不同粒徑再生骨料混合料擊實(shí)試驗(yàn)研究

陳建康 矯偉剛 楊 奕

(1.北京現(xiàn)代金宇巖土工程有限公司，北京 101400；2.北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

改革開放以來，隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，大量的工程建設(shè)和拆遷改造工程產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，據(jù)估算，我國建筑垃圾的數(shù)量已占到垃圾總量的40%[1]。根據(jù)建設(shè)部(現(xiàn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部)2003年6月頒布的《城市建筑垃圾和工程渣土管理規(guī)定》，建筑垃圾、工程渣土是指建設(shè)、施工單位或個(gè)人對(duì)各類建筑物、構(gòu)筑物等進(jìn)行建設(shè)、拆遷、修繕及居民裝飾房屋過程中所產(chǎn)生的余泥、余渣、泥漿及其他廢棄物。按照來源分類，建筑垃圾可分為土地開挖、道路開挖、舊建(構(gòu))筑物拆除、建筑施工和建材生產(chǎn)垃圾五類，主要是由渣土、碎石塊、廢砂漿、磚瓦碎塊、混凝土塊、瀝青塊、廢塑料、廢金屬料、廢竹木等組成。

目前我國建筑垃圾資源化利用率遠(yuǎn)低于歐盟和日本、韓國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)[2]。在工程建設(shè)中，建筑材料的費(fèi)用是一筆很大的成本。因此，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化，將建筑垃圾骨料有效地應(yīng)用到工程建設(shè)中，不僅可以減少天然材料的開采，保護(hù)環(huán)境，而且可以節(jié)約工程成本。

采用以建筑垃圾不同粒徑再生骨料、水泥和粉煤灰所組成的再生骨料混合料，通過對(duì)其進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，研究分析影響最大干密度ρmax及最優(yōu)含水率wopt的最顯著因素，為實(shí)現(xiàn)建筑垃圾的資源化，將建筑垃圾再生骨料有效地應(yīng)用到工程建設(shè)中提供技術(shù)參數(shù)。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

(1)建筑垃圾再生骨料

本試驗(yàn)所采用的再生骨料粒徑為0～4.75 mm、4.75～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm；其中再生細(xì)骨料[3]粒徑為0～4.75 mm，再生粗骨料[4]粒徑為4.75～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm。

(2)水泥

本試驗(yàn)所采用水泥為P·O 42.5。

(3)粉煤灰

本試驗(yàn)所采用粉煤灰是Ⅱ級(jí)低鈣粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

水泥摻量為8%、10%、12%，粉煤灰摻量為0%、10%、15%，建筑垃圾再生細(xì)骨料含量為20%、30%、40%，建筑垃圾再生粗骨料三個(gè)粒徑組(5～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm)，每個(gè)粒徑組的粗骨料含量分別為60%、70%、80%，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)L9(33)，具體配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表1。采用擊實(shí)試驗(yàn)，對(duì)不同粒徑再生骨料混合料最優(yōu)含水率及最大干密度進(jìn)行測(cè)定。

表1 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果表

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 最優(yōu)含水率

在4.75～10 mm粒徑組，最優(yōu)含水率變化范圍為12.3%～18.3%；在10～25 mm粒徑組，最優(yōu)含水率變化范圍為12.4%～16.5%；在25～31.5 mm粒徑組，最優(yōu)含水率變化范圍為12.2%～16.9%。隨著粒徑的增大，最優(yōu)含水率呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

2.2 最大干密度

在4.75～10 mm粒徑組，最大干密度變化范圍為1.64～1.88 g/cm3；在10～25 mm粒徑組，最大干密度變化范圍為1.87～2.04 g/cm3;在25～31.5 mm粒徑組，最大干密度變化范圍為1.9～2.19 g/cm3。隨著粒徑的增大，最大干密度呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

2.3 極差分析

正交設(shè)計(jì)主要在全面實(shí)驗(yàn)中針對(duì)最具有代表性的某一點(diǎn)實(shí)施試驗(yàn)，這種方法一般是針對(duì)多因素問題進(jìn)行研究，具有經(jīng)濟(jì)性、快速性和高效性等優(yōu)點(diǎn)。

