废弃水泥混凝土道面在路面半刚性基层中再生利用的试验研究.pdf

第 3 8卷 ， 第 3 期 2 0 1 3 年 6 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8No 3 J u n， 2 0 1 3 废弃水泥混凝土道面在路面半刚性基层 中 再生利用的试 验研 究 单双成 ，陈满 ( 广东省城乡规划设计研究院 广 东 广州5 1 0 2 9 0 ) 摘 要 水 泥混凝 土道路改建时形成的废弃混凝土块的有效 利用是一 个亟待解决 的 问题 。通 过对破碎 、 筛 分后的废弃 混凝土性能研究发现 ： 再生料中含有部分结 晶水 ， 会 影响最佳用水量和最大干密度 的确定 ； 再 生粗集料 和天然碎石具有相当的力学性能。对水泥稳定再生集料进行 了配合 比设 计 ， 并通 过性能测试 发现 ： 水泥 稳定再生 集料具 有较好的强度 ， 抗冻性能 ， 水稳定性能 ； 和水稳 天然集料 的抗压 回弹 模量相 当； 抗收缩 变形性 能较差。控制 再 生细集料 掺加量可以非常好的满足半刚性基层材料的要求。 关键词 废弃水 泥混凝土 ；再生利用 ；半刚性基层 ；再生集料 中 图分类号 U 4 1 6 2 6 文献标识码 A 文章编号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 l 3 ) 0 3 0 1 9 2 0 4 Ex p e r i m e n t a l S t u d y o f Re c y c l i n g o f W a s t e Co n c r e t e Ce me n t Pa v e me n t i n S e mi - r i g i d Ba s e Co u r s e S H AN Sh uang c he ng，CHEN M an ( U r b a n a n d Ru r a l P l a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e o f Gu a n g d o n g P r o v i n c e ，G u a n g d o n g ，Gu a n g z h o u 5 1 0 2 9 0，Ch i n a ) A b s t r a c t I t i s a n i mp o r t a n t p r o b l e m t o m a k e e f f e c t i v e u s e o f s c r a p c o n c r e t e ma t e r i a l d u r i n g m a i n t e n a n c e o r r e c o n s t r u c t i o n o f a c e me n t c o n c r e t e r o a d By s t u d y i ng t h e wa s t e c o n c r e t e c r u s h e d a n d s c r e e n e d s o me r e s u l t s we r e o b t a i n e d t h a t t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n t a i n e d wa t e r o f c r y s t a l l i z a t i o n wh i c h wo u l d a f - f e c t t h e o p t i ma l a mo u n t o f wa t e r a n d t h e de t e r mi n a t i o n o f t h e ma x i mu m d r y de n s i t y Re c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e a n d na t u r a l g r a v e l h a d q u i t e me c h a n i c a l pr o pe r t i e s Ce me n t s t a b i l i z e d r e c y c l e d mi x t u r e sd