用研究

熊 磊，金 陽，宋宇衡，張 濱，李天龍，朱留莉

(1.江蘇綠和環境科技有限公司，常州 213168；2.常州市政工程設計研究院有限公司，常州 213004)

隨著城鎮化的建設，產生了越來越多的建筑垃圾，尤其是拆遷垃圾，對環境造成了嚴重的負擔[1，2]。隨著新固廢法的出臺，對建筑垃圾的處置以及資源化利用提出了更高的要求，另一方面，在建筑垃圾中占有較高比例的磚垃圾，所制備的再生磚骨料由于吸水率高、成分復雜、強度低等原因，制約了其資源化利用[3-5]。

水泥穩定材料作為硬質路面與土質路基的過渡材料，對骨料性能要求較結構混凝土較低，尤其是路面底基層用水泥穩定材料，因此，如能實現再生磚骨料在水泥穩定材料中的應用，將會極大的拓展再生磚骨料的資源化利用途徑，可真正實現磚垃圾的綠色再生以及經濟的循環發展，并減少大量天然骨料的使用，具有重要的經濟意義與社會意義[6]。

使用再生磚骨料制備水泥穩定材料，考察了磚骨料使用量、不同級配磚骨料摻和比例、水泥用量等因素對水泥穩定材料最佳含水率、最大干密度以及7 d無側限抗壓強度的影響。通過與標準要求對比，分析再生磚骨料制備的水泥穩定材料在路面底基層中應用的可行性。

1 試 驗

1.1 原材料

1) 水泥：采用盤固PO42.5水泥，比表面積342 m2/kg，3 d抗壓強度為25.6 MPa，28 d抗壓強度48.5 MPa，其性能滿足GB175—2007標準的相關要求。

2) 再生砼骨料1(簡稱砼246)：顆粒級配5～31.5 mm，壓碎值19，針片狀含量1%，篩分析見表1。

3) 再生砼骨料2(簡稱砼瓜子片)：顆粒級配5～20 mm，壓碎值16，針片狀含量2%，篩分析見表1。

4) 再生砼骨料3(簡稱砼0～7)：顆粒級配0～7 mm，篩分析見表1。

5) 再生磚骨料1(簡稱磚246)：顆粒級配5～31.5 mm，壓碎值28，針片狀含量2%，篩分析見表1。

6) 再生磚骨料2(簡稱磚0～14)：顆粒級配0～14 mm，篩分析見表1。

表1 再生骨料級配

1.2 試驗方案及方法

使用再生磚骨料制備水泥穩定材料，通過與再生砼骨料進行對比，考察不同的再生磚骨料使用量條件下所制備的水穩最佳含水率、最大干密度以及7 d無側限抗壓強度變化；調整不同級配磚骨料摻和比例，根據水穩7 d無側限抗壓強度變化，優選最佳摻和比例；測試不同水泥用量條件下，使用再生磚骨料制備的水穩試件7 d無側限抗壓強度，分析水泥用量對水穩試件7 d無側限抗壓強度的影響，并根據水泥用量與7 d無側限抗壓強度關系擬合曲線公式，為實際工程中不同等級道路路面底基層用水泥穩定材料選取適宜的水泥用量提供依據。

擊實試驗、試件成型、養生及7 d無側限抗壓強度檢測方法按照JTG E51—2009《公路工程無機結合料穩定材料實驗規程》中的規定進行，其中擊實試驗采用重型擊實。

2 結果與分析

2.1 磚骨料使用量對水穩性能的影響

分別使用純再生砼骨料、磚246取代砼246、純磚骨料制備水穩材料，固定水泥用量5%，材料配比見表2，考察不同磚骨料使用量條件下的水穩性能。

表2 再生水穩配合比/%

圖1為不同種類與粒級骨料合成的級配曲線，從中可以看出編號1、編號2、編號3的實際通過率均在規范上限與規范下限之間，趨于規范中值，以考察在級配較為一致的條件下，磚骨料的用量對再生水穩性能影響，結果見表3。

