李 柱

(中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

0 引言

截至2020年底，我國(guó)建筑垃圾已經(jīng)接近35億噸，約占廢棄物垃圾總量的30%，且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。將建筑垃圾應(yīng)用于公路工程再生集料，能夠有效緩解環(huán)境污染、減少土地占用，具有節(jié)約礦石資源、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，有必要對(duì)建筑垃圾再生材料進(jìn)行研究。

近年來(lái)，圍繞建筑垃圾再生材料路用性問(wèn)題，我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量研究，成果頗豐。樊星華等對(duì)磚混材料、磚石材料及素混凝土材料建筑垃圾的路用性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了水泥穩(wěn)定再生混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)[1]。鄧陳記等針對(duì)再生粗骨料變異性影響半剛性基層穩(wěn)定問(wèn)題，以吸水率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)水泥穩(wěn)定再生材料進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。陳鋒等針對(duì)再生集料混凝土的抗拉性能問(wèn)題，通過(guò)劈裂試驗(yàn)對(duì)水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土進(jìn)行研究[3]。李致遠(yuǎn)等通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)及剛度性能試驗(yàn)對(duì)不同摻量及養(yǎng)護(hù)齡期的水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土進(jìn)行了研究[4]。孫家瑛等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)再生集料對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層的影響機(jī)制進(jìn)行了研究[5]。趙之仲等針對(duì)廢棄建筑垃圾回收再利用問(wèn)題，對(duì)鈦石膏—礦渣對(duì)水泥穩(wěn)定磚混的影響進(jìn)行了研究，分析了鈦石膏—礦渣漿液的強(qiáng)化作用機(jī)理[6]。王玥珩針對(duì)瀝青混凝土路面病害問(wèn)題，采用幾種不同材料摻入泡沫瀝青混凝土中，分析了混合料的高溫穩(wěn)定性[7]。李鵬飛等同樣對(duì)泡沫瀝青冷再生混凝土病害問(wèn)題進(jìn)行了研究，分析了水泥摻量對(duì)混合料力學(xué)性質(zhì)的影響[8]。梁行行等為研究建筑垃圾再生集料混凝土的力學(xué)特性，對(duì)不同種類(lèi)、不同級(jí)配的建筑垃圾的擊實(shí)特性及強(qiáng)度特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究[9]。周盛樹(shù)等為研究再生集料混凝土物理力學(xué)性質(zhì)的影響因素，對(duì)不同比例水泥量及再生集料摻量下的混凝土進(jìn)行了分析[10]。

綜上，已有較為豐富的關(guān)于建筑垃圾再生材料路用性的研究成果。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，以沈陽(yáng)某廢棄建筑剃筋混凝土制備再生粗集料，置換公路基層水泥混凝土天然粗集料，分析水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土的路用性，為建筑垃圾再生粗集料在工程中實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)介紹

本文試驗(yàn)用水泥產(chǎn)自阜新鷹牌水泥廠(chǎng)有限公司，型號(hào)為P·O42.5普通硅酸鹽水泥。技術(shù)參數(shù)包括：密度為2.714 g/cm3，標(biāo)準(zhǔn)稠度為0.63%，燒失量為2.6%，細(xì)度為5.1%，初凝時(shí)間為63 min，終凝時(shí)間為279 min，28 d抗壓強(qiáng)度為42 MPa。細(xì)集料為市面常見(jiàn)的天然河砂，表觀(guān)密度為1.472 g/cm3，壓碎值為36.52%；粗集料為石灰?guī)r，表觀(guān)密度為2.683 g/cm3，壓碎值為11.57%，粒徑范圍在5～10 mm之間。減水劑為普通水泥混凝土減水劑。標(biāo)準(zhǔn)水泥混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比

為研究水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土的路用性，本文再生粗集料采用沈陽(yáng)某廢棄建筑破碎后的純混凝土塊，經(jīng)篩分后得到粒徑范圍5～10 mm的再生粗集料(圖1)。將不同比例的再生粗集料摻入水泥混合料中以置換石灰?guī)r粗集料，置換率為0、25%、50%、75%和100%。養(yǎng)護(hù)齡期分別為7、14、21、28和70 d。

圖1 再生粗集料

根據(jù)表1水泥混凝土配合比，制備不同置換率的混凝土試樣，尺寸為高100 mm、直徑100 mm的圓柱體，分別進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)和剛度性能試驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

對(duì)不同工況下再生粗集料混凝土試樣進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2(a)可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期小于等于28 d時(shí)，隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈先減小后增大的變化趨勢(shì)；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到70 d時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期逐漸減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以養(yǎng)護(hù)齡期28 d為例，當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為6.94 MPa；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為6.53 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)相比，減少了約5.91%；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為6.78 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)相比，增加了約3.69%。產(chǎn)生前述現(xiàn)象的原因是：① 養(yǎng)護(hù)初期，水泥穩(wěn)定再生粗集料尚未完全膠結(jié)，強(qiáng)度尚未達(dá)到最佳狀態(tài)；② 廢棄建筑再生粗集料表面含有大量的活性物質(zhì)，與水泥接觸后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成早期強(qiáng)度，且再生粗集料摻量越高，早期強(qiáng)度就會(huì)越大；③ 當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到一定時(shí)間后(70 d)，水泥混凝土強(qiáng)化基本完成，由于石灰?guī)r粗集料的力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)于再生粗集料，因此摻量越大，強(qiáng)度越低。

