再生水泥穩(wěn)定碎石材料級(jí)配設(shè)計(jì)研究

林沛生

摘 要 再生水泥穩(wěn)定碎石材料的配給設(shè)計(jì)，將受到含水量和最大干密度兩種數(shù)據(jù)的影響，因此在研究當(dāng)中也以這兩種的數(shù)據(jù)為最終標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，找出最合適的級(jí)配設(shè)計(jì)方式。本文將從研究這一方面的必要性說起，通過制定好配合比，采用重型擊實(shí)方式、振動(dòng)壓實(shí)方式、靜壓方式三種對材料進(jìn)行擊實(shí)，最終測得三種方法使用后材料的含水量和最大干密度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。希望能夠通過本文的研究，給同領(lǐng)域的研究提供一些參考。

關(guān)鍵詞 級(jí)配設(shè)計(jì);含水量;最大干密度

再生水泥穩(wěn)定碎石材料的級(jí)配設(shè)計(jì)研究具有很高的現(xiàn)實(shí)意義，這是我國道路工程迅速發(fā)展的背景下的產(chǎn)物，為了讓可持續(xù)發(fā)展理念深入涌流，降低各種材料的使用成本，提高廢棄材料的再利用率而進(jìn)行的此類研究。

1再生水泥穩(wěn)定碎石材料級(jí)配設(shè)計(jì)研究的必要性

我國國土面積大，各個(gè)省、市、縣之間都需要干線公路連接，這些公路的長度加起來已經(jīng)超過了500萬公里，由此可見我國對于道路修建材料的需求度。這種龐大的材料需求的背后，還隱藏著更深的問題，比如道路設(shè)計(jì)、材料篩選、資源調(diào)配等的，其中比較突出的就是廢氣材料的再利用問題。隨著國力的強(qiáng)盛和時(shí)間的推移，許多新的道路被建造，舊的道路被翻新，而道路的翻修意味著大量廢棄材料的誕生[1]。這些廢棄材料基本都是人工產(chǎn)物，在自然界極難被分解，大量的丟棄和堆砌既是材料的浪費(fèi)，也是環(huán)土地的占用，因此需要對這些材料再利用進(jìn)行研究，找到他們的第二次價(jià)值。我國的學(xué)者們對于這一點(diǎn)已經(jīng)有了不少研究，在如何提高再生料的強(qiáng)度方面研究頗深，這正是我國開始意識(shí)到材料再利用重要性的證明，也是我國可持續(xù)發(fā)展理念在道路修建方面的體現(xiàn)。下文中將主要是針對舊路面回收料的各種特點(diǎn)，在再生料的摻配率方面做不同的調(diào)整，然后利用各種方式進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，研究在各種成型的方式、再生料摻配率的影響下，水泥穩(wěn)定碎石的含水量和最大干密度數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化，其中又以那些數(shù)據(jù)為佳，適合投入到現(xiàn)實(shí)使用當(dāng)中去。

2配合比設(shè)計(jì)

2.1 集料篩分

本文采用的石料基本情況如下：1料大小在30mm左右，2料大小在20mm左右，3料大小在9mm左右，4料大小在4mm以下，數(shù)據(jù)左右波動(dòng)均在5mm之內(nèi)。本文采用的再生集料的基本情況如下：1料大小在15mm到30mm之間，2料大小在5mm到15mm之間，3料大小在5mm以下。對各種研究需要使用的石料和再生集料的大小進(jìn)行衡量之后，按照數(shù)據(jù)要求將其劃分到不同的區(qū)域內(nèi)，然后為了區(qū)別石料與再生集料，對其命名的時(shí)候采用“石料1料”、“再生1料”的方式，這樣不容易產(chǎn)生混淆，也方便后期對比時(shí)候的記錄。

