張立群 楊歡歡 林起飛 周 輝 熊 航 余澤韜 張學(xué)峰

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引 言

我國(guó)建筑垃圾產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，在城市垃圾中的占比越來(lái)越大，建筑垃圾的處理方式多數(shù)是隨意填埋，不僅占用土地資源，還污染環(huán)境.為解決這種現(xiàn)象，對(duì)建筑垃圾進(jìn)行研究.國(guó)外學(xué)者Antonio Lopez-Uceda[1]等人研究再生骨料在混凝土混合料中的性能，分析在不同取代率(0%、50%、100%)和不同水泥量(3%、4%、5%、6%)情況下取代天然材料，對(duì)不同配比制備的混凝土進(jìn)行壓實(shí)度、力學(xué)性能和物理性能進(jìn)行研究.本文研究的再生骨料作為水泥穩(wěn)定材料的集料，通過擊實(shí)試驗(yàn)研究再生粗骨料取代率不同時(shí)，混合料的最佳含水量和最大干密度.國(guó)內(nèi)學(xué)者李曉靜[2]對(duì)建筑垃圾的基本特性進(jìn)行研究，建筑垃圾來(lái)源是廢棄混凝土塊、磚塊混合料.本文研究的建筑垃圾來(lái)源為寒冷地區(qū)(以張家口為例)建筑拆遷工地的廢棄混凝土，因此再生骨料的來(lái)源不同，其密度、吸水率、壓碎值均有差異.因此，本文的研究為寒冷地區(qū)的廢棄混凝土再生粗骨料在道路基層的應(yīng)用提供參考.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

(1)水泥：河北張家口金隅水泥生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥.

(2)天然集料：粒徑為0-0.075 mm、0.075-0.15 mm、0.15-0.3 mm、0.3-0.6 mm、0.6-1.18 mm、0.18-2.36 mm、2.36-4.75 mm、4.75-9.5 mm、9.5-13.2 mm、13.2-16 mm、16-19 mm的碎石.

(3)再生骨料：粒徑為4.75-9.5 mm、9.5-13.2 mm、13.2-16 mm、16-19 mm的再生骨料.

(4)水：普通自來(lái)水.

1.2 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)集料級(jí)配采用《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)中表4.5.4高速公路和一級(jí)公路C-B-2級(jí)配中值，再生粗骨料的取代率為0%、30%、60%、100%，水泥摻量分別為3%、4%、5%，標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)五個(gè)不同含水量為3%、4%、5%、6%、7%.

表1 材料配合比設(shè)計(jì)

注：①含水量分別為3%、4%、5%、6%、7%；②A-1指：水泥摻量為3%，取代率為0%.

1.3 試件制備

標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)采用甲法，選用的擊實(shí)筒尺寸為φ100 mm×127 mm，每個(gè)試件分5層擊實(shí)，每層擊實(shí)次數(shù)為27次，每組擊實(shí)5個(gè)試件，共12組.

1.4 試驗(yàn)方法

壓碎值、密度及吸水率試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E42-2005)》中T0316粗集料壓碎值試驗(yàn)、T0304粗集料密度及吸水率試驗(yàn)(網(wǎng)籃法)的試驗(yàn)步驟.標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，參照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51-2009)》中T0804-1994無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法.

試驗(yàn)所用設(shè)備采用上海華龍測(cè)試儀器股份有限公司生產(chǎn)的WHY-2000型微機(jī)控制壓力試驗(yàn)機(jī)、南京寧曦土壤儀器有限公司生產(chǎn)的SKDJ-1型數(shù)控多功能電動(dòng)擊實(shí)儀、北京高鐵建科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的GTJ-YL3型低溫溢流水箱.

圖1 壓力試驗(yàn)機(jī) 圖2 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀 圖3 低溫溢流水箱

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 密度及吸水率試驗(yàn)

本試驗(yàn)研究再生粗骨料與天然碎石的密度、吸水率的差異性，比較兩者在4.75～9.5 mm和9.5～13.2 mm粒徑之間的表觀密度、表干密度、毛體積密度及吸水率的值，觀察其變化規(guī)律.

試驗(yàn)結(jié)果如下：

表2 天然粗集料的密度及吸水率試驗(yàn)結(jié)果

表3 再生粗骨料的密度及吸水率試驗(yàn)結(jié)果

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論如下：再生粗骨料的密度比天然粗集料的密度略小，再生粗骨料的吸水率高于天然粗集料.由上表可知，再生粗骨料比天然粗集料的表觀密度約小0.3，表干密度約小0.4，毛體積密度約小0.5.天然粗集料中4.75 mm～9.5 mm粒徑的吸水率為0.48%，9.5 mm～19 mm粒徑的吸水率為0.39%，再生粗集料中4.75 mm～9.5 mm粒徑的吸水率為7.36%，9.5 mm～19 mm粒徑的吸水率為4.92%.因此，再生粗骨料的密度較天然粗集料密度小，并且吸水率遠(yuǎn)大于天然粗集料的吸水率.

