再生骨料在水泥混凝土路面修补中的应用研究.pdf

公路交通技术 2 0 1 0年 1 2月 第 6期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t D e c 2 0 1 0 N o 6 再生骨料在水泥混凝土路面修补中的应用研究 晏胜波 ，李益进 ( 1 重庆市交通规划勘察设计院，重庆4 0 1 1 2 1 ；2 中南大学土木建筑学院，长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要：对掺粉煤灰的再生骨料混凝土性能进行试验研究，结果表明：再生骨料混凝土的表观密度显著降低 ；粉煤 灰的掺入 能显著改善再 生骨料混凝土的和 易性 ；再生骨料 混凝 土的折压 比、拉压 比均有所提 高，其抗拉性 能有一定 的改善，脆性有所降低，有利于提高路面再生骨料混凝土的抗裂能力和体积稳定性，并具有优异的耐磨性能。工地 应用试验结果表明：掺 8 0 1 0 0 再生骨料的混凝土 2 8 d抗压强度等级达到 C 3 5 ，抗折强度大于 5 0 M P a ，技术 经济效果显著。 关键词：再生骨料；水泥混凝土路面；修补；应用 文章编号：1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 1 2 0 5 中图分类号：U 4 1 6 2 1 6 文献标识码：A St u d y o n Ap p l i c a t io n o f Re c l a i me d Ag gr e g a t e in Pa t c h i n g o f Ce men t Co n c r e t e Pa v e me n t Y A N S h e n g b o ，L I Y i j i n 。 Ab s t r ac t ：Thi s pa p e r c a r r i e s o u t a n e x p e r i m e n t a l s t ud y o n pe r f or ma n c e of r e c l a i me d a g g r e g a t e c o nc r e t e mi x e d wi t h fly a s h，t he r e s u l t s h o ws t ha t t h e a p pa r e n t d e ns i t y o f r e c l a i m e d a g g r e ga t e c o nc r e t e d e c r e a s e s d r a ma t i c a l l y ； wh i l e t h e mi x t u r e o f fl y a s h c a n r e ma r k a b l y i mp r o v e t h e wo r k a b i l i ty o f r e c l a i me d a g g r e g a t e c o n c r e t e ； t he r u p t u r e - c o mp r e s s i o n r a t i o a nd t e n s i o n - c omp r e s s i o n r a t i o o f r e c l a i m e d a g gr e g a t e c o n c r e t e a r e b o t h e n h a n c e d ，i t s t e n s i l e p r o p e r t y i s i mp r o v e d t o a c e r t a i n e x t e n t ，a n d f r a g i l i ty d e c r e a s e s ，wh i c h a r e b e n e fi c i a l f o r i mp r o v i n g c r a c k r e s i s t a n c e a n d v o l u me s t a b i l i ty o f r e c l a i me d a g gre g a t e c o n c r e t e o n p a v e me nt wi t h e x c e l l e n t we a r r e s i s t i ng pr op e r t