楊 威,熊文君

（1.浙江浙交檢測(cè)技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310000; 2.中交二航局建筑科技有限公司 , 湖北 武漢 430000）

0 引言

瀝青混合料由粗集料、細(xì)集料、瀝青、填料和部分摻合料組成，其中填料是瀝青混合料的重要組成部分，瀝青只有和填料形成膠漿并與粗細(xì)集料產(chǎn)生黏結(jié)作用，才能最大可能地發(fā)揮瀝青混合料應(yīng)有的功能。瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，冷料倉(cāng)的集料并未全部進(jìn)入熱料倉(cāng)用于瀝青混合料生產(chǎn)，原因是碎石經(jīng)加工場(chǎng)加工完成后的粗細(xì)集料所含有的部分碎屑顆粒往往在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)被瀝青拌和站加熱除塵系統(tǒng)清除，不會(huì)出現(xiàn)在成品瀝青混合料中。這些通過(guò)加熱除塵系統(tǒng)清除的顆粒會(huì)通過(guò)回收裝置回收至特定的回收粉罐中儲(chǔ)存。對(duì)于回收粉的研究，張彥鋒[1]利用回收粉替代礦粉，研究回收粉對(duì)于瀝青混合料性能的影響，得出回收粉的摻入顯著增大了復(fù)合填料的塑性指數(shù)，且分別使動(dòng)穩(wěn)定度降低14%與20%、殘留穩(wěn)定度降低5%與9%、凍融劈裂強(qiáng)度比降低9%與15%、破壞應(yīng)變降低17%與25%。這些數(shù)據(jù)表明回收粉對(duì)填料性能指標(biāo)以及瀝青混合料路用性能均具有顯著不利影響，因此不建議高等級(jí)公路使用回收粉。但回收粉在水泥混凝土中的應(yīng)用研究涉及較少，在水泥砂漿中的應(yīng)用研究更少[2]。

瀝青混合料生產(chǎn)單位針對(duì)回收粉，一般采用直接廢棄或作為填料摻入瀝青混合料中這兩種處理方法。施工過(guò)程中施工方以回收粉替代部分礦粉作為填料在瀝青混合料中應(yīng)用，其依據(jù)是《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中4.10.2條規(guī)定：拌和機(jī)的粉塵可以作為礦粉一部分使用。但每盤用量不得超過(guò)填料總量的25%，摻有粉塵填料的塑性指數(shù)不得大于4%[3]。部分施工方因業(yè)主有質(zhì)量要求，為保證瀝青混合料質(zhì)量，只得將回收粉廢棄處理。廢棄的回收粉一方面會(huì)造成極大浪費(fèi)，另一方面倘若處理不善，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大破壞[4]。兩種處理方式中第二種處理方式是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的，但是也只能解決一部分回收粉的歸屬，剩下的部分依然通過(guò)廢棄方式處理?？v觀公路工程建設(shè)項(xiàng)目，附屬結(jié)構(gòu)設(shè)施對(duì)于抗壓強(qiáng)度要求較低，如漿砌排水溝、漿砌擋墻、砂漿墊層等。將回收粉利用到這些結(jié)構(gòu)中去，一方面能解決回收粉的處理問(wèn)題，另一方面也能節(jié)省一部分廢棄處理費(fèi)，故而有必要研究回收粉對(duì)水泥砂漿的路用性能的影響。該文利用回收粉替代水泥砂漿中部分水泥拌制成回收粉砂漿，測(cè)定不同回收粉摻量下，水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度、稠度指標(biāo)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

