不同級配下，振動壓實對再生磚渣骨料最大干密度及強度影響的研究

陳雪冬

北京中建建筑科學研究院有限公司 北京 100000

引言

近幾年，隨著國家“節能減排”的方針的提出，天然建筑砂石的產量隨之減少，為了迎接新一輪基建大潮的來臨，解決建筑材料短缺及建筑固廢處理的問題。建筑垃圾再生利用受到國家和各地政府的支持，特別是2020年5月，住建部印發《關于推進建筑垃圾減量化的指導意見》和《施工現場建筑垃圾減量化指導手冊（試行）》作為當前和今后指導建筑垃圾源頭減量化工作的重要文件；更為重要的是2020年9月即將施行的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》指引固廢管理踏上新征程，由此可見，建筑垃圾資源化仍然是2021年的大熱項目[1-2]。

再生料有存量大、自重輕、級配分布范圍廣、價格低廉等優點。其工作性能經過一定配比設計可以直接應用于二級以下道路工程，公園步道工程的基層與底基層的鋪筑。秦善勇[3]等對再生料在水泥穩定類基層中的應用進行試驗研究，得出懸浮密實型級配7d無側限抗壓強度及劈強度均優于骨架密實型級配，且確定了7%的最佳水泥摻量。陸軍[4]將重型擊實法與振動壓實法進行比較，根據試驗過程中壓實功的不同得出振動壓實法通過模擬工程現場振動壓實的條件，從而達到了與實際的工程現場一致的效果。王波[5]等研究了攪拌對再生骨料的破碎的影響，再生骨料在行星攪拌機中會發生磨耗與破碎現象，破碎后的再生骨料級配發生了明顯變化。張庭順于室內大型固結儀對建筑垃圾再生材料開展了壓縮試驗，對比分析了建筑垃圾再生材料和純磚材料的孔隙比與荷載、壓縮系數與荷載、孔隙比與壓實度、壓縮系數與壓實度關系。試驗結果表明：建筑垃圾再生材料的變形發生在荷載施加的瞬間，在各級荷載下累計變形曲線呈“臺階”狀增長，壓實度對壓縮參數影響較大，壓實度從90%到96%過渡時建筑垃圾再生料由中等壓縮性變化為低壓縮性，相比純磚填料配比建筑垃圾填料具有較好的壓縮性能，可應用于高速公路填方中。

再生骨料由于壓碎值較大，在振動壓實后也會產生破碎現象，破碎后的再生骨料在級配上也會發生變化，從而影響路用使用性能。其次，由級配碎石為主要骨料的無機結合料，往往因為骨料吸水率較低，在過振情況下導致水分析出，影響無機結合料強度，而磚渣由于吸水率較高，振動壓實對于結合料中水分的影響也不相同。因此，研究不同級配下，振動壓實對再生骨料破碎影響的研究，對確定現場壓實參數，研究再生磚渣骨料路用性能具有實際的意義。

1 試驗原材料及性能試驗

1.1 再生骨料試驗性能

再生骨料由北京都市綠源環保科技有限公司生產，所選材料為紅磚磚渣，工程粒徑為：5-10mm（G11）、10-20mm（G8）、20-40mm（G1）、0-5mm（XG3）；粒級范圍滿足規范要求，壓碎值為48%，吸水率為36%。

1.2 水泥試驗性能

水泥為P.O42.5，生產廠家為：北京金隅水泥經貿有限公司；3天抗壓強度為：25.6MPa；28天抗壓強度為：46.8MPa。

2 再生骨料級配組成

2.1 連續級配組成

根據規范JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》表4.5.2選取二級以下公路基層推薦的級配范圍C-A-3，推薦級配范圍曲線如圖2所示。根據單粒級篩分結果和目標級配C-A-3級配范圍，對各粒級進行配合比設計，所得連續粒級摻配比例：