2.2 集料級(jí)配

隨著道路建設(shè)行業(yè)的不斷發(fā)展，各種集料級(jí)配不斷翻新修改，最終國家對此做出了規(guī)范，以新規(guī)范的形式，確定水泥穩(wěn)定碎石或者水泥穩(wěn)定礫石的級(jí)配范圍。比方說C-B-3的級(jí)配就規(guī)定了應(yīng)該用大小明確在0.075mm的篩孔中通過率保持在3%左右，對比C-B-1和C-B-2來說，這一級(jí)配將使得集料的收縮性能保持在合理范圍內(nèi)，不至于使得集料因?yàn)檫^度收縮而產(chǎn)生裂痕，因此選擇C-B-3級(jí)配來進(jìn)行設(shè)計(jì)較為合適[2]。使用數(shù)據(jù)規(guī)劃求解方法來進(jìn)行計(jì)算，將選用的配給范圍作為限制條件，將RA的摻量和RAP+RA的摻量如何放到最大作為最終目標(biāo)，獲得在C-B-3范圍可以達(dá)到的最大再生料摻量數(shù)據(jù)。不過因?yàn)楦鞣N再生料有一個(gè)固定的特點(diǎn)，那就是表面上會(huì)有一層水泥漿，這些水泥漿難以清理，并且可能會(huì)在研究當(dāng)中對各種數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響，為了解決這個(gè)問題，通常會(huì)將再生料分組，以不同的摻量比例進(jìn)行編號(hào)對比。本文中使用的分組如下：

3擊實(shí)方式

3.1 重型擊實(shí)方式

重型擊實(shí)是一種比較常見的擊實(shí)方式，需要借助重型擊實(shí)儀來進(jìn)行操作，可以將石料通過多次大力擊實(shí)的方式來測量其中的含水率，操作方便，而且結(jié)果直觀明確。首先需要用衡量器具取得多份石料，受到不同石料的密度不同的影響，在取樣的時(shí)候應(yīng)該將重量做一定的調(diào)整，不過范圍應(yīng)該在5.4～5.8kg之間。然后設(shè)定多個(gè)含水量，每次相差0.5%作用，對選定的石料進(jìn)行浸濕，四個(gè)小時(shí)之后加入水泥并且勻速攪拌混合，分成三次裝到試筒當(dāng)中。最后將重型擊實(shí)儀設(shè)定好，對石料進(jìn)行每層98此的擊實(shí)操作，分三次進(jìn)行，最后用脫模器將擊實(shí)完畢的石料推出來。此時(shí)的石料需要進(jìn)行打破才能測量，固定取出一定量的石料進(jìn)行含水率檢測，結(jié)果就能出來了。

3.2 振動(dòng)壓實(shí)方式

振動(dòng)壓實(shí)在工程建造方面較為常用，而且常常和靜壓一起使用，靜壓可以整平收面，而振動(dòng)壓實(shí)則是用來提高壓實(shí)度。振動(dòng)壓實(shí)方式基本是通過模仿振動(dòng)壓路機(jī)的方式來進(jìn)行，一邊振動(dòng)一邊將材料壓實(shí)，在這個(gè)過程中，顆粒之間的原始靜摩擦狀態(tài)會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦狀態(tài)，這使得顆粒材料一起產(chǎn)生了共振，以此起到提高材料最大干密度的目的。首先仍然是將石料分為多個(gè)組，這次根據(jù)重量的不同將組內(nèi)的石料質(zhì)量控制在5.5～6.5kg之間。然后同樣設(shè)置了多個(gè)含水量，為方便進(jìn)行后期的對比，在振動(dòng)壓實(shí)方式中的浸濕部分里，將使用與重型擊實(shí)方式中采用的相同的含水量差值進(jìn)行浸濕。四小時(shí)后加入水泥并且均勻攪拌，分成四份把對角的混合料挨個(gè)加入試模進(jìn)行振動(dòng)[3]。在完成了振動(dòng)之后把材料從試模中取出來，這時(shí)候應(yīng)該使用刮土刀來刮平混合料，這樣能夠使材料更加平整，便于之后使用脫模器，之后擊碎材料，取出與重型壓實(shí)方式差不多重要的材料納入烘干，再進(jìn)行含水率的測量。