1 研究背景

在我國(guó)瀝青路面發(fā)展建設(shè)初期，碎石加工工藝不完善，生產(chǎn)的碎石、機(jī)制砂中含有部分雜質(zhì)和泥粉，在經(jīng)過(guò)加熱除塵系統(tǒng)后，碎石和機(jī)制砂中的雜質(zhì)和泥粉伴隨碎屑顆粒均被回收至儲(chǔ)存罐中，導(dǎo)致回收粉雜質(zhì)和泥粉太多，不宜用于工程實(shí)體。隨著國(guó)家加大對(duì)公路建設(shè)行業(yè)資金投入，碎石加工生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步和完善，加工的碎石質(zhì)量越來(lái)越好。例如，臨建高速項(xiàng)目橋梁工程、路面工程碎石生產(chǎn)采用顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)及振動(dòng)篩進(jìn)出口分別設(shè)置除塵裝置，以控制粉塵；機(jī)制砂設(shè)備通過(guò)對(duì)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、單缸液壓圓錐式破碎機(jī)、立式?jīng)_擊破碎機(jī)和除塵系統(tǒng)有效組合，以確保機(jī)制砂質(zhì)量；采用智能化控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)全自動(dòng)控制設(shè)備運(yùn)行；通過(guò)塔樓自動(dòng)化控制系統(tǒng)調(diào)整引風(fēng)機(jī)的功率及風(fēng)門大小，精確控制含粉量。先進(jìn)的加工工藝確保所生產(chǎn)的碎石、機(jī)制砂中的雜質(zhì)和泥粉含量降至最低。

回收粉是瀝青拌和站加熱除塵系統(tǒng)的產(chǎn)物，其自身質(zhì)量會(huì)伴隨瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程、原材料含水率、原材料母巖性能變化而變化。瀝青拌和站除塵過(guò)程主要是通過(guò)重油或者天然氣燃燒、負(fù)壓除塵兩個(gè)過(guò)程將原材料加工成滿足溫度和石粉含量的熱料，而燃燒火焰長(zhǎng)度和負(fù)壓大小主要是取決于原材料的含水率和碎石中碎屑含量。在工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)下，瀝青混合料拌和站基本都搭設(shè)了防雨雪料棚，基本能保證進(jìn)入存料區(qū)的原材料含水率。但是，大多原材料加工場(chǎng)無(wú)法保證所加工材料的含水率，主要原因在于：為滿足環(huán)境保護(hù)要求，加工細(xì)集料時(shí)一般采用濕法除塵，且加工完后的原材料大多通過(guò)露天堆放等方式存儲(chǔ)，故而進(jìn)入拌和場(chǎng)的原材料的含水率是存在一定波動(dòng)的。當(dāng)原材料的含水率波動(dòng)較大，則負(fù)壓大小和火焰燃燒長(zhǎng)度亦跟著調(diào)整，以使進(jìn)入熱料倉(cāng)的熱料滿足相應(yīng)的溫度和石粉含量要求。隨著負(fù)壓大小的調(diào)整，被吸入回收倉(cāng)的回收粉細(xì)度是隨時(shí)變化的[3]。負(fù)壓大，進(jìn)入回收倉(cāng)的顆粒粒徑越大。負(fù)壓小，進(jìn)入回收倉(cāng)的顆粒粒徑越小。瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)所使用的原材料是自加工碎石時(shí)，其自加工碎石所用母材一般為隧道掘進(jìn)的洞渣，而隧道洞渣是隨著掘進(jìn)深度不斷發(fā)生變化的，不同掘進(jìn)深度的洞渣其酸堿性是不同的，進(jìn)一步導(dǎo)致回收粉的酸堿性發(fā)生變化。不同的酸堿性和不同細(xì)度的石粉顆粒組成，通過(guò)瀝青拌和站加工所形成的回收粉，其塑性指數(shù)也各不相同。綜上所述，難以控制的細(xì)度、變化較大的塑性指數(shù)、變化較大的酸堿性都是回收粉用于工程建設(shè)項(xiàng)目中需要考慮的問(wèn)題。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料

該次試驗(yàn)所采用的水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)地為安徽寧國(guó)，檢測(cè)結(jié)果見表1。細(xì)集料采用臨建高速某標(biāo)段通過(guò)自建碎石加工場(chǎng)生產(chǎn)的機(jī)制砂，檢測(cè)結(jié)果見表2。水為試驗(yàn)室自來(lái)水。回收粉采用臨建高速公路項(xiàng)目路面某分部生產(chǎn)的回收粉，其為SUP-25瀝青混合料施工過(guò)程中，通過(guò)瀝青拌和站加熱除塵系統(tǒng)回收的回收粉。檢測(cè)結(jié)果見表3。

