道路基層用混凝土再生骨料性能試驗研究

強榮

（中交二公局第四工程有限公司，河南 洛陽 471013）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，建筑行業也蓬勃發展，加快了全國城市化進程，然而基礎性建設新舊更替日益增多，城市建筑、公路、橋梁等附屬結構物拆除、工程改造、老化廢舊廠等拆除產生大量的廢棄混凝土和散落物，實現廢舊混凝土的再生和利用，符合我國政府制定的社會可持續發展戰略，是建設節能型社會，發展循環經濟的必由之路，但針對混凝土塊的回收利用再生產水穩碎石施工系統性研究仍然較少，實際情況的差異，可借鑒的資料和經驗不多。對于建筑垃圾的重復利用提高利用率很早在國外引起廣泛關注，資源利用率提升，生產再生粗骨料的方法種類多，其中主要以機械外力破碎、機械外力與加熱法相結合以及化學法等方法來回收再生粗骨料居多，但仍然存在著一些問題比如廢棄混凝土的再生工藝較為復雜，所需制造成本昂貴，再生混合料的適用性能不足，實現方法不容易得到推廣等諸多問題。混凝土中骨料承擔著混凝土骨架的構成主要部分之一，且配制骨料的好壞在一定層面上決定著此拌合物的各種物理力學特性如硬化混凝土硬化的力學特性以及混凝土構造物的耐久性能等。從再生骨料被應用數年以來，各國研究學者也開始加入到廢棄骨料的再生研究和混凝土的研究當中來。日本頒布了相關的法律和標準，荷蘭制定了符合國情的再生骨料應用標準，美國廢棄混凝土的再生和利用主要應用于道路建設中，大大降低了道路的施工成本，提高了社會效益，德國建大型建筑垃圾再生加工綜合工廠，將80%的再生骨料用于新的混凝土工程中[1]。邢振賢等[2]研究結果表明再生混凝土與原生混凝土相比在柔韌性能方面有所提高但其脆性方面卻有所降低。第二年，邢振賢等[3]在研究再生混凝土的各個基本性能方面做了大量試驗。柯國軍等[4]研究了路面維修的廢棄混凝土作為再生骨料。本文通過改進廢料和再生料的分選技術，對比天然骨料和再生骨料的差異通過對再生料的最佳配比、最佳含水率以及最大干密度的研究，建立混凝土破碎再生平臺，解決相應環保問題，更好的利用再生技術為路面基層服務。

1 再生骨料確定

1.1 廢棄混凝土破碎分選

廢棄混凝土主要來源于城市建筑、公路、橋梁等附屬結構物拆除、工程改造、老化廢舊廠等拆除產生大量的廢棄混凝土和散落物。它的生產工藝的關鍵技術主要包括以下環節①剔除廢棄混凝土中的鋼筋②除鐵設備正常運轉③骨料的控制。與天然骨料生產工藝相比，廢棄混凝土比再生骨料在生產工藝方面增加了兩套除鐵設備，并同時進行了二級破碎的分離，對于篩分料分級篩分后對于不滿足要求的骨料進行二次加工以保證骨料的粒徑要求。考慮目前我國工人用工費用較低，先人工除去大塊鋼筋和木料等雜質，經過轉子破碎機破碎后，再傳送至振動積料機初次篩分目的為去除雜質且篩分出粒徑小于5mm的顆粒。為了得到粒徑大小為0～5mm的碎砂和5～40m的再生粗骨料，本試驗進行了初次破碎和二次篩分。根據實際設計了一套符合我國情況的工藝流程，如圖1所示.