e s i g n we r e d i d a n d pe r f o r ma n c e t e s t s f o u n d t h a t c e me n t s t a b i l i z e d r e c y c l e d a g g r e g a t e h a s g o o d s t r e n g t h，f r o s t r e s i s t a n c e，wa t e r s t a b i l i t y I t h a d s i mi l a r r e s i l i e n t mo d u l u s wi t h c e me n t s t a bi l i z e d na t u r a l a g g r e g a t e a n d p o o r p e r f o r ma n c e a n t i s hr i n k a g e de f o r ma t i o n Co n t r o l r e g e n e r a t i o n mi x i n g a mo u nt o f f i n e a g g r e g a t e c a n b e v e r y g o o d t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f t h e s e mi r i g i d b a s e ma t e r i a 1 Ke y w o r d s w a s t e c e m e n t c o n c r e t e ； r e c y c l i n g ； s e mi r i g i d b a s e ；r e c y c l e d a g g r e g a t e 0 引言 水泥混凝土道路的维修改建会产生大量废弃的 t 昆凝土。一般的处理方式 是集中堆置， 给环境带来 危害的同时也浪费资源。所以合理有效地处置废弃 混凝土块是旧混凝土维修改造过程中必须考虑的问 题 。 目前 ， 我 国道路 结 构 中绝 大 多数 采用 的是 沥 青 面层 下无 机结合 料 进 行 稳定 的半 刚性 基 层 ， 如 能 将 废弃混凝土加工成适宜于路 面基层使用 的再 生集 料 ， 不 仅 能变废 为 宝 ， 而 且 还 能 缓解 道 路 改 建 对 环 境 造成 的不利 影响 ， 同时 能降低 工 程造价 ， 具有 良好 的社会 效益 和经济 效益 。 1 水泥混凝土再 生料 的生产及性 能 1 1 再 生集料 的生产 本研 究选取 广东某 高 速公路 行 车道整 体翻修 产 生的废弃水泥混凝土作为原材料 ， 用其生产再生集 料 。废 弃混凝 土 中含 有 3 5 左 右 的 硬 化 水 泥 浆 及 6 5 左右 的天然 集料 。 水泥稳定碎石用于道路基础时， 一般要求最大 收稿 日期 2 0 1 3 一 O l 一1 6 作者简介】单双成 ( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 道路与铁道工程专业硕士研究 生， 工程师 ， 主要从 事道路 材料研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 单双成 ， 等 ： 废弃水泥混凝土道面在路面半 刚性基层 中再生利用的试验研究 1 9 3 粒径不超过 3 1 5 mm， 所以在进行再生集料 的生产 时 ， 采用二次破碎且控制最大粒径 ( 3 1 5 m m) 的方 式生产再生集料。一次破碎采用颚式破碎机， 二次 破 碎 采用 圆锥 式 破 碎 机 。此 种 方 式 可 细 化 再 生 集 料 ， 提高再生集料 的利用率。为了使废弃混凝 土再 生集料的级配符合要求 ， 对二次破碎后的再生集料 进行筛分。通过振动筛筛分 ， 将再生集料 分为 0 5 m m， 51 0 m m， 1 0 2 0 m m 和 2 03 0 m m 四档 。 1 2再 生 集料 的性 能 公 路 路 面 基 层 施 工 技 术 规 范( J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) 将 2 3 6 mm筛孔作为粗细集料 的分界 ， 所 以将参照规范本 研究 2 3 6 m m作为再生粗细 集料 的分界 。