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(shù)的一些探索性研究。首先對(duì)再生集料的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生集料特別是再生細(xì)集料對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響非常大。同時(shí)，對(duì)再生集料的用法和用量進(jìn)行了探索，以及延時(shí)成型強(qiáng)度的下降情況。最后驗(yàn)證了再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石的耐久性能，發(fā)現(xiàn)摻再生集料的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度發(fā)展良好，耐久性能十分優(yōu)異。
關(guān)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(guó)主要的基層結(jié)構(gòu)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(qiáng)度高、剛度大、整體性強(qiáng)、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(chē)疲勞性能較好等優(yōu)點(diǎn)，因而得到推廣和應(yīng)用。
而同時(shí)在城市化進(jìn)程中，廢棄混凝土是城市發(fā)展的負(fù)擔(dān)，再生混凝土集料用于水泥穩(wěn)定碎石，可以用以道路建設(shè)，對(duì)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(chǔ)上，探索了再生集料對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能影響，為其在工程應(yīng)用中提了供理論依據(jù)。
2 試驗(yàn)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(xué)性能見(jiàn)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(yàn)方法
試件成型采用重型擊實(shí)成型，試件尺寸為Ф15cm，高度15cm的圓柱體，試件從試模內(nèi)脫出后立即用塑料薄膜包覆，并送至相對(duì)濕度大于95%，溫度為25±2℃的養(yǎng)護(hù)室保溫保濕養(yǎng)生到規(guī)定齡期。養(yǎng)生6天后浸水24h，測(cè)其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并對(duì)同批試件測(cè)其長(zhǎng)期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，觀察其強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)。同時(shí)測(cè)定其延時(shí)強(qiáng)度，以確定延時(shí)成型對(duì)強(qiáng)度影響。
基層材料的耐久性能目前還沒(méi)有統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)程。材料的抗凍性能通過(guò)一定次數(shù)的凍融循環(huán)作用后的強(qiáng)度下降情況來(lái)表征；水穩(wěn)定性能通過(guò)在水中一段時(shí)間后的強(qiáng)度變化來(lái)表征；抗硫酸鹽侵蝕性能通過(guò)在5%Na2SO4溶液中浸泡一段時(shí)間后的強(qiáng)度變化來(lái)表征。
3 結(jié)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(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表2。
注：試樣為取芯，抗壓強(qiáng)度測(cè)試為Ф10cm試樣，劈裂強(qiáng)度測(cè)試為Ф15cm試樣。
3.1.1 粒形與表面構(gòu)造
再生粗集料的外觀略為扁平同時(shí)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(huì)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(duì)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(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)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(rèn)為是其相對(duì)于天然粗集料最重要的特征。
表３同時(shí)給出了再生粗集料的吸水率隨時(shí)間的變化關(guān)系，可以看出再生集料吸水速率大于天然粗集料。對(duì)于再生粗集料，10min可達(dá)到飽和程度的77%左右，30min達(dá)到飽和程度的82%以上，1h達(dá)到飽和程度的90％。而天然粗集料10min只達(dá)到飽和程度的62％，1h才達(dá)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(cè)試結(jié)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(dǎo)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(yàn)結(jié)果列于表8。由表8可見(jiàn)，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(zhì)的石粉，含泥量可放寬至2.0％，可以滿足《標(biāo)準(zhǔn)》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(guò)高會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生不利的影響，如強(qiáng)度降低，收縮增大等，因此拌制混凝土前應(yīng)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(zhǎng)度大于該顆粒所屬粒級(jí)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(guò)多時(shí)，會(huì)影響混凝土的和易性，并對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響。天然及再生粗集料的針片狀顆粒含量試驗(yàn)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)》的要求（針片狀顆粒含量≤15%）。
3.1.6 壓碎值指標(biāo)
壓碎值是表征集料抵抗壓碎的能力的指標(biāo)。天然及再生粗集料壓碎指標(biāo)值試驗(yàn)結(jié)果列于表5。由表5可見(jiàn)，再生粗集料的壓碎指標(biāo)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(qiáng)度低于天然粗集料，這主要是因?yàn)樵偕旨媳砻嫠嗌皾{含量較高且粘結(jié)較弱，導(dǎo)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(gè)樣測(cè)試結(jié)果的平均值
3.2 再生集料對(duì)水泥穩(wěn)定碎石性能的影響
3.2.1 再生集料摻量對(duì)水泥穩(wěn)定碎石7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響
