廢舊水泥混凝土再生集料在公路工程中的應(yīng)用探究

劉逢濤 周曉雨

（1.中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056000；2.中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京 100088；3.公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)新材料技術(shù)應(yīng)用交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，北京 100088）

廢棄水泥混凝土材料具有強(qiáng)度高、剛度大的優(yōu)點(diǎn)，將廢棄的水泥混凝土材料再生利用于新建道路墊層中，一方面可以減少處理水泥混凝土垃圾對生態(tài)環(huán)境的破壞污染，另一方面可以代替筑路原材料中的天然砂石，減少石料開采，保護(hù)“金山銀山”，將廢棄水泥混凝土材料變廢為寶。綜上所述，對廢棄水泥混凝土再生集料用于公路墊層的路用性能開展研究，符合環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對于實(shí)現(xiàn)廢舊資源的可持續(xù)利用具有重要意義。

一、舊水泥混凝土再生工藝分析

舊水泥混凝土集料的再生工藝按照機(jī)動性可以分為固定式再生設(shè)備和移動式再生設(shè)備，可根據(jù)再生處理現(xiàn)場需要酌情選擇。這兩種再生工藝的組成部分相同，主要是由鄂式破碎機(jī)、振動給料機(jī)、振動篩及相應(yīng)的傳輸設(shè)備組成。

本文采用PE500×700鄂式破碎機(jī)將舊水泥混凝土板進(jìn)行兩次破碎處理之后，通過振動給料器進(jìn)行篩分。粒徑4.75mm以下部分可作為再生細(xì)集料，4.75mm～9.5mm、9.5mm～31.5mm部分作為再生粗集料，粒徑大于31.5mm的舊水泥混凝土需要二次破碎處理。

二、再生材料物理力學(xué)性能探究

（一）再生粗集料物理力學(xué)性能指標(biāo)

再生粗集料物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。由表可知，再生粗集料除吸水率外，其他物理性能指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求，究其原因可能是再生粗集料表面包裹著吸水率較高的砂漿；再生粗集料各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，但其壓碎值較大，說明再生粗集料形狀較為不規(guī)則，且在再生集料的生產(chǎn)過程中部分碎石被再次破碎出現(xiàn)裂紋，在壓碎值試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)致壓碎值較大。

表1 再生粗集料物理力學(xué)性能指標(biāo)

（二）再生細(xì)集料物理力學(xué)性能指標(biāo)

再生細(xì)集料物理力學(xué)性能指標(biāo)如表2所示。由表可知，再生細(xì)集料的各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求，且其堅(jiān)固性比再生粗集料的堅(jiān)固性大；再生細(xì)集料吸水率是再生粗集料吸水率的2.8倍，說明有相當(dāng)部分的水泥砂漿存在于再生細(xì)集料中；再生細(xì)集料棱角性良好，粗糙度較大。

表2 再生細(xì)集料物理力學(xué)性能指標(biāo)

三、再生材料混合料性能研究

（一）再生集料配合比選取

結(jié)合以往試驗(yàn)研究及工程經(jīng)驗(yàn)，再生集料級配如表3所示。

表3 再生集料配合比

（二）再生集料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)分析

通過重型擊實(shí)試驗(yàn)分析再生集料的抗壓強(qiáng)度。在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)過程中，大粒徑的集料很容易被擊碎，且填補(bǔ)在空隙中，形成更為緊密的結(jié)構(gòu)；通過旋轉(zhuǎn)可以進(jìn)一步壓實(shí)集料結(jié)構(gòu)，較為真實(shí)地模擬了路面成型的過程及受到交通荷載的受力狀況。分析旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)與試件強(qiáng)度的關(guān)系，得出最大干密度與試件強(qiáng)度的關(guān)系如表4和圖1～圖2所示。

表4 壓實(shí)次數(shù)與最大干密度、試件抗壓強(qiáng)度

圖1 壓實(shí)次數(shù)與最大干密度的關(guān)系

圖2 壓實(shí)次數(shù)與試件抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

結(jié)果表明：隨著旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)的增加，試件強(qiáng)度和干密度均逐漸提高，但增長率逐漸降低，當(dāng)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)到達(dá)80次之后，試件強(qiáng)度和干密度趨于穩(wěn)定，幾乎不再增長。

（三）再生集料在碎石墊層施工過程中的質(zhì)量控制

碎石墊層具有提高路面承載能力、減少車轍的形成、快速排水等特點(diǎn)。為了滿足以上要求，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制碎石墊層的施工過程，保證其各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

1.壓實(shí)度

通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)可知，壓實(shí)次數(shù)與混合料強(qiáng)度有著緊密的聯(lián)系，必須經(jīng)過充分壓實(shí)，才能保證碎石墊層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。而施工過程中的壓實(shí)度與碾壓工藝、混合料的含水量都有關(guān)系。因此，在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，既不能壓實(shí)不足而影響結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度，更不能過度壓實(shí)而影響其排水性能。

2.含水量

含水量對墊層施工過程影響極大，合理的含水量能夠快速形成板體結(jié)構(gòu)，避免集料離析，通常從以下兩方面控制碎石墊層的含水量：一方面，控制拌和場的含水量，結(jié)合天氣、氣候等條件及時(shí)調(diào)整混合料的配合比及含水量；另一方面，在攤鋪完成后，結(jié)合混合料的實(shí)際含水量，通過適當(dāng)補(bǔ)水或自然風(fēng)干等手段使墊層達(dá)到最佳含水率，再開展碾壓作業(yè)。

3.級配檢驗(yàn)

級配是碎石墊層路用性能的基礎(chǔ)，保證級配是施工控制的重點(diǎn)。級配控制可以分為兩部分：一是攪拌廠出料口的級配檢驗(yàn)，二是攤鋪完成但未進(jìn)行碾壓的混合料級配檢驗(yàn)。

四、結(jié)語

廢舊水泥混凝土再生集料除吸水率指標(biāo)不能滿足規(guī)范要求外，其余各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。由集料強(qiáng)度試驗(yàn)可知，壓實(shí)次數(shù)與試件的干密度、強(qiáng)度有著直接的聯(lián)系，但并不是壓實(shí)次數(shù)越多越好，過度壓實(shí)會將一些大粒徑集料壓碎，影響集料透水性能。碎石墊層的路用性能狀況將直接影響路面性能，因此再生集料在碎石墊層施工過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制級配、含水量和壓實(shí)度。