完成試驗(yàn)并收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行極差分析。極差是平均效果中最大值和最小值的差。極差分析是在考慮某一因素時(shí)，認(rèn)為其它因素對(duì)結(jié)果的影響是均衡的，從而認(rèn)為此因素各水平的差異是由于此因素本身引起的。通過對(duì)每一因素的平均極差來分析問題，可以找到最顯著的影響因素，為后續(xù)施工提供理論依據(jù)。對(duì)不同粒徑再生骨料混合料最優(yōu)含水率及最大干密度極差分析結(jié)果，見表2、表3。

表2 最優(yōu)含水率極差分析結(jié)果表

表3 最大干密度極差分析結(jié)果表

從表2、表3可以看出，在4.75～10 mm和10～25 mm粒徑中，影響最優(yōu)含水率的最顯著因素是粗骨料含量，在25～31.5 mm粒徑中，影響最優(yōu)含水率的最顯著因素是粉煤灰摻量；在4.75～10 mm和10～25 mm粒徑中，影響最大干密度的最顯著因素是水泥摻量;在25～31.5 mm粒徑中，影響最大干密度的最顯著因素是粗骨料含量。

2.3.1 粗骨料含量對(duì)wopt及ρmax的影響

不同粗骨料含量對(duì)最優(yōu)含水率及最大干密度影響的變化曲線，見圖1、圖2。

圖1 粗骨料含量與最優(yōu)含水率關(guān)系曲線圖

圖2 粗骨料含量與最大干密度關(guān)系曲線圖

由圖1、圖2可以看出： 粒徑為4.75～10 mm時(shí)，隨著粗骨料含量的增加，最優(yōu)含水率先增大后減小，最大干密度逐漸增加；粒徑為10～25 mm和25～31.5 mm時(shí)，隨著粗骨料含量的增加，最優(yōu)含水率先減小后增大，最大干密度先增大后減小。

2.3.2 水泥摻量對(duì)wopt及ρmax的影響

不同水泥摻量對(duì)最優(yōu)含水率及最大干密度影響的變化曲線，見圖3、圖4。

圖3 水泥摻量與最優(yōu)含水率關(guān)系曲線圖

圖4 水泥摻量與最大干密度關(guān)系曲線圖

由圖3、圖4可以看出：當(dāng)粒徑為4.75～10 mm時(shí)，隨著水泥摻量的增加，最優(yōu)含水率逐漸增大，最大干密度先增大后減??；當(dāng)粒徑為10～25 mm和25～31.5 mm時(shí)，隨著水泥摻量的增加，最優(yōu)含水率先減小后增大，最大干密度則影響較小。

2.3.3 粉煤灰摻量對(duì)wopt及ρmax的影響

不同粉煤灰摻量對(duì)最優(yōu)含水率及最大干密度影響的變化曲線，見圖5、圖6。

圖5 粉煤灰摻量與最優(yōu)含水率關(guān)系曲線圖

由圖5、圖6可以看出：當(dāng)粒徑為4.75～10 mm時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，最優(yōu)含水率先減小后增大，最大干密度逐漸增大；當(dāng)粒徑為10～25 mm時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，最優(yōu)含水率逐漸減小，最大干密度先增大后減?。划?dāng)粒徑為25～31.5 mm時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，最優(yōu)含水率逐漸增大，最大干密度先增大后減小。

圖6 粉煤灰摻量與最大干密度關(guān)系曲線圖

3 結(jié)論

針對(duì)不同粒徑再生骨料混合料的多因素影響的特點(diǎn)，在綜合考慮骨料含量、水泥摻量及粉煤灰摻量三個(gè)因素作用下，利用擊實(shí)試驗(yàn)，通過正交設(shè)計(jì)極差分析的方法，對(duì)不同粒徑再生骨料混合料的最優(yōu)含水率及最大干密度的影響規(guī)律進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)隨著粒徑的增大，最優(yōu)含水率逐漸減小，最大干密度逐漸增大；

(2)當(dāng)粒徑為4.75～10 mm和10～25 mm時(shí)，影響最優(yōu)含水率的最顯著因素是粗骨料含量，影響最大干密度的最顯著因素是水泥摻量；當(dāng)粒徑為25～31.5 mm時(shí)，影響最優(yōu)含水率的最顯著因素是粉煤灰摻量，影響最大干密度的最顯著因素是粗骨料含量。本試驗(yàn)的分析結(jié)果可為將來建筑垃圾再生骨料應(yīng)用于工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。為更深入對(duì)再生骨料進(jìn)行研究，可將各粒徑粗骨料按不同比例進(jìn)行組合，了解其材料性質(zhì)。