李麗慧，馬金柱

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

我國公路及城市道路的設(shè)計年限一般為15～20年，當(dāng)已建成的路面達(dá)到使用年限或因重交通、超載等原因提前被破壞，甚至是結(jié)構(gòu)性破壞，路面必須進行改造[1,2].水泥穩(wěn)定碎石基層是我國高等級公路基層和底基層應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)型式[3,4].

我國每年的路面改造工程都會產(chǎn)生大量的廢舊水泥穩(wěn)定碎石.以前，大部分建筑垃圾未經(jīng)任何處理就被運往郊外露天堆放或填埋[5]；近十年來，隨著國家對資節(jié)約源和環(huán)保問題的日益重視，全國各地陸續(xù)建設(shè)了建筑垃圾處理廠[6]，對本地區(qū)的建筑垃圾進行回收、集中處理與再利用.建筑垃圾通常要經(jīng)過分類、破碎、分揀等工藝后存放，然后根據(jù)需求再利用.廢舊水泥穩(wěn)定碎石如果由建筑垃圾清運公司集中回收，從銑刨到再利用通常需要一段時間；如果由該道路工程的施工單位直接回收后再利用，不僅大大縮短其存放時間，而且能夠節(jié)約占地.本研究以廢舊水泥穩(wěn)定碎石為研究對象，通過試驗，分析其存放前后各方面性能的差異，為廢舊水泥穩(wěn)定碎石資源化處置效益的最大化提供科學(xué)依據(jù).

1 試驗方案

在道路改造工程水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨現(xiàn)場取樣，分兩個批次進行水泥穩(wěn)定碎石再生試驗，一批立即進行配合試驗、無側(cè)限抗壓強度和收縮試驗，并將該配合比應(yīng)用于本工程水泥穩(wěn)定碎石底基層；另一批放置三個月后，再進行相同試驗，與之前的再生集料進行對比.

2 原材料試驗

2.1 再生集料

再生集料為許昌市某道路改建工程中舊水泥穩(wěn)定碎石基層的銑刨料.取樣之后立即用于試驗研究的集料簡稱為1#集料，經(jīng)過露天放置3個月之后用于試驗研究的集料簡稱為2#集料.經(jīng)過篩分試驗測得再生集料的級配變化，1#集料和2#集料級配組成見表1和圖1.

表1 兩批集料級配

圖1 兩批集料的級配曲線

由圖1可以看出，再生集料19 mm以上粒徑所占比例較少.2#集料與1#集料相比，大粒徑的比例變小.所以，再生集料出現(xiàn)了“粉化”現(xiàn)象.

2.2 天然集料

由于水泥穩(wěn)定碎石再生集料中大粒徑所占比例較少，而且物理力學(xué)性能往往不均勻[7]，在施工過程中可能出現(xiàn)粗細(xì)料離析、強度不均勻等質(zhì)量問題[8].因此，再生集料中摻加一定比例的天然集料，以改善其級配，提高再生水泥穩(wěn)定碎石的品質(zhì).摻加的天然集料粒徑為9.5～19 mm的碎石.

2.3 水泥

水泥為許昌豫新P.O32.5水泥，初凝時間為169 min，終凝時間為262 min，滿足《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》GB175-2007要求.

3 配合比設(shè)計

3.1 集料組成設(shè)計

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034—2000)(簡稱《規(guī)范1》)和《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》 [JTG D50—2006](簡稱《規(guī)范2》)對水泥穩(wěn)定碎石的集料級配提出了要求.本項目為瀝青混凝土路面，由于骨架密實結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗收縮能力，所以參考了《規(guī)范1》中高速和一級公路公路底基層和《規(guī)范2》中骨架密實型級配.1#和2#再生集料都選擇3種摻配比例，分別為35%碎石+65%再生集料(簡稱1—35和2—35)、40%碎石+60%再生集料(簡稱1—40和2—40)和45%碎石+55%再生集料(簡稱1—45和2—45)，級配組成見表2.

表2 1#集料3種摻配比例的級配

根據(jù)混合料篩分結(jié)果，選擇1-35和2-35 ，即兩種再生集料的摻配比例均為35%碎石+65%再生集料.

3.2 最佳含水量的確定

無側(cè)限抗壓強度設(shè)計要求為大于等于3.5MPa.采用擊實法成型試件，確定最佳干密度和最佳含水率.試件從試模內(nèi)脫出后,立即用塑料薄膜包覆，放置于養(yǎng)護室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護6 d、浸水1 d，進行7 d無側(cè)限抗壓強度試驗.

研究表明，摻加一定比例的粉煤灰，可以改善水泥穩(wěn)定碎石的收縮性能[9].5%的粉煤灰摻量可以顯著改善水泥穩(wěn)定碎石收縮性能[10].因此，本研究摻加的粉煤灰用量為5.0%.1-35集料，采用水泥用量為4.0%，進行擊實試驗，擊實試驗結(jié)果見表3和圖2，2-35集料擊實試驗、擊實試驗結(jié)果見表4和圖3.