y The r e s ul t s o f e x pe r i me nt a l a p pl i c a t i o n o n s i t e s h o w t h e c o mp r e s s i ve s t r e ng t h o f c o nc r e t e m i xe d wi t h 8 0 -1 0 0 r e c l a i me d a g gr e ga t e wi t hi n 28 d a y s i s u p t o C3 5， a n d t h e r u p t u r e s t r e n gth i s h i g h e r t h a n 5 0 MP a ， t h e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c e f f e c t s a r e r e ma r k a b l e Ke y wo r d s ：r e c l a i m e d a g gr e g a t e ；c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t ； pa t c h i ng ；a p pl i c a t i o n 公路养护部门对破损的水泥混凝土路面板进行 换板修补时 ，废弃水泥混凝土的处理已成为亟待解 决的问题 ，目前处理方法主要有 3种 ，一是堆放在 公路两旁 ，但会严重影响公路路容和路貌；二是集 中堆放，但该方法需找一块大的堆放场地，既浪费 有限的土地资源 ，又造成 2次环境污染 ；三是作为 路基填料使用 ，但其利用量非常有限。若将废弃的 水泥混凝土块就地 回收 ，经破碎 、清洗 、分级后 作为骨料再生利用 ，全部或部分代替天然 骨料 配 制成再生骨料混凝土( R e c y c l e d A g g r e g a t e C o n c r e t e ， R A C) ，不仅可从根本上解决废弃混凝土 的处理问 题 ，还 可节约天然骨料资源 ，缓解供求矛盾 ，同 时还具有显著的社会 、经济和环保效益l- 2 1。 国内外许多学者对再生骨料及再生骨料混凝土 的基本性质 、力学性能和耐久性能进行了大量试验 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 5 2 5 作者简 介 ：晏胜波 ( 1 9 7 5 一) ，男 ，湖北省罗田县人，硕 士，工程 师 研究l 3 _ 5 l ，但将再生骨 料混凝土应用 于混 凝土路 面 修补工程并不多见。为此 ，本研究 以路面维修废弃 混凝土生产再生骨料，采用高性能混凝土技术，对 再生骨料混凝土的力学性能和耐磨性能进行试验研 究 ，将其用于长益高速公路路面修补。通车 1 年 来 ，再生骨料混凝土路面的各项性能指标优 良，为 再生骨料混凝土技术的推广应用提供了前期的研究 基础和技术保 障。 1 原材料与试验方法 1 1 原 材料 水泥 ：韶峰牌 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ，其物 理性能和化学成分符合现行国家标准。水泥胶砂抗 折强度 R， =5 0 2 MP a ，凡篮=8 1 0 MP a ；抗压强度 Rc 3 =2 0 3 MP a，Rc2 8 =4 7 6 MP a。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 6 期 晏胜波，等 ：再生骨料在水泥混凝土路 面修补 中的应用研 究 1 3 天然粗骨料 ：河卵石 ，级配合 格 ，符 合 5 3 1 5 mm的连续级配要求。 天 然细骨料 ：河砂 ，级 配合格 ，细度模数 为 2 7 7。 再生粗骨料 ：将长益高速公路路面维修时废弃 的混凝土( 原生混凝土的粗骨料为卵石 ) 先经人工破 碎成 中等尺度 的碎块 ，然后用颚式破碎机破碎成小 颗粒 ，级配合格 ，符合 53 1 5 m m 的连续级配要 求 ，其性 能指标见表 1 ；再生粗 骨料表 面凹凸不 平 、棱角分明 ，相对表面粗糙度为 4 2 ；再生粗骨料 颗粒 中原状骨料 、次生骨料及纯砂浆块的含量分别 为 1 2 6 、8 3 7 和 3 7 ；经现场钻取 芯样 ( 1 0 0 m m1 0 0 m m) ，再生骨料母岩强度为 3 2 5 MP a 。 