■馬玉蘭

(福州市公路局，福州　350002)

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廢棄路面混凝土再生的路用性能探究與應(yīng)用

■馬玉蘭

(福州市公路局，福州350002)

摘要本文采用傳統(tǒng)水泥混凝土配合比設(shè)計方法進行試驗對比，分析了路面再生混凝土與對應(yīng)普通水泥混凝土在工作性能和力學(xué)性能上的差別，并通過工程實踐進行了論證，為廢棄路面再生混凝土推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞廢棄路面混凝土再生路用性能應(yīng)用

廢棄混凝土路面再生骨料的基本特性與天然骨料有很大差別，存在吸水率大、表觀密度低、壓碎值高等缺點，而骨料特性又直接影響著再生混凝土的各項路用性能。為更好地推進廢棄路面混凝土的再生利用，本文以福建地區(qū)工程實地為例，通過實驗及工程實踐進行了再生混凝土的主要路用性能分析。

1　試驗方案

以福建某國道水泥砼路面為例，路面原設(shè)計抗折強度為4.5MPa，運營時間為10年。廢棄路面混凝土經(jīng)過現(xiàn)場破碎機預(yù)破碎后，運輸至碎石場顎式破碎機再破碎，后由篩分機進行篩分出再生粗、細骨料，如圖1所示。生產(chǎn)的再生粗骨料最大粒徑為40mm，經(jīng)篩分成三個粒徑組，分別為：4.75～13.2mm，13.2～19mm，19～ 40mm。

按照《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003)[1]中粗集料級配范圍規(guī)定，13.2mm以下的粗骨料按20％計取。因粒徑在13.2mm以下的再生粗骨料在砂漿含量、針片狀含量和吸水率等方面均表現(xiàn)出較差的性能，本試驗用4.75～13.2mm的天然石子(石灰?guī)r碎石)代替這部分再生粗骨料，再生混凝土的再生骨料取代率則取80％。天然骨料、再生骨料及經(jīng)水沖洗的再生骨料三種骨料按表1的配合比分別進行混凝土拌合，并將混凝土標準試件置于標準養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護。

表1　混凝土試驗配合比

2　工作性能

按坍落度儀法[2]進行工作性能試驗，發(fā)現(xiàn)三個配比的路面普通水泥混凝土均有20～30mm的坍落度，但另外六組路面再生混凝土均無明顯坍落度，幾乎為零，很難成型。究其原因在于再生骨料在生產(chǎn)過程中無法徹底除雜，其表面或多或少仍附著舊水泥砂漿，加上經(jīng)過兩次破碎，粗骨料內(nèi)部受損產(chǎn)生微裂紋。再生骨料拌合過程中水分很快被骨料吸入，吸水率較大，減少了混凝土的實際拌合用水，從而大大的降低了混凝土的流動性，如果不加任何改進措施，再生混凝土的工作性能無法滿足要求。

3　抗壓強度

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG E30-2005)[2]進行水泥混凝土立方體抗壓強度試驗方法測得混凝土試件的7d、28d抗壓強度。以7天抗壓強度為例，結(jié)果如圖2：

隨著水灰比的增大，各個類別的7d抗壓強度均逐漸降低，再生混凝土及經(jīng)水沖洗的再生混凝土降低幅度相對均較小；同種水灰比下，經(jīng)水沖洗的再生混凝土抗壓強度略高于再生混凝土抗壓強度，但提高的不多，大約為2.5％左右；普通水泥混凝土降低幅度最大。

從圖3可以看出，一方面，再生骨料中含有大量的附屬砂漿和廢舊砂漿顆粒，一定程度上影響了該骨料的質(zhì)量，其混凝土7d抗壓強度降低；另一方面，再生骨料的吸水率較大，在攪拌、成型和養(yǎng)護過程中，再生骨料會吸收較多的水分，在同種名義水灰比下，致使再生混凝土的實際水灰比較同種配比的普通水泥混凝土小，因此會使混凝土強度增大。這一升一降，出現(xiàn)同種配合比下再生混凝土7d抗壓強度基本和普通水泥混凝土相當，有的甚至?xí)笥谕N配比的普通水泥混凝土的奇怪現(xiàn)象。所以在配制再生混凝土?xí)r，若充分考慮再生骨料吸水率較大的特點，實現(xiàn)同種實際水灰比情況下，再生混凝土強度肯定會低于普通水泥混凝土。

圖4、圖5可以看出28d抗壓強度的規(guī)律與7d抗壓強度的規(guī)律類似，同種配合比下再生混凝土28d抗壓強度基本都小于普通水泥混凝土，再生骨料經(jīng)水沖洗后澆筑的再生混凝土強度比骨料未沖洗的再生混凝土高，也更接近同配比的普通水泥混凝土。不過在水灰比為0.48的配合比時出現(xiàn)大于同配比的普通水泥混凝土。普通水泥混凝土的后期強度增長要比再生混凝土好，主要原因是隨著水泥水化的進行，再生骨料吸入的水分逐漸外滲，造成再生骨料與水泥基體界面處的水灰比相對較高，削弱了界面區(qū)的強度；同時水灰比越高，再生混凝土的強度越接近普通水泥混凝土，這一點與再生骨料的吸水率有很大關(guān)系。試配再生混凝土的強度最高達到55.1MPa，說明再生骨料能運用于路面水泥混凝土中，且能滿足抗壓強度要求。