表3 1-35擊實試驗結(jié)果

經(jīng)過擊實試驗，得到1-35最佳干密度為2.232 g·cm-3，最佳含水量為7.4%.

2-35集料，水泥用量4.0%，粉煤灰5.0%，經(jīng)擊實試驗后，試件強度達(dá)不到目標(biāo)要求.因此，水泥用量調(diào)整為5%，粉煤灰用量不變，進行擊實試驗，擊實試驗結(jié)果見表4和圖3，水泥穩(wěn)定碎石擊實試驗結(jié)果見表4和圖3.

表4 2-35擊實試驗結(jié)果

圖2 1-35擊實曲線

圖3 2-35擊實曲線

經(jīng)過擊實試驗，得到2-35最佳干密度為2.212 g·cm-3，最佳含水量為7.6%.

3.3 無側(cè)限抗壓強度

用重型擊實法制備試件.試件從試模內(nèi)脫出并稱量后立即用塑料薄膜包覆，在25±2 ℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室保濕養(yǎng)生 6 d, 浸水1 d，進行7 d無側(cè)限抗壓強度試驗.試驗結(jié)果見表 5.

表5 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果

無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果表明：1-35與2-35的無側(cè)限抗壓強度大致相當(dāng)，均滿足強度要求，但是1-35的水泥用量為4%，2-35的水泥用量為5%，因此，再生集料經(jīng)過存放后的經(jīng)濟性有所下降.

4 干縮試驗

按照最佳含水量制備100 mm×100 mm×40 mm梁試件.試件脫模后用塑料袋密封，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室保濕養(yǎng)生7d后，測定試件的收縮情況.每隔 24h測一次試件的干燥收縮值及相應(yīng)含水量，直至含水量基本保持不變[11].測得1-35和2-35的干縮系數(shù)分別為49×10-6和,62×10-6.表明：摻加粉煤灰的再生水泥穩(wěn)定碎石干縮性能較好；1-35的干縮性能優(yōu)于2-35.分析原因：2-35與1-35集料相比偏細(xì)，尤其是粒徑小于2.36 mm的成分明顯偏多.細(xì)集料，尤其是2.36 mm以下的集料會導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石收縮率的增大[12].縮短再生骨料的存放時間，有利于改善其收縮性能.

5 結(jié)語

綜上所述，可以得出如下結(jié)論：

(1)水泥穩(wěn)定碎石再生集料可以作為骨料的主要來源，用于水泥穩(wěn)定碎石中；

(2)水泥穩(wěn)定碎石再生集料放置過程中，級配發(fā)生了一定變化，出現(xiàn)了“粉化”現(xiàn)象；

(3)放置一段時間后的再生水泥穩(wěn)定碎石集料，進行配合比設(shè)計時，需要的水泥用量有所增加.

因此，建議道路改造工程中產(chǎn)生的水泥穩(wěn)定碎石銑刨料宜盡快利用，應(yīng)用于本項工程水泥穩(wěn)定碎石基層中，縮短存放時間，以提高其經(jīng)濟性.

參考文獻：

[1] 蔡先山.公路改建工程路基路面改建方法淺析[J].工程與建設(shè),2010,24(3):406-408.

[2] 李金龍.市政道路改造工程中的理論分析與試驗研究[D].南京：南京理工大學(xué),2008.

[3] 黃 科,李 東,孫家瑛.再生集料對水泥穩(wěn)定碎石路基層性能影響[J].華東公路,2008(2):67-69.

[4] 楊瑞華,許志鴻,李宇峙,等.水泥穩(wěn)定碎石基層級配研究[J].公路工程,2007,32(4):76-78.

[5] 祁 峰,韓瑞民,張名成.建筑垃圾無機再生集料性能試研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2014,42(5):96-99.

[6] 謝 浩.以建筑周期全過程的管理模式處理建筑垃圾[J].混凝土世界,2013,52(10):20-23.

[7] 高啟聚,謝祥根.廢棄路面水泥混凝土再生利用的試驗研究[J].中南公路工程, 2006,31(3):151-154.

[8] 孫家瑛,蔣華欽.摻再生集料的水泥穩(wěn)定碎石路面基層施工與應(yīng)用[J].2009,30(4):40-43.

[9] 余 峰,李永亮,楊紅輝.粉煤灰在水泥穩(wěn)定碎石基層中的應(yīng)用[J].中外公路,2004,24(4):150-152.

[10] 徐鷗明,王有貴,陳俊宇,等.摻粉煤灰水泥穩(wěn)定碎石收縮特性研究[J].重交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2014,33(4):72-75.

[11] 孫兆輝,許志鴻,王鐵斌.基于干縮變形特性的水泥穩(wěn)定碎石級配組成[J].同濟大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版2006,34(9):1 185-1 190.

[12] 孫家瑛,蔣華欽,劉綏芳,等.再生混凝土集料對水泥穩(wěn)定碎石性能的影響及工程應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品,2009(1):20-23.