粉煤灰 ：湖南湘潭电厂生产 的 I 级粉煤灰 ，勃 氏比表面积为 5 0 6 m2 k g 。 水 ：混凝土拌和与养护用水为普通 自来水。 外加剂 ：湘潭外加剂厂生产 的潭建牌高效减水 剂( 粉剂 ) 。 1 2 试验方法 再生骨料混凝土配制过程 中，在按照普通混凝 土配合 比设计方法设计的同时，考虑到废弃混凝土 骨料吸水率大 ，除 了通常设计所需要 的单位需水量 外 ，另外加入 了按照废弃混凝土骨料 1 5 mi n吸水 率计算的需水量【2 4 】 。再生 骨料混凝土的力学性能按 照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方 法 进行测试 。 2 试验结果及讨论 2 1 新拌再生骨料混凝土性能 再生骨料混凝 土配制时 ，为改善 混凝土 的性 能 ，采取 了掺加 I 级粉煤灰 、掺加矿渣 、掺加 I 级 粉煤灰与矿渣 3种配制方式。N C 0 1 、N C 0 2为基准 ( 天然骨料 ) 混凝 土 ，其 中 N C 0 1不考虑预吸水量 。 通过调整高效减水剂的掺量来保证新拌混凝土的坍 落度 ，高效减水剂的掺量在 0 5 1 0 。混凝土 的配合 比与拌合物性能见表 2 ，力学性能试验结果 见 表 3 。 表 2可看出 ：在保持混凝土坍落度值基本不变 的条件下 ，随着粉煤灰掺量的增加 ，高效减水剂的 掺量 明显减少 ，说明粉煤灰的掺入对改善再生骨料 混凝 土的和易性 效果显著 。其主要原 因是 ：1 )表 面光滑的粉煤灰需要较少的表面湿润水 ，相对颗粒 表 1 骨料基本性能 表 2 再 生骨料 混凝 土配合 比与拌合物性能 注： 为普通混凝土配合比单方需水量；为废弃混凝土骨料的预吸水量。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 公路交通技术 2 0 1 0生 表 3 再 生骨料混凝土的强度试验结果 细小的粉煤灰可以填充到水泥颗粒之间的空隙中取 代部分间隙水 ；2 )细小颗粒还可 以在较大水泥颗 粒之间起到一定 的滚珠轴承作用 ，有效地减小水泥 颗粒之 间的摩擦力 ；3 )粉煤灰本身带有同种电荷 ， 其静电斥力维持了体系的分散性，起到了普通矿物 减水剂的作用 。事实上 ，I 级粉煤灰本身就是一 种普通矿物减水剂。与天然骨料混凝土相 比，再生 骨料混凝土的表观密度显著降低；粉煤灰单掺、粉 煤灰与矿渣双掺对再生骨料混凝土表观密度 的影响 不显著 。 2 2 再生骨料混凝土力学性能 2 2 1 再生骨料对强度的影响 表 3中 N C 0 2和 F A 一 0试验结果表 明：在等水 胶 比条件下 ，用 天然骨料配制 的混凝土 3 d 抗压强 度 、抗折强度与用 8 0 再生骨料等量 取代天然骨 料配制的再生骨料混凝土 3 d的抗压强度 、抗折强 度基本接近 ，说 明再生骨料取代量达 8 0 时 ，对 混 凝 土 早期 的力 学 性 能 影 响 不 大 。将 N C 0 1与 F A一 0进行比较可知 ，当考虑再生骨料的预吸水时， 再生骨料混凝土的强度会有所降低 ，但仍能满足板 块修补要求。掺 8 0 再生骨料的混凝土 3 d抗折强 度达4 1 1 M P a ，满足 J T J 0 7 3 1 2 0 0 1 公路水泥混 凝土路面养护技术规范 的要求；同时，2 8 d 抗压 强度为 4 9 2 MP a ，强度等级达到 C 4 0 。由此可见 ， 再生骨料代替天然骨料用于水泥混凝土路面修补工 程是可行的 ，同时 3 d即可开放交通。 2 2 2 再生骨料对混凝土弹性模量的影响 比较表 3中 NC 0 1和 F A一 0试验结果可知 ：在 混凝土坍落度基本相同的条件下 ，再生骨料的掺入 降低 了混凝 土的弹性模量 ，2 8 d弹性模量降低 了 8 9 ，5 6 d弹性模量 降低 了 5 8 。而将 N C 0 2与 F A 一 2 0 进行比较可知，在掺入 2 0 的粉煤灰后，再 生骨料的掺人降低 了混凝土的弹性模量 ，2 8 d弹性 模量降低了 1 0 3 ，5 6 d 弹性模量降低了9 3 ；当 粉 煤灰 的掺 量 达 3 0 时 ，2 8 d弹性模 量 降低 了 1 7 7 ，5 6 d弹性模量降低 了 1 0 1 ；当粉煤灰的 掺量达 4 0 时，2 8 d 弹性模量降低了2 0 1 ，5 6 d 弹性模量降低 了 1 8 4 。