圖2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分布曲線(xiàn)

由圖2(b)可以看出，不同再生粗集料摻量下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均呈逐漸遞增變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%為例，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為7 d時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.79 MPa；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為6.53 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期7～28 d再生粗集料混凝土的日強(qiáng)度增長(zhǎng)率約為3.52%；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為70 d時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為7.15 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期28～70 d再生粗集料混凝土的日強(qiáng)度增長(zhǎng)率約為1.48%，可見(jiàn)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)逐漸趨緩。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是，養(yǎng)護(hù)初期水泥混合料發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成了大量的鈣質(zhì)膠凝材料，將粗細(xì)集料之間相互膠結(jié)形成整體，導(dǎo)致早期強(qiáng)度提升較快，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，混合料內(nèi)部能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料逐漸減少，導(dǎo)致強(qiáng)度提升逐漸趨緩。

2.2 劈裂強(qiáng)度

對(duì)不同工況下再生粗集料混凝土試樣進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3(a)可以看出，不同養(yǎng)護(hù)齡期下，隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的劈裂強(qiáng)度均呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以養(yǎng)護(hù)齡期28 d為例，當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.53 MPa；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.62 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0相比增加了約16.98%；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.67 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)相比增加了約8.06%。產(chǎn)生前述現(xiàn)象的原因是，在水凝混凝土劈裂試驗(yàn)中，破壞裂縫首先發(fā)生在水泥—粗集料交界面，由于再生粗集料表面較為粗糙，孔隙較多，在與水泥拌和過(guò)程中，水泥能夠沿表面孔隙進(jìn)入再生粗集料內(nèi)部，增強(qiáng)了水泥與集料之間的咬合力，進(jìn)而使劈裂強(qiáng)度得到提升。

圖3 劈裂強(qiáng)度分布曲線(xiàn)

由圖3(b)可以看出，不同再生粗集料摻量下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，試樣的劈裂強(qiáng)度均呈逐漸遞增的變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%為例，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為7 d時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.38 MPa；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.53 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期7～28 d再生粗集料混凝土的日劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)率約為2.25%；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為70 d時(shí)，試樣的劈裂強(qiáng)度為0.73 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期28～70 d再生粗集料混凝土的日劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)率為0.65%，可見(jiàn)，試樣的劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)逐漸趨緩。原因同前。

2.3 回彈模量

對(duì)不同工況下再生粗集料混凝土試樣進(jìn)行剛度性能試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4(a)可以看出，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期小于等于28 d時(shí)，隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的回彈模量呈先減小后增大的變化趨勢(shì)；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到70 d時(shí)，試樣的回彈模量隨養(yǎng)護(hù)齡期逐漸減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以養(yǎng)護(hù)齡期28 d為例，當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，試樣的回彈模量為1 401.2 MPa；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，試樣的回彈模量為1 307.5 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)相比減少了約6.69%；當(dāng)再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時(shí)，試樣的回彈模量為1 369.4 MPa，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)相比增加了約4.73%。原因同前。

圖4 回彈模量分布曲線(xiàn)

由圖4(b)可以看出，不同再生粗集料摻量下，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，試樣的回彈模量均呈逐漸遞增的變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以再生粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%為例，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為7 d時(shí)，試樣的回彈模量為1 008.5 MPa；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時(shí)，試樣的回彈模量為1 307.2 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期7～28 d再生粗集料混凝土的日回彈模量增長(zhǎng)率約為1.48%；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為70 d時(shí)，試樣的回彈模量為1 502.7 MPa，養(yǎng)護(hù)齡期28～70 d再生粗集料混凝土的日回彈模量增長(zhǎng)率約為0.36%，可見(jiàn)，試樣的回彈模量增長(zhǎng)逐漸趨緩。原因同前。

3 結(jié)論

(1)養(yǎng)護(hù)齡期小于等于28 d時(shí)，隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈先減后增趨勢(shì)；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到70 d時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期逐漸減小。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均呈逐漸遞增變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。

(2)隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的劈裂強(qiáng)度呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土的劈裂強(qiáng)度均呈逐漸遞增的變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。

(3)養(yǎng)護(hù)齡期小于等于28 d時(shí)，隨著再生粗集料摻量的逐漸增加，試樣的回彈模量呈先減后增趨勢(shì)；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到70 d時(shí)，試樣的回彈模量隨養(yǎng)護(hù)齡期逐漸減小。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的逐漸延長(zhǎng)，水泥穩(wěn)定再生粗集料混凝土的回彈模量均呈逐漸遞增變化趨勢(shì)，但曲線(xiàn)斜率在逐漸減小。