表1 水泥檢測(cè)結(jié)果

表2 細(xì)集料檢測(cè)結(jié)果

表3 回收粉檢測(cè)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)配合比

水泥砂漿由水泥、砂及水組成，其強(qiáng)度取決于膠結(jié)材料與砂相互作用，即膠凝材料大小在很大程度上決定了水泥砂漿的路用性能。水泥砂漿抗壓強(qiáng)度和稠度是水泥砂漿路用性能的關(guān)鍵實(shí)測(cè)項(xiàng)目，故而研究水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和稠度即能反映其路用性能。該次采用臨建高速某項(xiàng)目M15砂漿配合比作為基準(zhǔn)，確定不同摻量的回收粉進(jìn)行處理方案的優(yōu)劣研究。以質(zhì)量比為0%、10%、20%、30%、40%、50%的回收粉替代相同質(zhì)量的水泥來(lái)配制回收粉水泥砂漿，按替代質(zhì)量比的大小將拌制成的回收粉砂漿分成5組，每組編號(hào)從小到大分別以1、2、3、4、5表示。具體試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 配合比及試驗(yàn)結(jié)果

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 回收粉水泥砂漿拌制方法

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）拌制，將砂漿攪拌鍋清洗干凈，并保持鍋內(nèi)濕潤(rùn)；按配合比拌制不少于30%容量同配比砂漿，使攪拌機(jī)內(nèi)壁掛漿，并將剩余料卸出；將稱量好的細(xì)集料、膠凝材料、水依次倒入攪拌機(jī)內(nèi)，立即開動(dòng)攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不少于120 s[5]，其中膠凝材料包括水泥和回收粉，回收粉和水泥在相同時(shí)間倒入攪拌鍋中。

2.3.2 砂漿稠度試驗(yàn)方法

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）測(cè)定砂漿稠度，用稠度值表示。

2.3.3 測(cè)定砂漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度試件選擇70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體（有底試模），試驗(yàn)采用30 t萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定，根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3420—2020）的規(guī)定以0.3～0.5 MPa/s的速率進(jìn)行加載，采用微機(jī)自動(dòng)控制直至試件破壞記錄荷載力值，計(jì)算試件抗壓強(qiáng)度。

該次試驗(yàn)選擇6個(gè)回收粉摻量共12組試件，共36個(gè)試件。

2.3.4 主要儀器與設(shè)備

砂漿攪拌機(jī)：STWJ—15，天津市建儀試驗(yàn)儀器廠；

砂漿稠度儀：STSC—145，浙江土工儀器制造有限公司；

電子天平：JSB30—1，上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；

液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：WES—300B，浙江土工儀器制造有限公司。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同回收粉摻量的砂漿稠度測(cè)定

由表4可以看出，當(dāng)回收粉摻量從0%增加到10%時(shí)，稠度增加量為3.30 mm，增長(zhǎng)率為4.1%；當(dāng)回收粉摻量從10%增加到20%時(shí)，稠度增加量為0.53 mm，增長(zhǎng)率為0.6%；當(dāng)回收粉摻量從20%增加到30%時(shí)，稠度降低量為3.87 mm，稠度降低率為-4.6%；當(dāng)回收粉摻量從30%增加到40%時(shí)，稠度降低量為0.21 mm，稠度降低率為-0.3%；當(dāng)回收粉摻量從40%增加到50%時(shí)，稠度減少量為3.34 mm，稠度降低率為4.1%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以分析，當(dāng)膠凝材料總量一定時(shí)，隨著回收粉摻量逐漸增加，稠度呈先上升后下降的趨勢(shì)，在回收粉摻量為20%時(shí)，回收粉水泥砂漿稠度數(shù)據(jù)存在峰值；膠凝材料總量一定，回收粉摻量從0%增加到20%過(guò)程中，砂漿稠度隨著回收粉摻量增加而增加；膠凝材料總量一定，回收粉摻量從20%增加到50%過(guò)程中，砂漿稠度隨著回收粉摻量增加而減小，而且明顯在該過(guò)程中下降速率較大。

