再生瀝青路面材料對碾壓混凝土性能的影響評價

閆建軍

(新疆筑路機械廠公路工程處，新疆　烏魯木齊　830021)

再生瀝青路面材料對碾壓混凝土性能的影響評價

閆建軍

(新疆筑路機械廠公路工程處，新疆烏魯木齊830021)

關鍵詞：再生瀝青；路面材料；碾壓混凝土；性能；影響評估

0引言

2014年我國建筑垃圾達到15億t，占城市垃圾的比例約30%～40%。2020年我國將新增建筑面積300億m2，由此產生的建筑垃圾有134億t。建筑垃圾的主要構成部分是水泥、瀝青、磚頭以及砂石[1]。美國、加拿大、歐盟等西方國家，以及日本都對建筑垃圾的再生利用做了很多研究，并且取得了很大的進展。歐盟的建筑垃圾的資源利用率已經達到70%，在資源相對匱乏的日本達到了90%以上，我國僅僅只有5%的建筑垃圾資源利用率。以浙江省為列，浙江省有10萬km的等級公路，每年大修的占8%，其中40%采用翻修基層工藝，如果路面寬度取12 m，挖除基層厚度為20 cm，那么每年由于挖除產生的基層銑刨材料大約有1 600萬t[2]。而另外一方面，我國正不斷地進行基礎設施建設，如大壩、公路、橋梁等，需要用到大量的建筑材料，若將RAP用作碾壓混凝土的材料將極大減少建筑垃圾[3]。在碾壓混凝土時使用RAP材料有許多優點，如它可能有助于垃圾問題的解決，對減少環境污染，保護自然資源，降低建設成本和增加供應。最近一些國家已經報道了利用回收的骨料在碾壓混凝土中的成功研究。他們主要是研究RAP粗骨料用于碾壓混凝土的性能，而研究RAP粗細集料的比較少。本文主要研究RAP粗細集料用于碾壓混凝土后的力學性能(抗壓強度、劈裂強度和彈性模量)和耐久性能，并與全天然材料作對比。

1碾壓混凝土

碾壓混凝土和常規水泥混凝土一樣，都是由水泥、砂石材料、摻合劑以及外加劑和水組成，但是其水與水泥的含量相對較低。本文中的水泥含量[4]為250 kg/m3。碾壓混凝土的坍落度幾乎為0，此外由于水泥含量較少，碾壓混凝土相對較為經濟，可以用于大壩以及道路橋梁的建設。

2研究過程

2.1材料性能測試

用于測試的水泥為金鷹牌PC42.5復合硅酸鹽水泥，密度為3 100 kg/m3，用于水泥混凝土后28 d抗壓強度為42.5～62.5 MPa。用于碾壓混凝土的天然集料以及再生瀝青混凝土集料為石灰巖，再生瀝青混凝土已經達到無瀝青提取的狀態。圖1為各檔料的級配。RS∶RAP砂；NS∶天然砂；NG∶天然粗集料；RG∶RAP粗集料。

圖1　各檔集料級配圖

2.2測試方案

為了方便，將論文的方案做如下定義：RCC C/S表示再生瀝青混凝土粗細集料所占的比例。RCC 0/0表示碾壓混凝土中粗集料全部為天然集料，細集料也為天然集料；RCC 50/50表示碾壓混凝土中再生瀝青混凝土所占的比例為粗集料50%，細集料50%；RCC 0/100表示碾壓混凝土中粗集料全部為天然集料，細集料全部為再生瀝青混凝土集料；RCC 100/0表示碾壓混凝土中粗集料全部為瀝青路面再生集料，細集料全部為天然集料；RCC 100/100表示碾壓混凝土中粗細集料全部為再生瀝青混凝土集料。

2.3配合比計算

研究所采用的配合比來自文獻[5]，由法國路橋中心的RENE-LCPC TM計算得出。碾壓混凝土是基于圖2的最小空隙率和最大壓實度對應的含水率。最佳的碾壓效果應該是水泥膠漿填充骨料間的空隙，達到大的壓實度，碾壓混凝土達到最佳的性能。

圖2　各方案最佳含水率圖

2.4試件

為了達到此種效果，參照文獻[5]做出試驗調整，調整方案如下；根據《普通混凝土力學性能試驗法標準》(GB50081.2002)[6]以及《混凝土結構試驗方法標準》(GB50152.92)[7]的要求確定各項試驗所采用的試件的數量和尺寸。

(1)抗壓試件：經28 d養護，采用(150×150×150)mm標準立方體試件；

(2)抗折試件：經28 d養護，采用(100×100×400)mm標準立方體試件。

3混凝土性能測試

3.1抗壓強度

圖3為各方案的抗壓強度與養護時間的關系圖。相對參考混凝土(RCC0/0)可知，增加的RAP材料含量會削弱碾壓混凝土的強度值。在28 d齡時，RA材料的碾壓混凝土強度為天然材料的混凝土的抗壓強度的48%，這與其他研究者文獻[6]的結果一致。作者在他們的研究中指出，混凝土的力學性能隨著RAP含量的增加而降低。如果100%的天然沙子被100%的RAP材料的沙子替換，減少強度約為32%；當粗集料全部被RAP粗集料代替時，減少的強度達到了55%。當粗細集料50%被RAP材料替換時，強度減少約為50%。RAP材料使碾壓混凝土強度下降的原因可能是由于這些集料上面附有部分RAP顆粒(瀝青或者瀝青膠漿)。因此，在處理這些RAP材料時應該盡量仔細，以免影響其強度。

