摘要：本文主要論述了再生集料的特性和再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石技術的一些探索性研究。首先對再生集料的各項物理性能指標進行了試驗和分析，通過試驗發(fā)現再生集料特別是再生細集料對水泥穩(wěn)定碎石強度的影響非常大。同時，對再生集料的用法和用量進行了探索，以及延時成型強度的下降情況。最后驗證了再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石的耐久性能，發(fā)現摻再生集料的水泥穩(wěn)定碎石強度發(fā)展良好，耐久性能十分優(yōu)異。
關鍵詞：再生集料；水泥穩(wěn)定碎石；路面基層；配合比；耐久性
1 引言
半剛性基層是目前我國主要的基層結構形式。半剛性基層材料主要有兩種：其一是粉煤灰—石灰的二灰穩(wěn)定碎石，其二是水泥穩(wěn)定碎石。采用水泥穩(wěn)定的碎石基層具有強度高、剛度大、整體性強、耐久性好、干溫縮較小、易于施工、水穩(wěn)性和抗凍性好以及抗行車疲勞性能較好等優(yōu)點，因而得到推廣和應用。
而同時在城市化進程中，廢棄混凝土是城市發(fā)展的負擔，再生混凝土集料用于水泥穩(wěn)定碎石，可以用以道路建設，對環(huán)境有不造成二次污染。
本研究擬在研究再生集料特性的基礎上，探索了再生集料對水泥穩(wěn)定碎石性能影響，為其在工程應用中提了供理論依據。
2 試驗方法
2.1 原材料
水泥：采用海螺P.O32.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能見表1。
天然集料：采用粒徑為19~9.5mm，9.5~4.75mm，4.75~2.36mm及2.36mm以下四檔的石灰?guī)r，壓碎值8.5%。
2.2 試驗方法
試件成型采用重型擊實成型，試件尺寸為Ф15cm，高度15cm的圓柱體，試件從試模內脫出后立即用塑料薄膜包覆，并送至相對濕度大于95%，溫度為25±2℃的養(yǎng)護室保溫保濕養(yǎng)生到規(guī)定齡期。養(yǎng)生6天后浸水24h，測其7d無側限抗壓強度，并對同批試件測其長期無側限抗壓強度，觀察其強度增長趨勢。同時測定其延時強度，以確定延時成型對強度影響。
基層材料的耐久性能目前還沒有統一的試驗規(guī)程。材料的抗凍性能通過一定次數的凍融循環(huán)作用后的強度下降情況來表征；水穩(wěn)定性能通過在水中一段時間后的強度變化來表征；抗硫酸鹽侵蝕性能通過在5%Na2SO4溶液中浸泡一段時間后的強度變化來表征。
3 結果與討論
3.1 再生混凝土集料的特性
再生混凝土取自上海滬太路水泥混凝土面層，其強度測試結果如表2。
注：試樣為取芯，抗壓強度測試為Ф10cm試樣，劈裂強度測試為Ф15cm試樣。
3.1.1 粒形與表面構造
再生粗集料的外觀略為扁平同時帶有較多棱角，外觀介于碎石與卵石之間。再生粗集料的這種外形將會降低新拌拌和物的工作性。
再生粗集料的表面較為粗糙，孔隙較多，天然粗集料的表面則相對光滑。肉眼可以看到再生粗集料表面大都附著或多或少的水泥砂漿。
3.1.2 吸水率
表３給出了天然及再生粗集料的吸水率試驗結果。試驗結果表明，再生粗集料的24h吸水率顯著高于天然粗集料，約為天然粗集料的6倍。吸水率增大的主要原因是再生粗集料表面附著部分水泥砂漿，其孔隙率高，表現為吸水率增大。由于再生粗集料吸水率高[1]，為使其拌制的混凝土獲得與普通混凝土相同的工作性，需要增加拌合水的用量。再生粗集料的高吸水率通常被認為是其相對于天然粗集料最重要的特征。
