廢棄混凝土再生骨料在道路基層應用試驗研究

楊世豪 王新征

（南陽師范學院 土木建筑工程學院，河南 南陽 473061）

城鎮化拆舊建新產生了大量的廢棄混凝土。廢棄混凝土經過裂解、清洗、粉碎、過篩分級后，其中的粗細砂石骨料可以作為再生骨料重復利用，再生骨料可以部分或全部替代天然砂石骨料[1-2]。本文將廢棄混凝土再生骨料用于制作道路基層的二灰碎石，通過測定再生骨料二灰碎石的性能指標，并與天然骨料制作的二灰碎石進行比較，驗證利用再生骨料制作道路基層二灰碎石的可行性。

1 再生骨料的基本性能

1.1 再生骨料的制備

制備再生骨料一般需要如下步驟：沖洗清除廢棄混凝土上的雜質，將其破碎成粒徑為40mm的顆粒，經過預處理的廢棄混凝土顆粒在偏心轉筒內旋轉碾磨，去除混凝土顆粒表面的砂漿雜質，再將碾磨后的混凝土顆粒進行過篩，篩去細小顆粒，最終得到的較大顆粒即為再生骨料[3]。

1.2 再生骨料的基本特性

1.2.1 再生骨料的組成性狀及級配

再生粗、細骨料的組成性狀和級配如表1、表2所示。

表1 再生細骨料的篩析結果

表2 再生粗骨料的篩析結果

1.2.2 再生骨料基本特性的測定

對再生骨料的基本工程特性進行測定，測定內容包括表觀密度、吸水率、壓碎指標、容重及孔隙率等[4-6]。再生粗骨料表觀密度為2.34g/cm3，與之對應的天然碎石的表觀密度為2.68g/cm3，再生細骨料的表觀密度為2.11g/cm3，天然河砂的表觀密度為2.66g/cm3。表3給出了不同表觀密度的再生骨料的吸水率，由表3中可以看出，表觀密度越小，再生骨料的吸水率越大。由于再生骨料吸水率較大,在配制混凝土時,攪拌用水要比天然骨料多5%左右,相應的水泥用量也要增加。由實際測定得到再生骨料的壓碎指標值為14.2%，與之對應的天然砂石骨料的壓碎指標值為9%。

表3 不同表觀密度再生骨料的吸水率

2 再生骨料二灰碎石的試驗研究

對用再生骨料制作的道路基層二灰碎石進行試驗研究，主要包括原材料試驗、擊實試驗、間接抗拉強度試驗、無側限抗壓強度試驗、室內抗壓回彈模量試驗等[4-5,7-9]，以驗證利用再生骨料制作二灰碎石的可行性。

2.1 原材料

在原材料試驗中，消石灰試驗結果見表4，粉煤灰的技術指標結果見表5。由表4、表5中可以看出，消石灰、粉煤灰各項指標均達到規范要求。為更好驗證再生骨料代替天然砂石骨料制備二灰碎石的可行性,對骨料的性能指標進行試驗，試驗選用了一種天然骨料和兩種再生骨料（分別是由低強度等級廢棄混凝土制備的再生骨料和高強度等級廢棄混凝土制備的再生骨料），依據JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》的要求進行,試驗結果見表6-表8。

表4 石灰技術指標測試結果

表5 粉煤灰技術指標結果

表6 細骨料（0-4.75mm）的物理性能指標

表7 混合骨料（0-31.5mm）的物理性能

表8 二灰碎石所用骨料的顆粒級配

從測定數據可以看出，天然骨料和再生骨料（高強、低強）的顆粒級配均滿足公路規范要求。由于再生骨料表面的水泥砂漿粗糙多孔，易吸收水分，因此兩種再生骨料的飽和面干吸水率、含水率均大于天然碎石（見表6、表7）。此外，由于再生骨料的表面附有水泥砂漿顆粒，而水泥砂漿的強度一般低于碎石的強度,所以再生骨料易壓碎，其壓碎指標要大于天然骨料的壓碎指標。

2.2 試驗方案和配合比的確定

測定利用再生骨料（高強、低強）與天然骨料制作的二灰碎石的性能，并進行對比。測定指標主要包括無側限抗壓強度、間接抗拉強度和室內抗壓回彈模量。三種二灰碎石混合料的配合比均采用石灰:粉煤灰:骨料=6:12:82。為提高二灰碎石混合料的早期強度，在另外一組試驗中，制備二灰碎石時摻入2%的專用早強劑（指早強劑占二灰碎石的質量百分比）。試驗方案見表9。