綜上所述，當(dāng)膠凝材料總量不變，砂漿稠度變化有兩個(gè)顯著過(guò)程，20%回收粉摻量為兩個(gè)變化過(guò)程的分水嶺，在回收粉摻量小于20%時(shí)，回收粉的摻加對(duì)水泥砂漿的稠度有促進(jìn)作用，起著促進(jìn)劑的效果，稠度數(shù)據(jù)隨回收粉摻量增加而增加；而回收粉摻量大于20%時(shí)，回收粉的弊端就暴露出來(lái)了，其在很大程度上對(duì)砂漿稠度起著抑制作用，稠度數(shù)據(jù)隨回收粉摻量增加而減?。换厥辗蹞搅?0%為水泥砂漿稠度的最佳摻入量。

3.2 不同回收粉摻量的砂漿抗壓強(qiáng)度測(cè)定

由表4可以看出，當(dāng)總膠凝材料摻量保持不變，回收粉摻量從0%增加到10%時(shí)，砂漿7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別下降0.9 MPa和2.7 MPa，降低率分別為5.8%和11.2%；回收粉摻量從10%增加到20%時(shí)，砂漿7 d抗壓強(qiáng)度基本保持不變，28 d抗壓強(qiáng)度下降0.8 MPa，降低率為3.8%；回收粉摻量從20%增加到30%時(shí)，砂漿7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別下降3.0 MPa和4.5 MPa，降低率分別為20.3%和22.1%；回收粉摻量從30%增加到40%時(shí)，砂漿7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別下降3.8 MPa和4.0 MPa，降低率分別為32.2%和25.2%；回收粉摻量從40%增加到50%時(shí)，砂漿7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別下降2.2 MPa和3.4 MPa，降低率分別為27.5%和28.6%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，當(dāng)膠凝材料總量保持不變時(shí)，回收粉摻量從0%增加到50%的過(guò)程中，水泥砂漿的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)；膠凝材料總量保持不變，回收粉摻量從0%增加到10%的過(guò)程中砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度和28 d抗壓強(qiáng)度降低率分別為5.8%和11.2%，回收粉摻量從10%增加到20%時(shí)，砂漿強(qiáng)度降低率減小到5%以下，回收粉摻量超過(guò)20%后，砂漿的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度呈陡降趨勢(shì)，降低率均大于20%。當(dāng)膠凝材料總量保持不變，回收粉摻量控制在20%以內(nèi)時(shí)，砂漿7 d抗壓強(qiáng)度下降趨勢(shì)緩慢，在20%摻量下其7 d抗壓強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的99%；回收粉摻小于20%時(shí)，水泥砂漿28 d抗壓強(qiáng)度下降緩慢且摻量20%時(shí)28天抗壓強(qiáng)度能達(dá)到配合比的配置強(qiáng)度；當(dāng)摻量達(dá)到30%時(shí)，其28 d抗壓強(qiáng)度能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的106%；通過(guò)最小二乘法計(jì)算得出，當(dāng)回收粉摻量達(dá)到32%時(shí)，砂漿28天抗壓強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

（1）水泥砂漿中摻加部分回收粉后，其稠度呈拋物線趨勢(shì)變化；摻量為20%時(shí)，稠度達(dá)到最大值，之后隨著回收粉摻量增加稠度呈下降的趨勢(shì)。

（2）水泥砂漿中摻加回收粉后，砂漿抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；當(dāng)摻量從0%增加到20%過(guò)程中，砂漿抗壓強(qiáng)度下降幅度較??；當(dāng)摻量超過(guò)20%后，砂漿抗壓強(qiáng)度急劇下降；當(dāng)摻量超過(guò)32%后28 d抗壓強(qiáng)度將不滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）回收粉摻量在小于32%情況下，水泥砂漿的28 d強(qiáng)度能保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求，證明在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，回收粉可以替代部分水泥。

（4）綜合各方面因素，最終確定回收粉摻量為20%時(shí)，水泥砂漿的路用性能最佳。