全再生水泥穩定碎石混合料級配控制研究

摘要：研究通過對配制的多份混合料進行篩分試驗，獲得配制混合料級配的變異標準差，在以目標級配為中值的基礎上加上或減去變異標準差，作為確定級配控制的上限和下限，比較多份混合料配制級配與擊實成型后級配的變化，獲得廢棄混凝土再生集料在拌和、運輸、成型過程中級配變化的規律，通過對目標合成比例的調整，降低再生集料在生產各環節的級配變異對混合料礦料成型級配的影響，達到全再生混合料礦料級配優化的目的。

關鍵詞：廢棄混凝土再生集料分級級配設計級配優化

ResearchonGradationControlofFullyRecycledCementStabilizedCrushedStoneMixture

YANGYongfu1*SONGWeiwei2CHENDi3JIZhengjun1

1.ShandongTransportationResearchInstitute，Jinan，ShandongProvince，250031China;2.HuanjiBranchofShandongHi-SpeedGroupCo.，Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250000China;3.ShandongLuqiaoGroupCo.Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250014China

Abstract：Byconducting screeningtestsonmultiplemixtures，thevariationstandarddeviationofthegradationofthepreparedmixtureisobtained.Onthebasisoftakingthetargetgradationasthemedian，thevariationstandarddeviationisaddedorsubtractedtodeterminetheupperandlowerlimitsofgradationcontrol.Thechangesingradationafterthecompactionandformingofmultiplemixturesarecomparedtoobtainthelawofintermediategradationchangesofwasteconcreterecycledaggregatesduringmixing，transportation，andforming.Byadjustingthetargetsynthesisratio，theimpactofgradationvariationofrecycledaggregatesontheformationgradationofthemixtureinvariousproductionstagesisreduced，achievingthegoalofoptimizingthegradationoffullyrecycledmixtures.

KeyWords：Wasteconcrete;Recycledconcreteaggregate;Grade;Gradationdesign;Gradationoptimization

隨著社會經濟的發展，早期建設的諸多高速公路已無法滿足日益增長的交通量需求，急需進行道路擴容改建[1]。在高速公路改擴建過程中，由于橋梁技術狀況與新舊技術標準的變化，許多橋梁、涵洞、服務區或收費廣場需要拆除重建，產生大量的廢棄混凝土，這部分廢棄混凝土具有母材強度高、雜物含量低的特點，原位填埋處置會造成嚴重資源浪費，而運至固廢資源廠，會產生大量的運輸成本和能耗[2]。近年來，諸多道路工作者研究將廢棄結構物混凝土進行碎石化加工，應用于路面基層或底基層水泥穩定碎石混合料中，但由于再生集料表面裹附較多水泥漿[3]，在再生水泥穩定碎石混合料拌和、運輸、碾壓過程中，這部分水泥漿在碎石與碎石的碰撞、摩擦及壓路機的碾壓作用下，破碎成較小顆粒或粉狀顆粒，從而導致混合料礦料級配的變化，影響混合料級配嵌擠作用，最終影響混合料力學性能。研究通過室內反復擊實試驗，對比擊實前后礦料級配的變化，由此確定擊實過程中礦料級配變化的規律，利用此規律調整初始礦料級配的設計，以使成型后的礦料級配滿足混合料礦料級配要求，達到良好的礦料級配嵌擠效果。

1再生集料的生產

再生集料的生產主要分為：廢棄混凝土的收集分級、毛料開采、預處理、破碎、篩分、除雜質6個流程[4]。在廢棄混凝土結構物破拆之前，第一步先對不同結構物進行回彈試驗，確定各結構物混凝土的實際強度，將其分為3個強度等級：≤30MPa、30～50MPa、＞50MPa；第二步按照不同強度進行毛料開采，開采后分級存放；第三步對不同分級的毛料進行預處理，使其滿足破碎工藝的要求，主要包括大體積混凝土塊破碎、鋼筋切割、大件雜質的分揀剔除等[5]；第四步，對預處理后的混凝土塊進行兩級破碎；第五步，將破碎完成后的再生集料進行篩分，分為四檔再生集料：20～30mm、10～20mm、5～10mm0～5mm四檔[6]。再生集料生產加工工藝流程如圖1所示。

2 全再生水穩混合料的級配選擇

研究參照《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TE20—201）5中C-B-3的級配范圍，結合多條高速公路施工經驗，考慮礦料級配的嵌擠作用與粗細集料離析風險，對其級配范圍進行相應修正，尤其將關鍵篩孔4.75mm的通過率范圍由原來的22%～32%優化為26%～36%，增加4.75mm以下集料用量，減小混合料粗細集料的離析。全再生水穩混合料礦料級配范圍如表1所示。