表3 磚骨料使用量對水穩性能影響

從表3中可以看出，再生水穩的最佳含水率隨著磚骨料用量增加而增大，這是由于磚骨料吸水率較高所致，最大干密度隨著磚骨料用量增加逐漸降低。且隨著磚骨料用量增加，再生水穩7 d無側限抗壓強度減小，強度變異系數增大(均滿足標準中變異系數≤15%的要求)，這說明與砼骨料相比，使用磚骨料制備的水穩強度值比較離散。

2.2 不同級配磚骨料摻和比例對水穩性能的影響

固定水泥用量4%，改變磚246與磚0～14比例，分別為20%∶80%、40%∶60%、60%∶40%，考察所制備材料的水穩性能變化，結果如表4所示。

表4 磚骨料摻和比例對再生磚骨料水穩性能的影響

由于磚骨料中細集料吸水率較粗集料要高，上述三種配比，編號1的細集料含量最大，編號2次之，編號3細集料含量最小，導致最佳含水率結果編號1>編號2>編號3。

從表4中可以看出7 d無側限抗壓強度編號1<編號3<編號2，這是由于無側限抗壓強度主要來源于水泥砂漿對骨料顆粒的粘結作用，相同水泥砂漿量的情況下，編號1即磚骨料246∶磚骨料0～14=20%∶80%時，水穩結構細顆粒含量多，比表面積大，而編號2、編號3中粗顆粒含量多，比表面積小，從而平均骨料表面下包裹的水泥砂漿量編號1<編號2<編號3，但同時，編號3粗顆粒含量過多，細集料無法填充粗顆粒之間的空隙，導致空隙較多，空隙部分由于沒有水泥砂漿包裹而形成缺陷，而編號2即磚骨料246∶磚骨料0～14=40%∶60%時，水穩結構中既有較多的細顆粒填充于粗骨料之間的空隙，又有一定的水泥砂漿包裹著骨料顆粒，因此無側限抗壓強度最高。

2.3 水泥用量對再生水穩性能的影響

固定磚246與磚0～14比例為40%∶60%，改變水泥用量分別為3%、4%、5%、6%，考察所制備材料的水穩性能變化，結果如表5所示。

表5 水泥用量對再生磚骨料水穩性能的影響

圖2給出了水泥摻量與再生磚骨料水穩7 d無側限抗壓強度的關系，從中可以看出，隨著水泥用量增加，所制備的再生磚骨料水穩7 d無側限抗壓強度逐漸增大，根據曲線擬合公式Rd=0.48·C+0.54(C為水泥用量，%)，可為實際工程中不同等級的道路用水泥穩定材料選取適宜的水泥用量。

對比表6(標準JC/T2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料》中對城鎮道路底基層強度要求)，發現水泥摻量3%時，使用磚骨料制備的水泥穩定材料滿足其他等級道路底基層要求，當水泥摻量為4%時，所制備的水泥穩定材料滿足主干路及其他等級道路底基層要求，當水泥摻量為5%～6%時，所制備的水泥穩定材料可滿足快速路底基層要求。

表6 底基層用水泥穩定材料7 d無側限抗壓強度 /MPa

3 結 論

a.再生水穩材料的最佳含水率隨著磚骨料用量增加而增大，最大干密度隨著磚骨料用量增加逐漸降低。且隨著磚骨料用量增加，再生水穩7 d無側限抗壓強度減小，強度變異系數增大。

b.隨著磚骨料中細集料摻量增加，最佳含水率逐漸增大；當磚246∶磚0～14的比例為40%∶60%時，所制備的水穩試件7 d無側限抗壓強度最高。

c.隨著水泥用量增加，所制備的再生磚骨料水穩試件的7 d無側限抗壓強度逐漸增大，根據曲線擬合公式Rd=0.48·C+0.54(C為水泥用量，%)，可為實際工程中不同等級的道路用水泥穩定材料選取適宜的水泥用量提供依據。對比標準JC/T2281—2014《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料》中對城鎮道路底基層強度要求，當水泥摻量3%時，使用磚骨料制備的水泥穩定材料滿足其他等級道路底基層要求，當水泥摻量為4%時，所制備的水泥穩定材料滿足主干路及其他等級道路底基層要求，當水泥摻量為5%～6%時，所制備的水泥穩定材料可滿足快速路底基層要求。