梁東彪， 吳紅勝

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610000； 2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木交通學(xué)院，遼寧阜新 123000)

瀝青路面是我國公路路面結(jié)構(gòu)的主要型式,然而在瀝青混合料的生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的粉塵。粉塵對于環(huán)境和土地的污染極大，瀝青拌合站每年都要投入大量資金對廢粉進(jìn)行處理[1]，因此如何對粉塵進(jìn)行有效利用已成為一個亟待解決的問題。水泥穩(wěn)定碎石是我國公路建設(shè)中常用的一種基層材料，具有很高的強(qiáng)度[2]。劉景東[3]對粉塵摻配水泥穩(wěn)定碎石的干縮性能進(jìn)行了研究，但對其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響尚不明確。故本次試驗針對瀝青拌合站回收粉塵代替部分礦粉摻配水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行研究，分析粉塵的摻入對水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響[4-6]。對比道路工程設(shè)計規(guī)范[7]，通過分析粉塵的摻入對水泥級配碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響，給出粉塵摻量的合適范圍，使其能用于道路路基混合料施工當(dāng)中，同時對能源生產(chǎn)、資源利用、環(huán)境保護(hù)等問題的進(jìn)一步研究也具有重要意義。

1 試驗內(nèi)容

1.1 試件設(shè)計

1.1.1 集料配合比設(shè)計

采用10～20 mm、5～10 mm、0～5 mm三檔碎石集料進(jìn)行配比設(shè)計。配合比設(shè)計主要是以獲得良好的碎石級配、壓實效果和施工可行性為原則。本次試驗中，回收粉塵采用的是瀝青拌合站的回收粉塵；水泥選取普通硅酸鹽水泥，進(jìn)行篩分試驗(圖1)，經(jīng)篩分試驗，得出結(jié)果見表1，利用Excel分析工具得出所用集料的合成級配如圖2所示。

由于級配碎石的配合比以其各篩孔的通過量達(dá)到或接近規(guī)范要求的級配中值為最佳配合比。通過圖2可以看出，合成級配是選擇穩(wěn)定碎石中10～20 mm、5～10 mm、0～5 mm三檔碎石的比值為25∶45∶30，接近中值滿足規(guī)范的要求和穩(wěn)定碎石級配標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 篩分試驗

圖2 穩(wěn)定碎石級配

1.1.2 確定最大干密度和最佳含水量

通過擊實試驗測得試樣的最佳含水量和最大干密度，用于后期無機(jī)結(jié)合料試樣制作。試驗方法：分別對0 %～5 %粉塵摻量的混合料進(jìn)行擊實試驗，同時在最佳含水率附近取6個不同含水率，再按預(yù)定加水量和最佳配合比制備試樣。對每一組粉塵摻合水泥級配碎石取不同預(yù)加含水量為3 %、3.5 %、4 %、4.5 %、5 %、6 %進(jìn)行六組擊實試驗，得出不同粉塵摻量水泥級配碎石的最佳含水量和最大干密度見表2。

1.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度力學(xué)試驗

1.2.1 試驗過程

(1)試件制備：依據(jù)表1的穩(wěn)定碎石的最優(yōu)級配設(shè)計選擇集料的配比，依照表2的最大干密度和最佳含水率進(jìn)行加水拌和制作試件，試件尺寸為直徑150 mm高150 mm，平行試件個數(shù)為6個。

表1 穩(wěn)定碎石集料級配設(shè)計

表2 最大干密度和最佳含水量試驗結(jié)果

(2)試件養(yǎng)生：依據(jù)T0845-2009《公路工程無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》[8]無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料養(yǎng)生方法，采用7 d、28 d、90 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，最后一天均將試件浸水。

(3)試驗操作：采用萬能試驗機(jī)對試件進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，壓力機(jī)速度為1 mm/min。記錄試件破壞時的最大壓力P(N)。按照式(1)計算試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

(1)