表３同時給出了再生粗集料的吸水率隨時間的變化關系，可以看出再生集料吸水速率大于天然粗集料。對于再生粗集料，10min可達到飽和程度的77%左右，30min達到飽和程度的82%以上，1h達到飽和程度的90％。而天然粗集料10min只達到飽和程度的62％，1h才達到飽和程度的76％。
3.1.3 表觀密度
天然與再生粗集料的表觀密度測試結果列于表4。由表4可以看出，與天然粗集料相比，再生粗集料的表觀密度降低10%。再生粗集料密度降低的原因主要是其表面水泥砂漿含量較高的緣故。再生粗集料密度降低將導致再生混凝土的密度和彈性模量降低。
3.1.4 含泥量
再生粗集料與天然粗集料的含泥量試驗結果列于表8。由表8可見，再生粗集料的含泥量高于天然粗集料，但其含泥基本上是非粘土質的石粉，含泥量可放寬至2.0％，可以滿足《標準》的要求。這主要是由于再生集料的破碎工藝所致，由于含泥量過高會對混凝土的性能產生不利的影響，如強度降低，收縮增大等，因此拌制混凝土前應該采取措施降低其含泥量。
3.1.5 針片狀顆粒含量
粗集料中顆粒長度大于該顆粒所屬粒級平均粒徑2.4倍者稱為針狀顆粒；厚度小于平均粒徑0.4倍者稱為片狀顆粒。粗集料中針片狀顆粒過多時，會影響混凝土的和易性，并對混凝土的耐久性產生不利影響。天然及再生粗集料的針片狀顆粒含量試驗結果列于表4。可以看出，再生粗集料的針片狀顆粒含量較天然粗集料稍高，但差別不大，能夠滿足《標準》的要求（針片狀顆粒含量≤15%）。
3.1.6 壓碎值指標
壓碎值是表征集料抵抗壓碎的能力的指標。天然及再生粗集料壓碎指標值試驗結果列于表5。由表5可見，再生粗集料的壓碎指標值顯著高于天然粗集料，為其3倍左右，表明再生粗集料的強度低于天然粗集料，這主要是因為再生粗集料表面水泥砂漿含量較高且粘結較弱，導致再生粗集料較天然粗集料易破碎。
注：再生集料壓碎值是5批料，取10個樣測試結果的平均值
3.2 再生集料對水泥穩(wěn)定碎石性能的影響
3.2.1 再生集料摻量對水泥穩(wěn)定碎石7天無側限抗壓強度的影響
首先按嵌擠原理確定各級集料用量，先確定粗集料用量；然后粗集料的空隙由次一級顆粒所填充；其余空隙又由再次一級顆粒所填充。這種既有嵌擠、又填充的集料在理論上應該是摩阻力、凝聚力和密實度最好的混合料。表6是各檔集料用量組成。
由上表可知，采用級配1#的集料組成的緊密密度最大，可以采用此集料組成可以配制出體積穩(wěn)定性佳、強度高的水泥穩(wěn)定碎石。
采用1#集料級配配制各種再生集料摻量水泥穩(wěn)定碎石強度測試結果見表７。
由試驗結果可以看出，當水泥用量一定時，水泥穩(wěn)定碎石7d無側限抗壓強度隨再生集料用量增加而下降。當再生集料用量一定時，水泥穩(wěn)定碎石7d無側限抗壓強度隨水泥用量增加而提高。這是由于再生集料表面附著一定量砂漿。增加了水泥穩(wěn)定碎石混合料的界面，而界面是混合料中最薄弱的環(huán)節(jié)，從而造成整個體系的抗壓強度下降。
3.2.2 再生集料級配對水泥穩(wěn)定碎石強度的影響
根據以上實驗結果發(fā)現再生集料摻量為30%時，水泥穩(wěn)定碎石在水泥用量為6%，其7d無側限抗壓強度3.2MPa，不能滿足特重交通的要求[2,3]；水泥用量7%時強度可達5.7MPa，可以滿足特重交通的要求。但水泥用量超出規(guī)范范圍[4]。為了降低水泥用量對再生集料級配作進一步調整，具體級配見表8。
對于以上兩種再生集料級配制備的水泥穩(wěn)定碎石得出的7d無側限抗壓強度列于表9。
注：再生集料摻量為30%。