首先按嵌擠原理確定各級(jí)集料用量，先確定粗集料用量；然后粗集料的空隙由次一級(jí)顆粒所填充；其余空隙又由再次一級(jí)顆粒所填充。這種既有嵌擠、又填充的集料在理論上應(yīng)該是摩阻力、凝聚力和密實(shí)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(jí)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(qiáng)度高的水泥穩(wěn)定碎石。
采用1#集料級(jí)配配制各種再生集料摻量水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表７。
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)水泥用量一定時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨再生集料用量增加而下降。當(dāng)再生集料用量一定時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(gè)體系的抗壓強(qiáng)度下降。
3.2.2 再生集料級(jí)配對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響
根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)再生集料摻量為30%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石在水泥用量為6%，其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度3.2MPa，不能滿足特重交通的要求[2,3]；水泥用量7%時(shí)強(qiáng)度可達(dá)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(duì)再生集料級(jí)配作進(jìn)一步調(diào)整，具體級(jí)配見(jiàn)表8。
對(duì)于以上兩種再生集料級(jí)配制備的水泥穩(wěn)定碎石得出的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度列于表9。
注：再生集料摻量為30%。
由表中結(jié)果可以看出再生集料級(jí)配及粒徑對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響非常大。當(dāng)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(shí)，所配制的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度非常低，而當(dāng)再生集料使用規(guī)格僅為19~9.5mm和9.5~4.75mm兩檔時(shí)，強(qiáng)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(qiáng)度相差近4MPa．這是由于在再生集料中小于2.36mm的細(xì)集料基本上是數(shù)你砂漿，其強(qiáng)度相對(duì)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(shí)強(qiáng)度
由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知采用合適的集料級(jí)配，再生集料用于水泥穩(wěn)定碎石是可行的。當(dāng)水泥用量為5%時(shí)，其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)5MPa以上，完全滿足重交通對(duì)路基材料的強(qiáng)度要求[3,5]。但水泥穩(wěn)定碎石從生產(chǎn)攤鋪到壓實(shí)有一定的時(shí)間間隔，因此水泥穩(wěn)定碎石延時(shí)成型對(duì)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響就至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)采用水泥摻量為5％，天然集料與再生集料比例為7:3時(shí)，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(shí)成型時(shí)間對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響見(jiàn)圖1。
由圖中結(jié)果可知，隨成型時(shí)間推遲，水泥穩(wěn)定碎石7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降，當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石拌和后3小時(shí)成型。其7d強(qiáng)度下降幅度達(dá)25％左右，而2小時(shí)后成型強(qiáng)度損失僅為10％左右。由此可以認(rèn)為水泥穩(wěn)定碎石以拌和到碾壓成型的時(shí)間必須控制在2小時(shí)以內(nèi)，這樣才能確保水泥穩(wěn)定碎石的質(zhì)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(zhǎng)期以來(lái)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(zhì)，從而造成水泥穩(wěn)定碎石實(shí)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(cè)試結(jié)果[7]。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，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(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高33%；在干濕循環(huán)50次的條件下強(qiáng)度提高7%。由此可以認(rèn)為摻再生集料水泥穩(wěn)定碎石具有十分強(qiáng)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(cè)試結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)50次凍融循環(huán)后，摻再生集料水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度損失小于10%，可以認(rèn)為其已滿足路面基層所需要的抗凍要求。
4 結(jié)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(qiáng)度過(guò)低且易吸水，壓碎值最大達(dá)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(huì)降低其7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(duì)強(qiáng)度影響非常大。
(3) 當(dāng)再生集料用19~9.5mm和9.5~4.75mm兩檔來(lái)配制水泥穩(wěn)定碎石，在水泥用量5%時(shí)其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)5MPa以上。
(4) 摻再生集料的水泥穩(wěn)定碎石無(wú)強(qiáng)度沒(méi)有倒縮現(xiàn)象，耐久性能十分優(yōu)異。
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