为了更好 了解再生集料的特性 ， 选 取天然 集 料进 行对 比试 验 ， 天然 粗 集 料 采 用 普 通 石 灰 岩碎 石 ， 天然细集料采用普通石灰岩石屑和天然河砂 。 1 2 1再生 集料 的含 水率 含水率。风干后再 生粗集料、 天然粗 集料、 再生细集料 、 天然石屑和天然砂 的含水率试验结果 见表 1 。 表 1 粗细 集料 含水 率试 验结果 Ta bl e 1 wa t e r c o nt e nt o f c o a r s e a n d fin e a g g r eg a t e t e s t r e s u l t s 从 表 1可 知 ：天 然粗 细 集 料 的 含水 率 均 很 小 ， 粗 集 料约 为 0 2 5 ， 石 屑为 0 5 3 ， 天然 砂 为 0 2 3 ； 再 生粗细集料的含水 率均较大 ， 达到 2 6 4 4 ， 且 粒径 越 小 ， 含水 率越 大 ； 再生水 泥 混凝 土在 高温 加 热 时 发生 质量 明显 减小 是水 泥 石 中的结 晶水 大量 损 失 造成 的 。 再 生 粗 集 料 的 针 片 状 含 量 。试 验 测 定 了 4 7 5 mm以上粒径的再生粗集料和天然粗集料的针 片状颗粒含量， 试验结果见表 2 。试验结果表明， 再 生粗集料的针片状颗粒含量小于天然粗集料。 表 2 粗集料针片状颗粒含量试验结果 Ta b l e 2 n e e d l e f l a ke c o nt e nt o f c o a r s e a g g r e g a t e t e s t r e s u l t s 集料类 型 针片状颗粒含量 再生粗集料 7 0 天然粗集料 9 3 1 2 2 再生粗集料的力学性能 集料的力学性 能包括 集料 的强 度指标 ( 压碎 值 ) 和硬度指标( 洛杉矶磨耗损失 ) 。表 3和表 4分 别为再生粗集料和天然粗集料的压碎值和洛杉矶磨 耗损失结果。 表 3粗 集料压碎值试验结果 Ta b l e 3 c r u s h v fl l u e o f c o a r s e a g g r e g a t e t e s t r e s u l t s 集料类型 压碎值 再生粗集料 天然粗集料 2 2 0 2 O 1 表 4粗集料洛杉矶磨耗 损失试验 结果 Ta b l e 4 Lo s An g e l es a b r a s i o n l o s s o f c o a r s e a g g r e g a t e t es t r e s u l t s 集料类型 洛杉矶磨耗损失 再生粗集料 天然粗集料 2 3 O 1 2 ， O 由表 3和 4可见 ：再生粗集料和天然粗集料的 压碎值相 当； 两者的洛杉矶磨耗损失相差较大 ， 再生 粗集料的耐磨性要差 ， 主要原 因是水泥砂浆 易被磨 碎 。 1 2 3 再生粗集料的耐久性能 集 料 的耐 久性 能 一 般 通过 坚 固性 试验 来 检验 。 由表 5可 见 ：再生粗 集 料 的质 量 损 失 为 1 2 1 ， 坚 固 性 比天然粗 集料 要差 。 表 5粗集料坚 固性试验 结果 Ta b l e 5 s t u r di ne s s o f c o a r s e a g g r e g a t e t e s t r e s ul t s 集 料 类 型 质 量 损 失 再生粗集料 天然粗集料 2水泥稳定再 生料的配合 比设计 2 1 原 材料 水泥。试验水泥采用海螺牌 3 2 5级硅酸盐 水 泥 ， 水 泥性 能检 测结 果见 表 6 。 表 6 水 泥性能试验 结果 Ta bl e 6 c e me n t p r o p e r t y t e s t r e s u l t s 再生料。本次试验的再生料采用第 1章分 析过的采用二次破碎并筛分成四档的再 生集料 ， 天 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 4 公路工程 3 8卷 然细集料采用石屑。所有集料 的性能见前述试验结 果 。 2 2配合 比设 计 参照普通天然水稳碎石基层的设计方法 ， 水稳 再生集料采用通过重型击实试验确定最佳含水率和 最大干密度 ， 以 7 d无侧限抗压强度作为设计控制 指 标 ， 确 定水 泥用 量 。 