水穩再生骨料路面基層抗壓性能試驗研究

陳麗

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 510880）

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，一些建筑拆舊工作也在持續進行，建筑拆舊會產生大量的廢棄混凝土，直接丟棄容易造成環境污染和資源浪費。在節能環保的發展理念下，按照裂解、清洗、粉碎、過篩等工藝流程加工處理后，可以從廢棄的混凝土中篩選出優質材料，而其中的粗、細砂石骨料頗有利用價值，可以用作公路工程再生骨料以代替天然骨料。為充分提升廢棄混凝土的利用價值，必須強化性能試驗并對其可行性進行評價。在此基礎上，對其進行合理利用。

1 再生骨料的特性分析

再生骨料主要包括粗骨料和細骨料，是混凝土原材料的重要成分，采用適當的骨料可以形成混凝土的骨架，從而確保混凝土結構有足夠的強度和穩定性。相比于天然骨料，再生骨料的組成成分要復雜得多，而且在對廢棄混凝土塊做裂解、粉碎處理過程中，外部的影響導致材料的內部出現大量的微裂紋，這都與天然骨料不同[1]。

1.1 再生骨料的表觀密度

在自然條件下，材料的單位體積質量即表觀密度。某組再生骨料的表觀密度情況見表1。分析發現，相比于天然骨料，再生骨料的表觀密度更小。

表1 再生骨料的表觀密度單位：g/cm3

1.2 再生骨料的吸水率和含水率

天然巖石的孔體積較小，吸水率較低，而再生骨料的表面粗糙而且顆粒棱角豐富。在對混凝土塊做解體、破碎處理時，會受到較強的外部作用力，導致材料中產生諸多微裂紋。在這種情況下，再生骨料的孔數量增加，從而有更高的吸水率。此外，采用破碎混凝土塊的方法獲取再生骨料時，不可避免地會夾雜泥土和泥塊。如果不采取水洗措施，將造成再生骨料的吸水率升高，從而影響再生骨料的正常使用。

再生粗骨料具有低表觀密度和高吸水率的突出特征，之所以存在此現象，與骨料表面附著的廢舊砂漿有密切的關聯。在相同批次的再生骨料中，隨著骨料粒徑的增加，其表觀密度呈增加的趨勢，同時還具有孔隙率低、吸水率低的特點。結果表明，相同批次的再生粗骨料在密度方面幾乎保持一致，由于孔隙率的增加，該材料的表觀密度降低，并且在整個變化過程中，吸水率呈規律性的上升。如表2所示，以某組吸水率試驗數據展開分析，可以發現再生骨料的表觀密度降低時，該材料的吸水率明顯提升。

表2 不同表觀密度的再生骨料的吸水率

再生骨料的吸水率高，因此在混凝土拌和過程中需要投入更多的拌和用水（相比天然骨料而言），拌和的水泥用量也相應增加。拌制完成后，混凝土會有較為明顯的坍落度損失。如果控制不好，會對混凝土的性能造成很大的影響。因此，相關人員在配合比設計時，要充分考慮到該特殊性，確保材料的用量充足。

1.3 再生骨料的壓碎指標

再生粗骨料抵抗壓碎的能力可用壓碎指標進行評估，確定該項指標后可以間接推算其強度。

再生粗骨料的強度受礦物組成、吸水性、孔隙率等多項因素影響，同時由于原狀顆粒、次生顆粒含量的不同，材料的壓碎指標值也不盡相同。由于加工生產的特殊性，再生粗骨料的表面通常包裹砂漿，相比天然骨料而言其組成成分更加復雜。在日常使用中，應充分考慮孔隙率高和吸水性強的特點。從壓碎指標來看，再生骨料比天然骨料更好，且還需注意的是再生骨料的各項指標有較大的變異系數[2]。由于顆粒成分的多樣性和復雜性，使得再生骨料的組成并非單一的顆粒，而是包含多種顆粒于一體的混合物。

