聚丙烯纖維改善再生水穩(wěn)碎石力學(xué)性能研究

史殿瑞，黃小芬

廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507

0 引言

將建筑垃圾應(yīng)用于水穩(wěn)碎石基層中，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。但建筑垃圾壓碎值大、吸水率高，對再生水穩(wěn)碎石的路用性能造成不利的影響，進(jìn)而限制了建筑垃圾的實(shí)際應(yīng)用［1-2］。肖杰［3］、孫吉書［4］的研究表明：建筑垃圾吸水率大、壓碎值高，隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩(wěn)碎石的路用性能逐漸降低。馬士賓［5］、楊明［6］等人發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定碎石中摻加聚丙烯纖維可以既經(jīng)濟(jì)又高效地改善其路用性能，為提高再生水穩(wěn)碎石基層的使用壽命，推廣再生水穩(wěn)碎石的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

試驗(yàn)所用的水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，建筑垃圾的壓碎值為30.6%，吸水率為6.96%（粗集料）、9.04%（細(xì)集料）。再生水穩(wěn)碎石的級配如表1所示。

表1 碎石和建筑垃圾的設(shè)計(jì)級配 %

所用聚丙烯纖維彈性模量為2.9GPa，斷裂延伸率為21%。

1.2 試驗(yàn)方案

通過再生水穩(wěn)碎石的組成設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)選出纖維的摻量和長度，并通過7d、90d抗壓強(qiáng)度、28d抗彎拉強(qiáng)度，研究纖維對再生水穩(wěn)碎石力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)方法均參考《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）。

2 再生水穩(wěn)碎石混合料組成設(shè)計(jì)

取建筑垃圾摻量為100%，水泥劑量為4.5%，纖維摻量為0.06%、0.09%、0.12%、0.15%，纖維長度為9mm、15mm、24mm，進(jìn)行7d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 再生水穩(wěn)碎石7d抗壓強(qiáng)度 MPa

由表2可知，隨著纖維長度的增大，再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)纖維長度為15mm時(shí)，再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度最大。隨著纖維摻量的增大，再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，纖維摻量為0.09%時(shí)，再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度最大?；谝陨涎芯?，本文選取建筑垃圾摻量為0、25%、50%、75%、100%，水泥劑量為4.5%，纖維長度為15mm，纖維摻量為0、0.09%，進(jìn)行再生水穩(wěn)碎石的力學(xué)性能試驗(yàn)研究。

3 力學(xué)性能試驗(yàn)

3.1 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度逐漸減小。不摻加纖維時(shí)，100%建筑垃圾摻量再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度分別比普通水穩(wěn)碎石減小了19%、15.3%。這是因?yàn)榻ㄖ膲核橹递^大，集料表面孔隙較多，對再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度造成了不利的影響。摻加纖維后，再生水穩(wěn)碎石的抗壓強(qiáng)度增大，建筑垃圾摻量為100%時(shí)，摻纖維再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度比不摻纖維的再生水穩(wěn)碎石增大了13.7%、9.7%。纖維在水穩(wěn)碎石中呈均勻的亂向分布，起到了加筋作用和橋接作用，增強(qiáng)水穩(wěn)碎石抵抗荷載破壞的能力。

3.2 抗彎拉強(qiáng)度

28d抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由表4可知：隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩(wěn)碎石的28d抗彎拉強(qiáng)度逐漸減小。不摻加纖維時(shí)，100%建筑垃圾摻量再生水穩(wěn)碎石的28d抗彎拉強(qiáng)度比普通水穩(wěn)碎石減小了32.6%。這是因?yàn)榻ㄖ膲核橹递^大，實(shí)際級配偏細(xì)，對再生水穩(wěn)碎石的抗彎拉強(qiáng)度造成了不利的影響。摻加纖維后，不同建筑垃圾摻量再生水穩(wěn)碎石的抗彎拉強(qiáng)度均增大，建筑垃圾摻量為100%時(shí)，摻纖維再生水穩(wěn)碎石的28d抗彎拉強(qiáng)度比不摻纖維的再生水穩(wěn)碎石增大了16.1%。纖維在再生水穩(wěn)碎石中呈均勻的亂向分布，起到了加筋作用和橋接作用，增強(qiáng)了再生水穩(wěn)碎石抵抗荷載破壞的能力。

表4 再生水穩(wěn)碎石的抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）摻加聚丙烯纖維后，再生水穩(wěn)碎石的力學(xué)性能均有不同程度的提高。建筑垃圾摻量為100%時(shí)，摻纖維再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度、28d抗彎拉強(qiáng)度分別比不摻加纖維的再生水穩(wěn)碎石增大了13.7%、9.7%、16.1%。

（2）隨著建筑垃圾摻量的增大，再生水穩(wěn)碎石的力學(xué)性能逐漸降低。不摻加纖維時(shí)，100%建筑垃圾摻量的再生水穩(wěn)碎石的7d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度、28d抗彎拉強(qiáng)度分別比普通水穩(wěn)碎石減小了19%、15.3%、32.6%。