水稳再生料采用 3种不 同的水泥用量 ， 分别为 4 O ， 4 5 ， 5 0 。同样对天然集 料进行 了 3种 水泥用 量 的试 验作 为对 比 。 2 2 1 级配选 择 混合料级配选用骨架密实型级配。级配组成见 表 7 。 表 7集料级 配 Ta bl e 7 g r a d a t i o n o f a g g r e g a t e 2 2 2最佳用水量及最大干密度 根据规范 无机结合料 要求通过重 型击实试 验确定各组混合料的最佳用量和最大干密度 ， 考虑 到再生 料 中含有 大量 的结 晶水 ， 要对 最 大 用 水 量 进 行修正， 修正后的最大用水量和最大干密度见表 8 。 表 8集料级配 Ta b l e 8 g r a d at i o n o f a g g r e g a t e 2 2 3 7 d无侧 限抗压 强度 混合料的 7 d饱水无侧 限抗压强 度 时现行规 范 规定的半刚性基层材料 的设计指标 。对上 面 六 组混合 料进 行饱 水 后 的无 侧 限 抗 压 强度 测 试 ， 结 果 见表 9。 表 9 7 d无侧 限抗压强度试验结果 T a bl e 9 7 d un c o n fin e d c o mp r e s s i o n s t r e n g t h t e s t r e s u l t s 由表 9可 知 ：随着 水 泥 剂 量 的增 大 ， 再 生 料 和 天 然料 的无侧 限抗压 强度 均增 大 ； 水 泥剂 量相 同时 ， 再生料的强度略低于天然料。 公路路面基层施工 技术规范 ( J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) 中对高速公路和一级 公路的半刚性基层材料 7 d无侧限抗压强度要求为 3 5 MP a ， 公路沥青路 面设 计规范( J T G D 5 0 2 0 0 6 ) 中对特重交通半 刚性基层材料 7 d无侧限 抗 压强度要 求 为 3 5 4 5 MP a ， 可见 再 生料 在 水 泥 用量为 4 0 时已满足两种规范 的最低要求 ， 本文 拟选择两种规范 7 d无侧 限抗压 强度对 高速公路 ( 或特重交通 ) 设计要求 范围的 中值强度 4 0 M P a 所对应 的水 泥用 量 4 5 的作 为再 生 集料 的设计 水 泥用 量 。 3 水泥稳定再生集料的路用性能 按照前 述 的设 计 配合 比对 水 泥 用量 4 5 的再 生集料和天然集料分别进行不同龄期无侧限抗压强 度 、 劈裂 强度 、 抗 压 回弹模 量 、 抗 干缩性 能 、 抗 冻性 能 和水稳定 性能 的测试 。 3 1 无侧 限抗 压 强度 图 1为 水 稳 再 生 料 和 水 稳 天 然 料 试 件 7 、 2 8 、 9 0 d无侧 限抗 压强 度试 验 结 果 。 由图 l可 以看 出 ： 水 稳再 生料 和水稳 天然料 的无 侧 限抗 压强 度发 展规 律一致 ， 均是强度随着龄期 的增加而增大。与水稳 天然集 料不 同的 是水稳再 生料 的后期 强度 增 长幅度 要大 于天然 料 ， 水 稳 再 生料 早 中期 的强 度 均 略 小 于 天然 料 ， 而 9 0 d强度则 略高 于天 然料 。 8 0 = 6 0 憾 嘣 南4 0 2 0 草 S 0 0 7 2 U 养生龄期 d 图 1 无侧 限 抗 压 强 度试 验 结 果 F i g u r e l un c o n fin e d c o m p r e s s i o n s t r e n g t h t e s t r e s ul t s 3 2劈 裂强度 半刚性基层材料不仅需要较高的抗压强度 ， 还 需具有一定大小的抗拉强度。图 2为水稳再生料和 水稳天然料试件 9 0 d时 的劈裂强度试验结 果。由 图 2可知 ：再生 料 的劈 裂 强 度 为 0 5 8 MP a ， 略 小 于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 单双成 ， 等 ： 废弃水泥混凝 土道 面在路面半 刚性基层 中再生利用的试验研究 1 9 5 天然料( 0 6 6 MP a ) ， 满足半刚性材料劈裂强度的要 求 。 