1.4 再生骨料的容重和孔隙率

容重是評估骨料在堆積狀態下孔隙率的重要指標，因此容重的高低主要受到骨料堆積的緊密程度影響，而骨料的尺寸、顆粒形狀等將在很大程度上決定骨料的壓緊狀態。單一粒徑的顆粒僅能夠堆緊至特定的程度，骨料間難免存在空隙，密實性相對較低；而在多種粒徑顆粒的組合方式下，部分空隙將由小顆粒填充，材料的密實性提升，容重有所增加。在分析中，將1300kg/m3作為再生骨料的容重。

在再生骨料中有豐富的毛細孔，且孔徑變化幅度較大。這些孔徑的形態多樣，有的擴展至骨料的表面，有的封閉在骨料的內部。由于再生骨料的含孔狀態不同，其化學穩定性、抗磨性等方面也存在差異，制備而成的混凝土的抗凍性也各不相同。

2 公路路面基層的功能要求

隨著社會和經濟的不斷發展，我國高等級公路建設工作正在如火如荼地進行著。這類公路的施工質量要求較高，一般采用半剛性基層路面，材料包含石灰穩定粒料類、水泥穩定粒料類等。此類材料建設的基層兼具高強度、高耐久性等特征，深受工程技術人員的青睞，因此應用頻率也在逐步提高。

二灰碎石是公路半剛性基層的重要材料，其強度較高、對車輛荷載的抵抗能力較強，能夠較好地與路面剛度相匹配，建設成型后可降低面層的拉應變和拉應力，從而保證面層的完整性和受力的穩定性，防止短時間內出現開裂的問題。此外，以二灰碎石為原材料制成的混凝土還具有抗凍、水穩性突出的性能表現。得益于二灰碎石的優質特性，其在公路路面基層的建設中取得廣泛的應用[3]。廢棄混凝土加工后產生的再生骨料不具備過高的強度，如果沒有采取特殊的強化措施，再生混凝土會因缺乏足夠的強度，而無法適用于高強度施工。從實際經驗來看，道路基層所需的強度較低，在此工程建設條件下，若能夠應用廢棄混凝土中的再生骨料，將收到變廢為寶的效果，此時的再生骨料可替代二灰碎石，符合集約化的工程建設理念。

因此，在二灰碎石基層的施工中，可以采用再生骨料替代天然骨料。為檢驗這種方法的可行性，組織抗壓性能試驗，檢驗以再生骨料為材料制作的二灰碎石基層的質量，加深對該項材料工程性能的認識。

3 再生骨料二灰碎石的性能試驗方法及結果分析

3.1 原材料的選取

消石灰試驗結果，見表3。根據表3可知消石灰的各項指標均達到要求。為檢驗再生骨料在制備二灰碎石基層時的應用優勢，將有針對性地對骨料做性能指標試驗。為更好地進行對比分析，試驗采用1 種天然骨料和2 種再生骨料。試驗結果顯示，再生骨料表面的水泥砂漿多孔，對水分的吸收能力較強。由于此特性，無論是含水量還是飽和面干吸水率均超過天然碎石。從強度來看，再生骨料的表面附著水泥砂漿顆粒，強度相對較低，對外部作用力的抵御能力有限，易被壓碎，由此可以發現再生骨料的壓碎指標要高于天然骨料。

表3 消石灰技術指標測試結果

3.2 試驗方案

取2 種不同強度的再生骨料和1 種天然骨料，將其作為基礎材料，分別制作二灰碎石，再檢驗各自的性能。3 種二灰碎石混合料的配合比保持一致，均按照石灰∶粉煤灰∶骨料=6∶12∶82 的用量比例予以控制。在此基礎上，額外按照2%的摻量摻入專用早強劑，制作一組含有早強劑的試件。應用該材料提高二灰碎石混合料的早期強度，并與其他各組試件做對比分析。