再生骨料混凝土弹性模量 降低的原因可能是再生骨料中存在 的水泥砂浆为多 孔物质 ，导致再生骨料混凝土弹性模量降低。与天 然骨料相比，再生骨料与新拌水泥浆体之间有很好 的相容性，彼此存在发生化学反应的可能；再生骨 料表面粗糙 ，容易与水泥石之间建立较高的物理粘 结强度 ；再生骨料吸水率大 ，可以降低混凝土内部 的有效水灰 比；再生骨料与新水泥浆体( 砂浆 ) 之间 弹性模量相差较小 ，有助于改善界面 。这些因素 都有利于提高混凝土的抗裂能力 。 2 2 3 粉煤灰与矿渣双掺对再 生骨料 混凝土力学 性能的影响 表 3的试验结果表明：1 )粉煤灰与矿渣双 掺 ，效果要优于粉煤灰单掺 ，尤其是早期强度 ； 将 F 0+$ 3 0与 F 3 0+S 0进行 比较可知 ，无论早期 还是后期 ，在相同掺量情况下 ，掺矿渣 的再生骨 料混凝土比掺粉煤灰再生骨料混凝土具有更高的 强度 和弹性模 量 ；矿渣的掺入能显著提 高再生 骨 料混凝土的劈拉强度。2 )当两者总掺量 固定为 3 0 时，随着粉煤灰掺量增加 ，再生骨料混凝土 3 d和 2 8 d强度 降低 ，这 与粉煤灰单掺 有同样 的规 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 第 6期 晏胜波，等 ：再生骨料在水泥混凝土路 面修补 中的应用研究 1 5 律 ；且 32 8 d内强度有较 大幅度增 长 ，增 长幅 度与等掺量粉煤灰的混凝土相近 。3 )将 F I O+$ 2 0 与 F 2 0+S I O进行 比较可知 ，当粉煤灰与矿渣两者 掺入 比例不 同时 ，其 强度 与弹性模 量显 著不 同 ， 两者之间存在一个最优 的组合 比例 ；最优组合 比 例的确定是 由粉煤灰 、矿渣 和水 泥形成 的碱性 激 发剂的最佳量来决定 的【 7 J ，当粉煤灰 与矿渣之 比为 1： 2时 ，再生骨料混凝土 5 6 d抗压强度 、抗折强 度和弹性模量都达 到最大 。4 )F I O+$ 2 0 、F 2 0+ S I O与 F 3 0+s O相 比较 ，其 5 6 d抗压 强度 、劈拉 强度 和弹性模量 均有明显提高 ，主要 原 因是 当粉 煤灰和矿渣以合适的比例和掺量掺入再生骨料混 凝土 中时 ，能充分利 用水泥熟料 、粉 煤灰 和矿 渣 的不同粒径 、不同形态、不同活性而进行合理有 效的搭配 ，从而使再生骨料混凝土达到高性能f 7 I。 2 2 4 再生骨料混凝土的耐磨性能 混凝土的耐磨性能是影响其安全性和耐久性的 重要指标 。为此 ，对掺 1 0 0 再生骨料的再生骨料 混凝 土和采用天然骨料的普通混凝土的耐磨性能按 J T J 0 5 3 9 4 公路 工程 水泥混凝土试验规程 进行 了对比试验 ，试验结果见表 4 。掺入激发剂 的再生 骨料混凝土早期抗压强度较 高 ，1 d龄期 ，再生骨 料混凝土单位面积的磨耗量略高于基准混凝土单位 面积的磨耗量 ，但均小于 3 6 k g m ，满足路 面混凝 土抗磨耗要求 。2 8 d龄期再 生骨料混凝土单位 面 积磨耗量与同龄期基准混凝土单位面积磨耗量基本 相当。由此可见，在激发剂作用下 ，再生骨料混凝 土无论是在早期还是在后期 均具有 良好 的耐磨性 能 。 3现 场应 用 再生骨料混凝 土工地应用试验在长益高速公路 旧路 面 挖 补 工 程 中进 行 。试 验 板 块 的桩 号 为 ： K 5 4+ 5 4 0右幅第 2 块板 、K 5 4+ 8 5 0 右幅第 2 块 板 、K 5 5+ 4 2 7右幅第 2块板 ，2 8 d设计抗折强度 5 0 MP a ，再 生骨 料 取代 天 然骨 料 的 比例 分 别 为 1 0 0 、8 0 、6 0 。施工配合 比及结果见表 5 。 从 现 场拌 和情 况 看 ，新 拌 混 凝 土 坍 落度 为 3 05 0 m m，粘聚性 良好 ，说 明再生骨料混凝土的 工作性能 良好 。实测再 生骨料混凝土 2 8 d抗压 强 度和 2 8 d抗折强度均符合 C 3 5 设 计要求 ，抗折强 度均大于 5 0 MP a ，满 足重交通和特重交通开放交 通的要求 ，运营 1 年来 ，再生骨料混凝土路面综合 性能优 良，未见有开裂现象。在再生骨料混凝土路 面试验板成功应用 的基础上 ，总结施工经验 ，对长 益高速公路破损的水泥混凝土路面进行 了修补 ，再 生粗骨料的取代 比例为 8 0 1 0 0 ，取得 了很好 的技术经济效果。 