建筑垃圾再生混合料在道路基層應用研究

陳康康

（新疆農業(yè)大學交通與物流工程學院，新疆烏魯木齊 830052）

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，產生了大量由建筑物拆除以及舊路面改造產生的建筑垃圾，拆遷產生的建筑垃圾若采用傳統(tǒng)的露天堆放或填埋處理，必將造成嚴重的環(huán)境污染，與“碳中和、碳達峰”理念背道而馳。由于低等級道路基層、底基層在使用無機結合料穩(wěn)定材料時對其強度要求較低，且隨公路等級越低以及路面結構層越靠下，所需材料強度越低，因此將建筑垃圾再生骨料用于半剛性基層是當前建筑垃圾資源化的一種有效途徑。

1 原材料指標

聚丙烯纖維是以丙烯聚合得到的等規(guī)聚丙烯為原料紡織而成的合成纖維，目前廣泛用于土木工程、水利工程及公路工程行業(yè)中，聚丙烯化學式為CH3-CH=CH，抗酸堿性高，導熱性低，抗低溫性強，無吸水性，安全無毒，密度0.91g/cm3，抗拉強度745MPa，單絲直徑20 μm，極限延伸率20%，彈性模量7.2GPa，熔點166℃，能均勻分散于混合料中，形成一種亂向支撐體系，能阻止混合料裂縫的產生和發(fā)展，本研究所用束狀單絲聚丙烯纖維長度為9mm。

2 試驗方案

分別以3%、4%、5%和6%的水泥劑量對建筑垃圾再生混合料進行穩(wěn)定，根據《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）采用振動擊實法測得混合料的最佳含水率和最大干密度，根據所確定的最大干密度和最佳含水率按照靜壓成型法成型φ150mm×150mm 的圓柱體試件，進行標準養(yǎng)護7d、28d 和90d，對無側限抗壓強度、劈裂強度和抗凍性均采用圓柱體試件，再根據力學性能選擇水泥劑量，采用體積摻量法添加0.06%、0.08%和0.1%的聚丙烯纖維，為了防止纖維結團，采用干拌法打散混合加入，以改善混合料的抗裂性能。

3 試驗結果與分析

3.1 擊實特性

采用振動壓實試驗方法測得水泥穩(wěn)定建筑垃圾混合料的最大干密度和最佳含水率。水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料具有同水泥穩(wěn)定碎石一致的變化規(guī)律，隨水泥劑量增大，最大干密度和最佳含水率均線性增大，水泥劑量每提高1%，最大干密度約增大0.011g/cm3，最佳含水率約增大0.1%。原因是隨著水泥劑量的提高，混合料中水泥漿含量增加，增強了骨料之間的潤滑性，同時填充混合料內部孔隙，增加了混合料的密實度，水泥具有較強的吸水性，整體增加了混合料的吸水率。

3.2 無側限抗壓強度

混合料的無側限抗壓強度結果顯示不同齡期抗壓強度均隨水泥劑量增加而線性增大，7d齡期時，抗壓強度為4.6～6.6MPa，能夠較好滿足二級及二級以下公路不同交通量對基層強度大于2.0MPa 的要求，可見廢棄混凝土類建筑垃圾再生粗骨料有非常高的工程應用價值。混合料的抗壓強度隨齡期增長而增大，前期增長較快，后期增長緩慢，7d 抗壓強度達到90d 抗壓強度的58.4%～64.8%，28d 抗壓強度達到90d抗壓強度的85.1%～96.8%，基本在前28d 形成強度，主要是因為水泥在前期水化反應劇烈，產生的膠凝物質猛烈增多，促進了骨料之間的粘結，大幅提高了混合料的抗壓強度，28d 后未水化的水泥已經很少了，致使在28d～90d 養(yǎng)護期間，混合料的抗壓強度增長不大。

3.3 劈裂強度

道路基層不僅是道路的主要承重層，同時也要承受一定的拉應力，基層材料抗拉性能越強，有利于抵抗行車荷載作用下基層底部產生的拉應力，越不容易產生反射裂縫，有益于延長道路使用壽命。而劈裂強度表征混合料的抗拉性能，劈裂強度結果顯示不同齡期劈裂強度均隨水泥劑量增加而線性增大，同時隨齡期增長而增大，具有同抗壓強度一致的規(guī)律，基本在前28d 形成強度，7d 劈裂強度達到90d 劈裂強度的58.4%～64.8%，28d 劈裂強度達到90d 劈裂強度的85.1%～96.8%，主要是因為同抗壓強度一致。

3.4 抗凍性

抗壓強度殘留比隨水泥劑量增加而增大，質量損失率隨水泥劑量增加而減小，其中低水泥劑量時變化更顯著，水泥劑量3%提高至4%，抗壓強度殘留比增大1.02%，質量損失率減小0.15%，水泥劑量4%提高至5%，抗壓強度殘留比增大0.36%，質量損失率減小0.05%，而水泥劑量由5%提高至6%，對抗壓強度殘留比和質量損失率幾乎沒影響。主要原因是低水泥劑量水化反應產生的膠凝物質含量較少，存在局部區(qū)域膠結作用較弱，導致混合料內部變異性增強，存在的薄弱界面較多，易受到凍脹壓力破壞。而當水泥劑量增加后，產生更多膠凝物質，大幅改善薄弱界面區(qū)域，強烈的膠結作用增強混合料的整體性，而當水泥劑量繼續(xù)增加，水泥漿含量基本飽和，極少在由于膠結作用導致的薄弱界面區(qū)，凍脹壓力不足以破壞混合料的內部結構。

4 結論

通過對水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料進行力學性能、抗凍性和抗裂性能改善的試驗分析，得出以下結論：

（1）廢棄混凝土類建筑垃圾再生粗骨料各項指標均符合二級及二級以下公路基層原材料技術要求，可實現大規(guī)模工程應用；

（2）水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生混合料具有同水泥穩(wěn)定碎石相似的路用性能變化規(guī)律，在4%水泥劑量，建筑垃圾摻量69%配比下的力學性能和抗凍性良好，可適用于不同交通量等級的二級及二級以下公路基層；

（3）聚丙烯纖維對抗壓強度和劈裂強度均有顯著提高作用，最優(yōu)摻量為0.08%。