再生粗骨料在道路基層中的試驗研究

張立群 楊歡歡 林起飛 周 輝 熊 航 余澤韜 張學峰

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075000)

0 引 言

我國建筑垃圾產(chǎn)量逐年增長，在城市垃圾中的占比越來越大，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，對建筑垃圾進行研究.國外學者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，對不同配比制備的混凝土進行壓實度、力學性能和物理性能進行研究.本文研究的再生骨料作為水泥穩(wěn)定材料的集料，通過擊實試驗研究再生粗骨料取代率不同時，混合料的最佳含水量和最大干密度.國內(nèi)學者李曉靜[2]對建筑垃圾的基本特性進行研究，建筑垃圾來源是廢棄混凝土塊、磚塊混合料.本文研究的建筑垃圾來源為寒冷地區(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用提供參考.

1 試驗

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：普通自來水.

1.2 試驗配合比

本試驗集料級配采用《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)中表4.5.4高速公路和一級公路C-B-2級配中值，再生粗骨料的取代率為0%、30%、60%、100%，水泥摻量分別為3%、4%、5%，標準擊實試驗時五個不同含水量為3%、4%、5%、6%、7%.

表1 材料配合比設計

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

標準擊實試驗采用甲法，選用的擊實筒尺寸為φ100 mm×127 mm，每個試件分5層擊實，每層擊實次數(shù)為27次，每組擊實5個試件，共12組.

1.4 試驗方法

壓碎值、密度及吸水率試驗的試驗方法，參照《公路工程集料試驗規(guī)程(JTG E42-2005)》中T0316粗集料壓碎值試驗、T0304粗集料密度及吸水率試驗(網(wǎng)籃法)的試驗步驟.標準擊實試驗和無側限抗壓強度試驗的試驗方法，參照《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程(JTG E51-2009)》中T0804-1994無機結合料穩(wěn)定材料擊實試驗方法.

試驗所用設備采用上海華龍測試儀器股份有限公司生產(chǎn)的WHY-2000型微機控制壓力試驗機、南京寧曦土壤儀器有限公司生產(chǎn)的SKDJ-1型數(shù)控多功能電動擊實儀、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 壓力試驗機 圖2 標準擊實儀 圖3 低溫溢流水箱

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 密度及吸水率試驗

本試驗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.

試驗結果如下：

表2 天然粗集料的密度及吸水率試驗結果

表3 再生粗骨料的密度及吸水率試驗結果

分析試驗數(shù)據(jù)，結論如下：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)過破碎機破碎時會產(chǎn)生很多裂縫，導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

通過壓碎值試驗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性質.取風干材料9.5 mm～13.2 mm粒徑試樣3組，各組約3000 g.

試驗結果如下：

表4 天然粗集料壓碎值

表5 再生粗骨料壓碎值

分析試驗數(shù)據(jù)，結論如下：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細則(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機混合料(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、挖土機拆除等方式，這些方式對骨料內(nèi)部造成損傷，建筑垃圾再經(jīng)過破碎機破碎時，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，故骨料強度較低.而天然集料的內(nèi)部結構沒有被擾動，表面無水泥附著.因此，再生粗骨料抵抗壓碎的能力比天然集料低.

2.3 標準擊實試驗

本試驗的試驗方法采用甲法，擊實筒尺寸為φ100 mm×127 mm.根據(jù)試驗結果，繪制穩(wěn)定材料的含水量—干密度關系曲線，確定穩(wěn)定材料的最佳含水量和最大干密度.

試驗結果如下：

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%.

分析試驗數(shù)據(jù)，結論如下：水泥含量一定時(即A-1、B-1、C-1、D-1時)，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為A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.再生骨料破碎時會產(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 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.因為再生骨料破碎時產(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，因為再生骨料經(jīng)過長時間風化、腐蝕，破碎時又產(chǎn)生較多裂縫，所以強度較天然集料低些，但滿足《道路用建筑垃圾再生骨料無機混合料(JC/T2281-2014)》中5.1.2節(jié)表3的要求.

(3)標準擊實試驗結果表明，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.