3.3 室內試驗

取高強度和低強度的再生骨料、天然砂石，用三類材料分別制作二灰碎石，再對各組混合料做以下幾項試驗，以便根據各組試驗的結果系統性地評價再生骨料的應用情況。

3.3.1 無側限抗壓強度試驗及分析

首先組織擊實試驗，根據試驗結果確定最佳含水量和最大干密度，再以此為依據制備二灰碎石試件。在常溫條件下安排養護，養護至最后1 天時，將其置于水中做浸泡處理，持續該狀態直至試件達到規定的齡期為止。經前述處理后，組織無側限抗壓強度試驗，各類試件在7d、28d 兩種齡期條件下的具體數據見表4。

表4 無側限抗壓強度試驗結果

分析發現，相比規范中7d 齡期達到0.80MPa 的要求，無論是再生骨料還是天然骨料制作的二灰碎石，均能夠達到要求。隨齡期的延長，實際測定的無側限抗壓強度有增加的趨勢。對比分析未摻早強劑的各組試件的無側限抗壓強度，可以發現再生骨料二灰碎石明顯高于天然骨料二灰碎石，其中又以高強再生骨料二灰碎石最為突出。通過早強劑的應用，可促進二灰碎石早期強度的大幅提高，但不同于對無側限抗壓強度增長的促進。從7d、28d 齡期的天然骨料二灰碎石來看，由于早強劑的應用，各自的無側限抗壓強度的增幅均在90%以上，但再生骨料二灰碎石則與之存在差異，即7d、28d 齡期的該無側限抗壓強度的增幅均在50%以內。而對于高、低兩種強度的再生骨料二灰碎石，早強劑對兩者的增強效果也有所差異，由于低強度再生骨料二灰碎石的強度較低，有較大的進步空間，因此早強劑對此類材料的增強效果更為顯著。

3.3.2 間接抗壓強度試驗及分析

按最佳含水量和最大干密度制備二灰碎石試件，養護至最后一天時對試件做浸泡處理，滿足齡期要求后組織試驗，用于測定各組二灰碎石的間接抗壓強度。匯總試驗數據見表5。根據試驗結果對間接抗壓強度做對比分析可以發現：7d 齡期時，相比天然骨料二灰碎石，高強再生骨料二灰碎石的間接抗壓強度更高，低強度再生骨料二灰碎石的間接抗壓強度則更低；齡期達到28d 時，高、低強度的再生骨料二灰碎石的間接抗壓強度均有較大幅度的增加，在此方面均超過天然骨料二灰碎石。

表5 間接抗壓強度試驗結果

3.3.3 室內抗壓回彈模量試驗及分析

試驗齡期取7d，分別對制作成型的試件做室內抗壓回彈模量試驗，得到各組試件的試驗結果，見表6。經過對表中數據的對比分析可以發現，對于室內抗壓回彈模量而言，三類骨料制作的二灰碎石在此方面雖然存在差異，但幅度甚微，總體來看實測值幾乎相當，表明二灰碎石的室內抗壓回彈模量并不會由于二灰碎石種類的不同而顯現出過大的差異。

表6 室內抗壓回彈模量試驗結果單位：MPa

4 結語

綜上所述，廢棄混凝土加工處理后可獲得再生骨料，此類材料的性能表現較佳，具備替代部分乃至全部天然骨料的能力，是一種可應用于路面基層施工中的優質材料。在保證二灰碎石質量的基礎上，廢棄混凝土的應用可提高廢棄材料的利用水平，具有較高的經濟效益和生態環境效益。經過多項試驗數據分析，加深對廢棄混凝土再生骨料應用效果的認識，認為該材料制作的二灰碎石基層的性能表現并不遜色于天然骨料。因此，妥善應用再生骨料，將為公路路面基層的施工提供重要的材料支持，達到資源集約化利用、高質量環保建設的效果。