圖1 廢棄混凝土骨料的破碎工藝技術

1.2 再生骨料與天然骨料比較

骨料在一定程度上把控著此拌合料的工作性能、硬化混凝土的力學性能和混凝土構造物的耐久性能等，而且在混凝土性能體現中起著重要作用。

通過上述的再生骨料的破碎設備和破碎工藝，得到的骨料按照粒徑的大小將其分為四組分別為0～5mm、5～10mm、10～20mm 和20～40mm。并對破碎后再生骨料的路用性能指標進行了相關試驗，可得知再生粗骨料與天然骨料相比它的表觀密度偏小，但比天然骨料的壓碎值、吸水率、含泥量和針片狀含量偏高，由于破碎機在對廢棄骨料的路面板進行破碎時，所受的沖擊力過大導致再生骨料表面產生微細裂紋，且破碎后由于水泥砂漿附著在再生粗骨料表面，且形狀不規則，致使天然粗骨料在路用性能方面優于再生料，但滿足規范對高等級公路半剛性基層材料的要求。

2 再生骨料混凝土配制及試件制作

2.1 試驗方案

此次試驗所選用的材料有不同摻量的水泥、天然骨料、再生骨料以及水。為了研究水泥對再生骨料以及水泥穩定碎石基層的影響試驗方案選擇控制水泥摻量和選用不同的再生骨料取代率來研究。本次試驗選用三組不同劑量的水泥和四組再生骨料取代率，水泥含量為4%、5%和6%；再生骨料取代率分別為 0%、40%、70%和100%；進行無側限抗壓強度試驗，分別對比設定養護時間為7d、28d、60d和90d試塊的無側限抗壓強度值。對再生骨料半剛性基層材料進行篩分確定級配后，通過7～8 個不同含水率，測定不同水泥摻量和不同再生骨料取代率下的最佳含水率和最大干密度。

2.2 再生骨料半剛性基層材料配合比設計

以0%、40%、70%和 100%的比例用再生粗骨料和再生細骨料依次替代天然粗骨料和天然細骨料，為了得出不同粒徑骨料的最佳摻配比對以上幾種取代率下的混合料進行了篩分，然后進行試件的制作成型。其中當再生骨料取代率為0%天然集料按0～5mm、5～10mm、10～20mm 和20～40mm 顆粒粒徑配比為26、24、25、25；當再生骨料取代率為40%天然集料和再生集料按0～5mm、5～10mm、10～20mm 和20～40mm 顆粒粒徑配比為15、16、16、13，10、10、11、9；當再生骨料取代率為70%天然集料和再生集料按上述顆粒粒徑配比為7、8、8、7，15、19、18、18；當全用再生骨料配比時粒徑比例為24、27、27、22。

2.3 最佳含水率和最大干密度確定

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）中的《無機結合料穩定材料振動壓實試驗方法》（T0842-2009）結合所確定的骨料粒徑配比得出再生骨料水泥穩定碎石基層混合料的最佳含水率以及最大干密度。單個試件的質量可通過模具尺寸確定，在確定好各個級配的骨料用量之后，然后做振動壓實試驗，在不同骨料取代率下，水泥用量分別取為 4%、5%和 6%，設置含水率梯度差 1%～2%，取7～8 個不同的含水率，且其中至少各取兩個大于和小于最佳含水率的試塊。根據所選定好的水泥劑量和含水率進行振動擊實試驗，通過擊實曲線確定最佳含水率和最大干密度。通過試驗可知，當再生骨料取代率一定時，隨著水泥用量的增大，其最大干密度和最佳含水率不斷上升；在控制水泥摻量為定值時，再生骨料取代率逐漸增大，最大干密度逐漸減小，最佳含水率逐漸增大。各再生骨料取代率和不同水泥摻量下的最佳含水率和最大干密度如圖2所示。

圖2 各再生骨料取代率和不同水泥摻量下的最佳含水率和最大干密度

3 再生骨料應用于路面的半剛性基層

將檢測合格的碎石原材料進行合理配比，再進行該材料的無側限抗壓強度試驗。結果如表1所示。由表1可知，水泥穩定類和二灰穩定類再生混合料在最佳含水率與最大干密度的條件下，其抗壓強度均滿足高等級公路基層或底基層材料的規范強度要求。

表1 再生集料抗壓試驗結果及規范要求

4 結語

大量的廢棄混凝土必定會造成環境污染、土地資源浪費，因此，加強廢棄混凝土的再利用，不僅能保護自然環境降低對環境的污染而且還能提高資源的重復利用率。通過廢棄骨料的分選、確定最佳含水率和最佳干密度再進行合理的骨料配比最終實現了廢棄骨料的再利用，并可將再生骨料用作道路的基層材料。