圖3　抗壓強度圖

3.2劈裂強度

圖4　劈裂強度圖

如圖4示為不同含量的RAP材料的碾壓混凝土的28 d、90 d的劈裂強度。在28 d齡期時，碾壓混凝土的劈裂強度沒有達到1.6 MPa，90 d齡期沒有達到3 MPa。100%的RAP材料的碾壓混凝土與天然材料的碾壓混凝土的劈裂強度相比，強度下降26%。而國外一些研究文獻[7]表明：含RAP材料的碾壓混凝土的28 d齡期的劈裂強度不會超過2.5 MPa，并且當100%的RAP材料代替天然砂石時，劈裂強度會下降56%。圖中可以知道，RCC50/50在28 d齡期到90 d齡期時，劈裂強度下降了23%。但是，與天然砂石的碾壓混凝土的劈裂強度相當接近。

3.3彈性模量

圖5　彈性模量圖

混凝土的彈性模量隨抗壓強度的不同而不同，如圖5所示。將天然集料全部變為RAP材料所受的影響比50%的天然集料被RAP材料代替的影響更大。天然砂被RAP材料代替后會損失大約41%的彈性模量。當粗集料全部來源于RAP材料，彈性模量會下降到53%左右。這個研究結論在外國的一些研究已經證明，可以參考文獻[8]，該文獻研究表明：當粗集料全部為RAP材料的時候，彈性模量下降到32%左右。但是，經過試驗發現一個與文獻[8]相反的結論：RAP材料并不能提升其28 d的強度，相反，卻減少了它的強度，因為其瀝青與水泥的粘結能力比天然的集料與水泥的粘結能力要差。

3.4空隙率與性能的關系

圖6　空隙率與抗壓強度關系圖

圖7　空隙率與劈裂強度的關系圖

圖8　空隙率與彈性模量的關系

不同RAP材料含量的碾壓混凝土的空隙率與28 d的抗壓強度、劈裂強度、彈性模量的關系分別如圖6～8所示。從圖6～8中可以看出碾壓混凝土的力學性能是由其空隙率所引起的?？赡苁怯捎赗AP材料與新的碾壓混凝土材料之間較低的粘結性造成的。因此，可以得出結論：RAP材料在最佳用量時可以降低碾壓混凝土的空隙率以提高碾壓混凝土的力學性能，特別是在劈裂強度方面。而在這個方面，符合要求的是粗細集料各含RAP材料的50%。

4結語

在對RAP材料對碾壓混凝土的試驗研究中，從試驗結果可得出以下結論：

(1)RAP材料與天然材料相比密度更小，吸水率更大，因為表面有小部分瀝青膠漿附著的緣故。

(2)碾壓混凝土的壓實效果以及密度受RAP材料影響嚴重。

(3)當碾壓混凝土的粗細材料用RAP材料，碾壓混凝土的抗壓強度下降32.5%～55%。

(4)使用RAP材料會降低碾壓混凝土的抗壓強度，但是使用粗細材料和RAP材料各占50%時，劈裂強度會有所提高。

(5)碾壓混凝土的力學性能由RAP材料附著的瀝青膠漿以及空隙率所引起。

(6)回收RAP材料有助于減少浪費，消除垃圾，減少天然材料用于碾壓混凝土的用量。

由于RAP材料用于碾壓混凝土后性能不是很理想，因此RAP材料用于碾壓混凝土時，應該謹慎使用，盡量限制在50%以內。當然，使用RAP材料的碾壓混凝土仍可以用在一些公路上，如：農村公路以及人行道上等。

參考文獻

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[2]左亞.中國建筑垃圾資源化利用的現狀研究及建議[D].北京：北京建筑大學，2015.

[3]王周凱.公路路面水泥穩定就地冷再生關鍵技術與工程應用研究[D].杭州：浙江大學，2014.

[4]江思穎.摻粉煤灰碾壓混凝土耐久性研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

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[9]李波，顧沖時，武金坤.碾壓混凝土壩彈性力學參數漸變規律分析[J].水利學報，2013，44(12)：1488-1497.

摘要：文章將由再生瀝青路面材料(RAP)構成的碾壓混凝土與全部為天然材料構成的碾壓混凝土進行對比試驗，研究使用RAP代替天然材料對碾壓混凝土(RCC)力學性能和耐久性的影響。試驗證明，碾壓混凝土中含50%的RAP是可以被采用的，更節約環保。

Impact Assessment of RAP Material on RCC Performance

YAN Jian-jun

(Highway Engineering Department of Xinjiang Road Construction Machinery Factory，Urumqi，830021)

Abstract：This article conducted the comparative experiments between RCC fully composed by recycled asphalt material(RAP)and RCC composed by all natural materials，in order to study the impact of using RAP to replace the natural materials on RCC mechanical properties and durability.The experiments proved that：RCC containing 50% RAP is acceptable and can save materials and protect the environ-ment.

Keywords：Recycled asphalt；Pavement material；RCC；Performance；Impact assessment

作者簡介

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.005

文章編號：1673-4874(2016)04-0016-04

收稿日期：2016-03-27

閆建軍(1969—)，工程師，研究方向：公路施工技術及管理。