3全再生水穩混合料礦料級配優化

3.1再生集料級配

研究采用C30-C50強度混凝土再生集料，采用水洗篩分方法對廢棄混凝土結構物再生的四檔集料進行級配試驗，各檔再生集料級配如表2所示。

3.2全再生水泥穩定碎石混合料級配優化

3.2.1目標礦料級配設計

按照優化確定的級配范圍進行合成礦料級配設計，所得到的各檔集料質量比與合成礦料級配如表3和表4所示。

按照1級全再生目標合成比例配制10份混合料，并對配制后的混合料進行篩分試驗，計算1級配制礦料級配的算數平均值（1級配制級配）和各篩孔通過率的標準差，由1級目標合成礦料級配各篩孔通過率加上或減去篩分試驗所得的各篩孔通過率標準差的2倍獲得混合料礦料級配控制的上限和下限，以此作為混合料成型礦料級配范圍的上限和下限，具體試驗數據如表5所示。

3.2.21級成型礦料級配

將10份篩分后的1級配制混合料分別重新混合后，按照水泥劑量4%，含水量分別為3%、4%、5%、6%、7%進行擊實試驗，擊實完成后，立即進行脫模，水洗篩分，過0.075mm篩，收集>0.075mm集料和<0.075mm粉料，分別烘干、篩分，其中<0.075mm部分減去摻入水泥的質量后加入>0.075mm集料部分，共同參與計算1級成型礦料級配通過率，并計算1級成型礦料級配各篩孔通過率平均值與其同1級配制礦料級配平均值的偏差，以此確定擊實過程中混合料礦料級配的變化規律。具體試驗數據如表6所示。

由表6試驗數據可以看出，再生集料混合料級配變化主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm篩孔處，且整體變異相對較小，由此可以看出，采用不小于C30混凝土再生集料生產水穩混合料過程中礦料級配變異相對較小。

3.2.32級成型礦料級配

由1級成型混合料礦料級配數據看出部分篩孔通過率超出混合料控制級配的上限，根據1級成型礦料級配與1級配制礦料級配的偏差，對1級目標合成比例進行調整，獲得2級目標合成比例及2級目標合成礦料級配，如表7、表8所示。

按照2級目標合成比例配制10份混合料，配制后再進行水洗篩分，獲得2級配制礦料級配，對2級配制礦料級配采用與1級配制礦料級配相同的灰劑量與含水量進行擊實試驗，擊實后獲得2級成型礦料級配，如表9所示。

比較2級成型礦料級配與級配控制上限和級配控制下限，2級成型礦料滿足上下限要求，最終確定2級目標合成比例為最終目標合成比例，2級配制礦料級配為最終目標合成級配。

全再生礦料級配優化依照以上步驟可以進行多循環優化，在2級成型礦料級配仍不滿足級配上下限的要求情況下，可以繼續進行目標合成比例的調整，直至成型級配滿足級配控制上限和級配控制下限的要求為止。礦料級配優化流程見圖2。

4 優化級配混合料性能驗證

為驗證級配優化效果，分別采用1級目標合成級配和2級目標合成級配及其各自的最大干密度和最佳含水量，水泥劑量4%，成型無側限抗壓強度試件，對比兩組試件無側限抗壓強度，2級目標合成級配無側限抗壓強度平均值比1級目標合成級配無側限抗壓強度平均值提高25.6%。無側限抗壓強度數據如表10所示。

5結語

本文通過對廢棄混凝土再生集料在水泥穩定碎石混合料的級配變化研究，確定了如下規律及解決措施：（1）廢棄混凝土再生集料在混合料的拌和、運輸、成型過程中存在集料級配的降級情況；（2）廢棄混凝土再生集料礦料級配變異主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm這3個篩孔處；（3）通過再生集料合成比例的調整可以有效降低再生集料在成型過程中級配的變異對成品混合料礦料級配的影響程度。

參考文獻

[1]張艷.公路改擴建工程路基路面搭接技術[J].科學技術創新，2024（3）：167-170.

[2]段珍華，鄧琪.再生混凝土沖擊磨耗性能與調控方法[J].建筑材料學報，2022（25）：1136-1142.

[3]劉春，張榮利.廢混凝土再生集料在高速公路改擴建中的工程應用[J].福州大學學報（自然科學版），2023（51）：236-242.

[4]張志遠，季正軍.廢棄混凝土再生集料的生產工藝流程及破碎工藝研究[J].科技創新導報，2022（30）：177-182.

[5]張虹，熊學忠.廢棄混凝土再生骨料的特性研究[J].武漢理工大學學報，2006（28）：64-66

[6]萬暑，吳超凡.不同攪拌方式水泥穩定再生集料的性能研究[J].新型建筑材料，2023（4）：61-66.