4　受壓破壞特征

再生混凝土立方體試塊受壓破壞的過程如圖6所示：

在加載初期，再生混凝土試塊表面沒有明顯的裂紋出現(xiàn)；隨著加載的進行，在立方體的側(cè)面中央處開始出現(xiàn)裂縫，并逐步向上下兩端發(fā)展，直至試塊的上下邊角，呈上下相連的八字形；再隨著荷載的持續(xù)增大，裂縫越來越大，直至立方體側(cè)面出現(xiàn)外鼓、剝落現(xiàn)象。

5　抗折強度

根據(jù)試驗規(guī)程[2]中水泥混凝土抗彎拉強度試驗方法得出本批試驗各組混凝土的抗折強度分布情況如圖7、圖8：

試驗結(jié)果表明，再生混凝土的抗折強度較普通混凝土低17％左右，再生骨料的表面沖洗對抗折強度的增強不明顯。究其原因在于再生骨料表面附屬砂漿的存在，導(dǎo)致新水泥漿體與再生骨料的界面處出現(xiàn)薄弱層，要增大再生混凝土的抗折強度，必須改善再生混凝土的界面結(jié)構(gòu)。另外，在破碎過程中，由于受外力的作用，骨料中會出現(xiàn)微裂紋，再生混凝土在受彎拉過程中會出現(xiàn)骨料的中間斷裂現(xiàn)象，這也在一定程度上削弱了再生混凝土的抗折強度。在抗折試驗后，斷裂面處出現(xiàn)很多骨料斷裂和界面直接剝落現(xiàn)象，如圖9所示。

6　再生混凝土的強度特點

再生混凝土受壓過程中，再生骨料與新水泥漿界面處于一個切向受剪的切應(yīng)力受力狀態(tài)，由于再生骨料表面粗糙，界面咬合力較大，再加上再生骨料吸水率高，有效水灰比降低，抗壓強度偏高。而再生混凝土彎折過程中，界面過渡區(qū)內(nèi)在混凝土受載前已存在微裂縫，加上過渡區(qū)強度低，使再生混凝土更易發(fā)生破壞，導(dǎo)致再生骨料與新水泥漿體的粘結(jié)強度偏小，進而削弱了同一配合比下的再生混凝土的抗折強度。

7　再生混凝土路用性能改善方法

(1)優(yōu)化設(shè)計配合比

再生骨料與天然骨料最明顯的差別是吸水率與吸水量，加上再生骨料的來源各異，不同再生骨料的吸水特性特別是吸水速率差異較大。所以相對于傳統(tǒng)配合比設(shè)計方法，先要確定再生骨料吸水量隨時間的變化關(guān)系，確保施工過程中混凝土的和易性。同時，可通過增加天然骨料的比例等方式，適當提高再生混凝土的強度。

(2)采取再生骨料強化措施

從再生骨料的表觀來講，骨料中含有相當數(shù)量的舊水泥砂漿，表現(xiàn)吸水率大、表觀密度低、強度低等特點，一定程度上限制了廢棄混凝土在路面再生混凝土中的應(yīng)用。目前主要通過化學(xué)溶液液化處理、機械處理等方式進行，但從經(jīng)濟效益和施工角度出發(fā)，用混凝土攪拌機將再生粗骨料攪拌2min，分離骨料與基質(zhì)，在一定程度上去除再生粗骨料表面的廢舊水泥砂漿，達到再生骨料強化的目的。

(3)改善再生混凝土的界面

再生混凝土界面比較復(fù)雜，包含了天然粗骨料與新水泥砂漿之間的界面、再生粗骨料中石料部分與新水泥砂漿之間的界面，以及再生粗骨料中老水泥砂漿與新水泥砂漿之間的界面。通過添加外摻劑、二次攪拌工藝等方式改善界面特性，提高界面之間的粘合度，有效提高再生混凝土的強度。

8　工程實踐

為檢測路面再生混凝土在重載交通水泥混凝土路面板鋪筑中能否滿足強度等要求，選擇福建某省道作為再生混凝土試驗路段，再生骨料取代率取40％，施工過程中質(zhì)量控制要點如下：

(1)施工前，根據(jù)取代率預(yù)先把再生骨料與天然骨料摻配均勻；

(2)攪拌時采用二次攪拌工藝，適當延長攪拌時間；

(3)攤鋪坍落度選擇20～25mm，松鋪系數(shù)選擇1.15～1.20。

(4)因再生骨料孔隙率較大，鋪筑時應(yīng)采用三滾軸進行鋪筑，采用密排振搗棒間歇插入振實，適當延長振搗時間，一般控制在20～25s，以拌合物表面不露粗集料，液化表面不再冒氣泡并泛出水泥漿為準，確保新澆混凝土振搗充分、均勻、密實。

工藝流程：布料→粗平→人工連續(xù)振搗→人工補料→平板振平提漿→滾軸整平→精平飾面→壓紋→切縫→養(yǎng)生→填縫(圖10)。

試驗路面鋪筑完成后，按7d、28d齡期進行了抗折強度試驗，芯樣7d強度達4.9MPa，檢測結(jié)果與實驗室試配強度基本相當。而28d芯樣強度檢測結(jié)果亦能滿足路面強度的要求(圖11)。

9　結(jié)語

通過試驗對比得出，再生骨料對抗壓強度的影響較小、對抗折強度的影響較大，建議設(shè)計時可采用抗折強度作為控制指標；同時必須合理確定再生骨料吸水率，通過強化等措施改善再生混凝土路用性能。試驗及工程實踐應(yīng)用均表明再生骨料能運用于路面水泥混凝土中，且能滿足路用性能要求。

參考文獻

[1]JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2003.7.

[2]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2005.8.