由表中結果可以看出再生集料級配及粒徑對水泥穩(wěn)定碎石強度影響非常大。當再生集料中含有粒徑小于4.75mm，特別是含有大量粒徑小于2.36mm的顆粒時，所配制的水泥穩(wěn)定碎石強度非常低，而當再生集料使用規(guī)格僅為19~9.5mm和9.5~4.75mm兩檔時，強度提高非常明顯。在水泥用量5%，再生集料摻量30%的水泥穩(wěn)定碎石中，二者強度相差近4MPa．這是由于在再生集料中小于2.36mm的細集料基本上是數你砂漿，其強度相對于天然集料要小得多。
3.2.3 再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石的延時強度
由以上實驗結果可知采用合適的集料級配，再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石是可行的。當水泥用量為5%時，其7d無側限抗壓強度可達5MPa以上，完全滿足重交通對路基材料的強度要求[3,5]。但水泥穩(wěn)定碎石從生產攤鋪到壓實有一定的時間間隔，因此水泥穩(wěn)定碎石延時成型對無側限抗壓強度影響就至關重要。實驗采用水泥摻量為5％，天然集料與再生集料比例為7:3時，并且再生集料使用規(guī)格為19～9.5mm和9.5～4.75mm兩檔。各延時成型時間對水泥穩(wěn)定碎石強度影響見圖1。
由圖中結果可知，隨成型時間推遲，水泥穩(wěn)定碎石7d無側限抗壓強度下降，當水泥穩(wěn)定碎石拌和后3小時成型。其7d強度下降幅度達25％左右，而2小時后成型強度損失僅為10％左右。由此可以認為水泥穩(wěn)定碎石以拌和到碾壓成型的時間必須控制在2小時以內，這樣才能確保水泥穩(wěn)定碎石的質量[6]。
3.2.4 再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石的耐久性能
耐久性是水泥穩(wěn)定碎石最重要的性能之一。長期以來水泥穩(wěn)定碎石的使用環(huán)境都充滿著影響其耐久性的有害物質，從而造成水泥穩(wěn)定碎石實際使用壽命的縮短，表10列出再生集料置換率30%和40%，水泥用量5%的水泥穩(wěn)定碎石耐久性測試結果[7]。
由實驗結果知，隨再生集料用量增加，水泥穩(wěn)定碎石耐久性能下降。在本實驗范圍內，摻30%再生集料水泥穩(wěn)定碎石在5%硫酸鈉溶液中浸泡30天無側限抗壓強度提高33%；在干濕循環(huán)50次的條件下強度提高7%。由此可以認為摻再生集料水泥穩(wěn)定碎石具有十分強的抗硫酸鹽侵蝕能力和抗干濕循環(huán)能力。
由抗凍融循環(huán)能力測試結果可知，經過50次凍融循環(huán)后，摻再生集料水泥穩(wěn)定碎石的強度損失小于10%，可以認為其已滿足路面基層所需要的抗凍要求。
4 結論
(1) 再生混凝土集料帶有較多棱角和孔隙，從而使其局部強度過低且易吸水，壓碎值最大達29.4%，吸水率比天然集料大5~6倍。
(2) 在水泥穩(wěn)定碎石中摻加再生集料會降低其7天無側限抗壓強度，并且隨再生集料用量增加而下降。粒徑小于4.75mm，特別是小于2.36mm的再生集料對強度影響非常大。
(3) 當再生集料用19~9.5mm和9.5~4.75mm兩檔來配制水泥穩(wěn)定碎石，在水泥用量5%時其7d無側限抗壓強度可達5MPa以上。
(4) 摻再生集料的水泥穩(wěn)定碎石無強度沒有倒縮現象，耐久性能十分優(yōu)異。
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