4结 论 通过 对再生骨料 混凝土性 能及工程应 用的研 究 ，可得 出如下结论 ： 1 )与天然骨料混凝土相 比，再生骨料混凝土 的表观密度降低 ；掺合料种类对再生骨料混凝土表 观密度 的影响不显著 ；再生骨料 的吸水量较大 ，配 合 比设计时应考虑 。 表 4 再 生骨料 混凝 土与用天然骨料的基准混凝土的耐磨性 能试 验结果 注：1 为基准混凝土，配合比为 C： S： G： W=4 5 0： 6 5 3：1 1 6 2： 1 3 5 ，k g m ；2 为再 生骨料掺量为 1 0 0 的再生混凝土 ，配合比为 C： S： R A： W ： F A： 激发剂 =3 3 8： 6 53 ：t 1 6 2 ：1 35 ：11 2 ：1 3 5， k m 。 表 5 再生粗骨料混凝土现场施工配合比及试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 公路交通技术 2 01 0生 2 )在保持混凝土坍落度基本不变的条件下 ， 随着粉煤灰掺量的增加 ，高效减水剂 的掺量明显减 少， 说明粉煤灰的掺入对改善再生骨料混凝土的和 易性效果显著 。 3 )在等水胶比条件下 ，掺人 8 0 再生骨料的 混凝土 3 d抗折强度达 4 1 1 MP a，2 8 d抗折强度 达 5 O 5 MP a ，满足早期 开放交通 的要 求 ，可用 于 水泥混凝土路面修补工程中。 4 )与天然骨料混凝土相 比 ，再生骨料混凝土 的折压 比、拉压 比均有所提高 ，有利于提高路面混 凝土的体积稳定性 ；再生骨料混凝土无论是在早期 还是在后期均具有 良好的耐磨性能。 5 )工 地应用 试验结 果表 明 ，掺 8 0 1 0 0 再生骨料 的混凝土抗折强度均大于 5 0 MP a ，满足 重交通和特重交通开放交通的要求 ，运营 1 年来 ， 再生骨料混凝土路面综合性 能优 良 ，未 见开裂现 象 ( 上接 第 7页) 4结论 掺细钢渣的石灰钢渣土较石灰 土的干缩值小 、 失水率大的原因 ，可能是钢渣 、石灰与土混合后使 土的塑性降低 ，混合料 的粘聚性减小所致。细钢渣 中含有大量 的 C a O和 F e ： O 。 等晶体 ，这相 当于在混 合料中加入了一定数量的粒料，使混合料毛细管张 力变小 ，吸附水减少而使分子问力减小 ，这些都能 使收缩变小l 】 0 1 。掺人钢渣微粉 的石灰钢渣土 ，由于 粒化作用不如掺 2 mm以下的细钢渣 ，其干缩性能 比掺人 2 m m以下细钢渣的石灰钢渣土稍差，但比 石灰土的干缩性能要好。 参考文献 1 交通部公路科学研究所J r r J 0 5 l 一9 3 公路土工试验 规程 S 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 9 3 参 考 文 献 1 T O R B E N C HR e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e J M a t e ri a l a n d S t r u c t u r e ， 1 9 8 6 ， 1 9 ( 5 ) ： 2 0 1 2 4 6 2 张亚梅， 秦鸿根， 孙伟 ， 等 再生混凝土配合比设计初 探索 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 7 - 9 【 3 Y o n g Hu a n g L i n ， Y a w Y a u a n T y a n， T a - P e n g C h a n g ， e t a J An a s s e s s me nt o f o pt i ma l mi x t ur e f o r c o n c r e t e ma de w i t h r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e s 阴 C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 4 ( 3 4 ) ： 1 3 7 3 1 3 8 0 4 1 徐亦冬 再生混凝土高强 高性能化 的试验研究【 D 】 长沙 ： 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