原因分析：再生粗骨料經(jīng)過破碎機(jī)破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多裂縫，導(dǎo)致其密度比天然集料密度小.再生粗骨料表面被水泥漿包裹，水泥的吸水能力大于天然石材，所以再生粗骨料的吸水率大于天然集料的吸水率.

2.2 壓碎值試驗(yàn)

通過壓碎值試驗(yàn)衡量再生粗骨料和天然集料抵抗壓碎的能力，判斷能否滿足公路工程中集料的力學(xué)性質(zhì).取風(fēng)干材料9.5 mm～13.2 mm粒徑試樣3組，各組約3000 g.

試驗(yàn)結(jié)果如下：

表4 天然粗集料壓碎值

表5 再生粗骨料壓碎值

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論如下：天然粗集料3組壓碎值的平均值為15.40%，符合規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則(JTG-TF20-2015)》的表3.6.1要求，壓碎值均小于22%.再生粗骨料3組壓碎值的平均值為27.22%，符合規(guī)范《道路用建筑垃圾再生骨料無(wú)機(jī)混合料(JC/T2281-2014)》中5.1.2節(jié)表3要求，壓碎值均小于30%.再生粗骨料壓碎值大于天然粗集料壓碎值約11.82%，因此說(shuō)明，再生粗骨料抵抗壓碎的能力比天然集料低.

原因分析：房屋拆除過程中可能采用炸藥爆破、挖土機(jī)拆除等方式，這些方式對(duì)骨料內(nèi)部造成損傷，建筑垃圾再經(jīng)過破碎機(jī)破碎時(shí)，骨料內(nèi)部再次受到破壞，產(chǎn)生更多裂縫，表面還有水泥漿包裹，故骨料強(qiáng)度較低.而天然集料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有被擾動(dòng)，表面無(wú)水泥附著.因此，再生粗骨料抵抗壓碎的能力比天然集料低.

2.3 標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)

本試驗(yàn)的試驗(yàn)方法采用甲法，擊實(shí)筒尺寸為φ100 mm×127 mm.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，繪制穩(wěn)定材料的含水量—干密度關(guān)系曲線，確定穩(wěn)定材料的最佳含水量和最大干密度.

試驗(yàn)結(jié)果如下：

表6 建筑垃圾不同配比的最大干密度和最佳含水量

注：A、B、C、D指再生骨料取代率為0%、30%、60%、100%，1、2、3指水泥含量為3%、4%、5%.

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論如下：水泥含量一定時(shí)(即A-1、B-1、C-1、D-1時(shí))，取代率越大，混合料的最大干密度越小，含水量越大.A類材料的最大干密度明顯大于B類、C類、D類的最大干密度，四者最大干密度排序?yàn)锳類>B類>C類>D類.A類材料的最大干密度約為2.3 g/cm3，B類材料的最大干密度約為2.2 g/cm3，C類材料的最大干密度約為2.1 g/cm3，D類材料的最大干密度約為2.0 g/cm3.含水量隨著再生骨料含量越高，最佳含水量也越來(lái)越高.

原因分析：再生骨料表面被水泥漿包裹，水泥水化需要更多的水，因此再生骨料的最佳含水量大于天然集料的最佳含水量.再生骨料破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多裂紋，且其孔隙率大于天然集料的孔隙率，所以再生骨料含量越高混合料的最大干密度越小.

3 結(jié) 論

(1)再生粗骨料的密度小于天然集料密度，吸水率大于天然集料吸水率.因?yàn)樵偕橇掀扑闀r(shí)產(chǎn)生裂縫，其孔隙率大于天然集料孔隙率，所以再生骨料的密度小于天然集料密度，其吸水率大于天然集料的吸水率.

(2)再生骨料抵抗壓碎的能力比天然集料能力低，因?yàn)樵偕橇辖?jīng)過長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化、腐蝕，破碎時(shí)又產(chǎn)生較多裂縫，所以強(qiáng)度較天然集料低些，但滿足《道路用建筑垃圾再生骨料無(wú)機(jī)混合料(JC/T2281-2014)》中5.1.2節(jié)表3的要求.

(3)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著再生粗骨料取代率增大，混合料的干密度逐漸減小，含水量逐漸增大.