表1 連續級配摻配比例表

表2 間斷級配摻配比例表

表3 單粒級級配摻配比例表

表4 各級配實驗結果匯總表

2.2 間斷級配組成（質量比）

間斷級配采取去掉某一粒級，量其摻配比例：

2.3 單粒級級配

3 再生骨料振動壓實試驗

3.1 研究目的

以不同級配的定量再生骨料在不同振動壓實功的作用下，研究材料破碎及級配變化對最大干密度及強度影響的情況。

3.2 設備選用

振動壓實機是依照振動壓路機的壓實原理設計，分為上車和下車系統，調節振動壓實機的上下車的配重塊數、偏心塊夾角和變頻器的頻率。對于傳統無機結合料穩定粒料一般選用面壓力約0.1MPa，激振力約6800N，振動頻率約為28～30HZ的振實條件。

考慮到級配再生料受振破碎率遠高于級配碎石，為能清晰證實文中論點，該試驗采取面壓力0.1MPa，激振力5000N，振動頻率20～25HZ的振實條件。由于高含水對傳統級配碎石所拌和的無機結合料振動壓實過程影響顯著，高含水率下壓頭起跳現象很難出現，振動時間太長會使試料大量擠出，但是再生骨料，特別是磚渣再生骨料吸水率較大，高含水對無機結合料影響較小，故在振動過程中依舊以壓頭回彈跳起為達到最大壓實效果的控制條件。

3.3 試驗步驟

該試驗是根據規范JTG E51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中T0842-2009無機結合料穩定材料振動壓實方法進行試驗。確定其最大干密度，最佳含水量。待確定最大干密度后，采用JTG E51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中T0834-2009進行試件成型，通過標準養護后測其7天無側限抗壓強度。

圓柱型試件是無機結合料穩定材料物理力學性能試驗的基本形狀之一，是無測限抗壓強度的標準試件，高徑比為1∶1，由于再生磚渣無機結合料壓碎值較小，在靜壓制件過程中，應注意試件成型狀態，對于試件在脫模過程中應注意輕拿輕放。

3.4 試驗結果

圖1 各級配干密度變化曲線圖

4 結論

相對于碎石而言，磚渣強度較低，壓碎值在50%左右，振動壓實對骨料級配造成了影響，連續級配的骨料在經過振動效果破碎后可形成中間粒級較多的間斷粒級。間斷粒級的骨料在經過振動壓實效果破碎后可形成連續級配。

集料破碎可吸收一定的振動做功，在實際試驗過程中，粗骨料比例較大的配比達到最大干密度狀態所需做功時間較長，單能達到優于連續級配的最大干密度從而得到較大的抗壓強度。由此可見，在實際應用過程中，應提高粗骨料摻配比例，增加壓實遍數可達到最優效果。

細骨料比例較大的級配，經過振動壓實效果破碎后更進一步增大了比例，因此在相同做功時間來看，無機結合料開始出現翻漿，產生過振現象，實際應用過程中，應減少細骨料的用量，如果含量較多，減少碾壓遍數。

在以上級配范圍內除單粒級外，連續級配與間斷級配經過靜壓養護后，均能達到大于5MPa的強度，由此可見，再生骨料也是一種優秀的路用材料，其對級配的敏感程度遠低于碎石。

5 結束語

通過以上研究可知，再生磚渣可作為路用填料用以參配無機結合料，但是磚渣材料本身吸水率及壓碎值均較高，采用傳統的壓實工藝容易造成再生磚渣無機結合料內部結構變化，粗骨料顆粒碎裂，從而改變材料級配，降低使用性能。但是，通過合理的調整施工工藝參數，將破碎對級配的影響反向考慮到初始的級配設計中去，使其破碎后的級配變化變為最優的材料級配，在使用過程中能達到更好的壓實效果。雖然通過調整級配能達到滿足高速公路、一級公路的抗壓強度，但是磚渣在重載交通量下的耐久性以及吸水后的穩定性仍需進一步的試驗研究，但是作為二級及以下公路、公園道路來說，其路用性能完全能達到標準及實際使用要求，這些再生骨料的規模化應用也將促成國家節能減排政策的加快施行。