式中:R為試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(MPa)；P為試件破壞時的最大壓力(kN)；A為試件的截面積。

D為試件的直徑。

1.2.2 實驗數(shù)據(jù)

取不同粉塵摻量下試件的最大抗壓強(qiáng)度值的均值得出表3，不同粉塵參量水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對比折線如圖3所示，不同養(yǎng)護(hù)齡期水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對比折線如圖4所示，不同粉塵參量水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較基本型減少百分比對比折線如圖5所示。

1.2.3 實驗分析

(1)分析圖3、圖4，相同粉塵摻量時，隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值增大。養(yǎng)護(hù)時間一定時，隨著粉塵摻量的增加，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。采用的水泥穩(wěn)定碎石材料是粗集料，水泥、細(xì)集料則填充于粗集料形成的空隙之中，而硬化后的水泥石以及細(xì)集料在混合料中所在的體積較小，不足以填滿骨架之間的空隙。隨著粉塵的逐漸加入，不斷填充結(jié)構(gòu)中的空隙，使材料由原來的懸浮密實型結(jié)構(gòu)向更加懸浮的情況加大，使粗顆粒相互分開，致使抗壓強(qiáng)度降低。

表3 不同粉塵摻量的最大抗壓強(qiáng)度值 MPa

圖3 試驗數(shù)據(jù)對比折線

圖4 試驗數(shù)據(jù)對比折線

圖5 較基本型減小百分比對比

(2)分析圖5，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時間為7 d時，1 %、2 %、3 %、4 %、5 %粉塵摻量較基本型減小分別為4.96 %、 8.18 %、13.65 %、32.20 %、34.24 %。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時間為28 d時，1 %、2 %、3 %、4 %、5 %粉塵摻量較基本型減小分別為8.85 %、11.91 %、18.77 %、40.91 %、45.19 %。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時間為90 d時，1 %、2 %、3 %、4 %、5 %粉塵摻量較基本型減小分別為7.04 %、14.32 %、19.35 %、39.14 %、43.08 %。得出隨粉塵的摻量大，其無側(cè)限抗壓值均減弱，但是摻加量小于3 %時對強(qiáng)度影響較??；超過3 %時，抗壓強(qiáng)度下降的幅度相對較大。

(3)分析可知表3和表4，養(yǎng)護(hù)7 d后的試件粉塵劑量1 %～3 %達(dá)到3.48 MPa以上，滿足中、重交通的標(biāo)準(zhǔn)，但粉塵摻量4 %與5 %水泥摻量后的抗壓強(qiáng)度只達(dá)到2.73 MPa，僅能滿足輕交通的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)表3所示養(yǎng)護(hù)28 d和90 d后的試件的抗壓強(qiáng)度均大于養(yǎng)護(hù)7 d試件的抗壓強(qiáng)度值，所以大于或等于7 d養(yǎng)護(hù)齡期下的，粉塵摻量小于3 %時，均能滿足重、中交通道路的標(biāo)準(zhǔn)，大于3 %時，只能滿足輕交通道路的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)論

(1)粉塵的摻入對于水泥穩(wěn)定碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度有密切的影響。選擇穩(wěn)定級配碎石混合料，在最大干密度和最佳含水率的條件下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增加。

表4 水泥穩(wěn)定類材料的壓實度及7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求

(2)同一養(yǎng)護(hù)齡期下，隨著粉塵摻量的增加，抗壓強(qiáng)度值減弱，但是摻加量小于3 %時對抗壓強(qiáng)度影響較??；摻加量過多時對強(qiáng)度影響較大。

(3)當(dāng)粉塵摻量小于3 %時，抗壓強(qiáng)度能滿足重中交通道路設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

因此，在道路施工中水泥穩(wěn)定碎石摻入一定量的粉塵不會造成強(qiáng)度的明顯降低，并且減少其它材料用量的同時還可以有效地利用瀝青拌合站回收的粉塵，減少空氣污染等環(huán)保問題。