3.3 靜壓方式

靜壓法也常見于道路建設(shè)工程當(dāng)中，這種方法較之上文的重壓和震動(dòng)來說具有少噪音、無沖擊、無污染等特點(diǎn)，使用此方法對周圍的干擾會(huì)降到最低，所以在工程建造當(dāng)中也是非常受周圍居民歡迎的一種。靜壓法的前期準(zhǔn)備工作和上文中的兩種基本一致，都是取多份材料預(yù)備使用，重量大概在6～6.5kg之間，設(shè)定好多個(gè)不同的含水量，差值仍然是0.5%左右。不過這次含水量的使用，應(yīng)該用比設(shè)定的含水量低大概1%作用的含水量進(jìn)行浸濕。然后均勻攪拌，在攪拌的時(shí)候把沒有加入的水加進(jìn)去，也就是分兩次進(jìn)行浸濕，一次在攪拌前一次在攪拌中。最后將攪拌好的材料分成三次裝入試模當(dāng)中，每次裝完都要進(jìn)行搗插的操作，這樣能夠讓石料更加密實(shí)，而且整個(gè)操作應(yīng)該保持勻速，盡可能讓石料均勻地裝入試模當(dāng)中。壓力機(jī)的速度設(shè)置成1mm/min，并且持續(xù)加壓到450kN，兩分鐘的穩(wěn)壓進(jìn)行完畢之后將其解除，然后對石料進(jìn)行含水率的分析。

3.4 結(jié)果分析

從這三次壓實(shí)的結(jié)果來看，重壓、振動(dòng)和靜壓基本上都能完成設(shè)定的目標(biāo)，最終求得合適的水泥穩(wěn)定碎石材料最佳含水量和最大干密度。不過在結(jié)果方面，重壓和靜壓在最大干密度數(shù)據(jù)方面的結(jié)果比較靠近，但在含水量方面重壓就明顯比靜壓出來的數(shù)據(jù)要大一些。除此之外振動(dòng)得出的最大干密度是三種方法中數(shù)據(jù)最大的一個(gè)，可在含水量數(shù)據(jù)方面卻是三種方法中最小的一個(gè)。由此可以分析得出三個(gè)結(jié)論：一是應(yīng)該選擇C-B-3級(jí)配的，水泥劑量控制在4.5%，再生料摻配率控制在30%、50%進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，這樣能夠有效提高設(shè)計(jì)研究的效率和準(zhǔn)確度[4]。二是如果把RA和RAP融合到水泥穩(wěn)定碎石材料當(dāng)中去，那么材料的最大干密度就會(huì)逐漸縮小，縮小的量和加入的量成正比，由此可見RA和RAP對于材料的各種情況會(huì)有很大的影響力，在研究當(dāng)中應(yīng)該更加重視。三是在重型、振動(dòng)、靜壓三種擊實(shí)方式的對比當(dāng)中，可以得出振動(dòng)的含水量數(shù)據(jù)是三方當(dāng)中最低的，而最大干密度數(shù)據(jù)則是最高的一方。重型更加適合在室內(nèi)操作，而靜壓適合在室外，對于外界的影響是最小的。

4結(jié)束語

廢棄材料的再利用無論是從環(huán)境保護(hù)還是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展上來看都具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，由此可見此類研究的必要性。本文首先對材料的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了明確，然后通過三種擊實(shí)方式即重型擊實(shí)方式、振動(dòng)壓實(shí)方式、靜壓方式對材料進(jìn)行擊實(shí)、壓實(shí)處理，通過對三種材料最終結(jié)果進(jìn)行分析，對各自含水量和最大干密度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比得出結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國武，拾方治，畢偉林，等.舊水泥路面板?；偕旌狭霞?jí)配設(shè)計(jì)的試驗(yàn)研究[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，（03）：54-57.

[2] 孔斌.水泥穩(wěn)定碎石冷再生基層技術(shù)應(yīng)用研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2010.

[3] 張西棉.水泥穩(wěn)定就地冷再生基層應(yīng)用技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[4] 肖建莊，雷斌，袁飚.廢混凝土再生粗集料性能試驗(yàn)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2009，（S1）：99-101.