表9 二灰碎石的試驗方案

2.3 室內試驗

試驗按照JTJ 057-94《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》和JTG/T G20-2015《公路路面基層施工技術規范》的要求進行,分別對低強再生骨料、高強再生骨料和天然砂石骨料制作的二灰碎石進行無側限抗壓強度、間接抗拉強度和室內抗壓回彈模量測定。

2.3.1 擊實試驗

對三種骨料制作的二灰碎石分別進行擊實試驗,得到三種骨料不同配合比的干密度與含水量關系曲線,見圖1-圖3。

圖1 干密度與含水量的關系曲線（高強再生骨料二灰碎石）

圖2 干密度與含水量的關系曲線（低強再生骨料二灰碎石）

圖3 干密度與含水量的關系曲線（天然砂石骨料二灰碎石）

通過擊實試驗測定三種骨料二灰碎石的最佳含水量和最大干密度,結果見表10。可以看出,用天然骨料制作的二灰碎石的最大干密度大于用再生骨料制作的二灰碎石,而最佳含水量則是再生骨料二灰碎石較高。

表10 最大干密度和最佳含水量的測定

2.3.2 無側限抗壓強度

按擊實試驗確定的最佳含水量和最大干密度制備二灰碎石試件,將試件在規定溫度下進行標準養護,養護期的最后一天將二灰碎石試件浸泡于水中，達到規定試驗齡期后對二灰碎石進行無側限抗壓強度試驗,結果見表11。

表11 無側限抗壓強度試驗結果

由表11可以看出，再生骨料及天然骨料制作的二灰碎石的無側限抗壓強度均滿足規范中7天齡期達到0.80MPa的強度要求。無側限抗壓強度隨齡期增長而增加。在不摻加早強劑的情況下,再生骨料二灰碎石的無側限抗壓強度遠大于天然骨料二灰碎石，低強骨料二灰碎石的無側限抗壓強度低于高強骨料二灰碎石。早強劑能顯著提高二灰碎石的早期強度,但對不同骨料制作的二灰碎石的無側限抗壓強度的增長幅度卻不太相同。對于天然骨料二灰碎石,摻加早強劑后其7天齡期和28天齡期的無側限抗壓強度提高幅度均大于90%，而對于再生骨料二灰碎石，摻加早強劑后其7天齡期和28天齡期的無側限抗壓強度提高幅度均小于50%，其中早強劑對高強骨料二灰碎石的增強效果不如低強骨料二灰碎石明顯。

2.3.3 間接抗壓強度

與無側限抗壓強度相類似,間接抗拉強度試驗按擊實試驗確定的最佳含水量和最大干密度制備二灰碎石試件,并將試件在規定溫度下進行養護,養護期的最后一天將二灰碎石試件浸泡于水中，達到齡期后對二灰碎石進行間接抗拉強度試驗。結果表明,7天齡期時,高強再生骨料二灰碎石的間接抗拉強度大于天然骨料二灰碎石,低強再生骨料二灰碎石的間接抗拉強度低于天然骨料二灰碎石，到28天齡期時,用再生骨料制作的二灰碎石的間接抗拉強度要高于天然骨料二灰碎石，試驗結果見表12。

表12 間接抗壓強度試驗結果

2.3.4 室內抗壓回彈模量

達到試驗齡期（7天）后，對二灰碎石進行室內抗壓回彈模量試驗,結果見表13。結果表明,三種骨料制作的二灰碎石室內抗壓回彈模量大小相當。由此可見，再生骨料對二灰碎石的室內抗壓回彈模量影響不大。

表13 室內抗壓回彈模量試驗結果（MPa）

3 結論

本文對利用廢棄混凝土再生骨料替代天然砂石骨料制作道路二灰碎石基層的可行性進行了試驗分析，得出如下結論：

1）再生骨料的壓碎值和顆粒級配符合JTG/T G20-2015對二灰碎石骨料的要求。

2）用再生骨料制作的二灰碎石基層材料顯示出良好的力學性能,其力學性能指標完全滿足現行公路規范中對公路基層材料的要求。

3）早強劑能明顯提高二灰碎石的早期強度，其對再生骨料二灰碎石的早期強度的增強效果不如天然砂石骨料二灰碎石。