譬 、 慧 0 7 O 6 O 1 0 9 0 养生龄 期 d 图2劈裂强度试验结果 F i g u r e 2 s p l i t t i n g s t r e n g t h t e s t r e s ul t s 3 3抗 压 回弹模 量 图 3为水稳再生料 和水稳天然料试件 9 0 d时 的抗 压 回弹模 量 试验结 果 。 由图 3可 以看到 ： 再 生 料的抗 压 回弹模 量 为 1 4 9 0 MP a ， 略小 于天 然 料 ( 1 6 4 0 MP a ) ， 前 者 约 为后 者 的 9 0 。 水 泥 稳 定再 生料的抗压回弹模量符合半刚性材料模量的一般要 求 。 皇 1 5 0 0 1 000 5 0 0 200 0 -4 1 50 0 、 1 0 0 o 鸯 2 H _ 5 0 0 O 0 1 3 5 7 养生 龄期 d 图 4干 缩 应 变 试 验 结 果 Fi g u r e 4 d r y s h r i n k a g e s t r a i n t e s t r e s u l t s 增加而逐渐增大； 水稳再生料的干缩应 变均大于天 然料 ； 再生料产生较大干缩应变的龄期较小 ， 在 1 d 干缩应变已达到4 5 8 ， 而天然料 1 d干缩应变接近 0 ， 7 d干 缩 应 变 再 生 料 为 1 8 5 8接 近 天 然 料 ( 9 6 ) 的两倍 。水泥稳定类材料的干缩程度与混 合料中初始含水率有密切关系 。 。 ， 再生料因含有大 量的结晶水 ， 故失水后的收缩变形也较大， 抗干缩性 能要差于天然石料。再生料越细 ， 初始含水率越高 ， 因此为了避免掺加再生料的半刚性材料出现较大的 干缩变形 ， 应控制再生细集料的添加量。 3 5 抗 冻性 能 抗冻 性能 通过试 件在冻融 循环前 后抗 压强 度的 变化情况来衡量， 抗冻指数为试件冻融后抗压强度 与冻 融前 抗 压 强度 之 比 ， 抗 冻 试验 结 果 见 图 5 。 由 图可 以看出：水稳再生料和水稳天然料的抗冻指数 分别为 9 2 1 和 9 8 9 ， 再生料的抗冻性能略低于 天然料， 但抗 冻指数仍高于 9 0 ， 具有 良好的抗冻 性能 ， 可在季节性冰冻地 区使用。 、 震 船 混 合 料 类 型 图 5抗 冻 性 能 试 验 结 果 Fi g ur e 5 f r o s t r e s i s t a n c e i n d e x e s t e s t r e s ul t s 3 6水 稳 定 性 能 水 稳定 性 能 表征 半 刚性 基层 水 损 害 的能 力 ， 通 常采用 7 d饱水 无侧 限抗 压 强度 与 7 d不饱 水 无侧 限抗压强度得 比值 ( 水稳 系数 ) 来表示。水稳定性 能 试 验 结 果 见 图6 。 由 图6 可 以 看 到 ： 水 稳 再 生 料 1 20 l O0 80 6 0 嚣 * 4 0 2 O O 混合 料类 型 图 6水稳定系数试验结果 Fi g u r e 6 wa t e r s t ab i l i t y i n d e x e s t e s t r e s u l t s ( 下转 第 2 1 8页 ) 加 蚰 加 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 8 公路工程 3 8卷 ( 上接 第 1 9 5页 ) 的 水稳 系数达 到 9 6 ， 大 于水 稳 天 然 料 的 8 3 ， 说 明水稳再生料具有非常好的水稳定性能。 4 结 语 废弃水泥混凝土中含有一定质量的结晶水 ， 在 最佳用 水 量和最 大干 密度 的确定 时要 考虑结 晶水 的 影响 ； 和天然碎石相比， 再生粗集料针片状颗粒含 量 较少 、 压 碎值相 当 、 洛 杉 矶磨 耗 损 失 较 大 、 坚 固性 略 差 ； 全部使用废弃再生料的水泥稳定半刚性基 层在水泥用量 4 0 时已满足高速公路或者特重交 通对半刚性基层材料的强度要求 ； 性能测试结果表明：除 9 0 d的无侧限抗压 强 度外 ， 水 稳再 生料 各龄期 的无侧 限抗 压强 度 、 劈 裂 强度和抗压 回弹模量略小于水稳 天然料 ， 但均满足 半刚性基层材料的要 求； 水稳再生料具有 良好 的抗 冻 性 能和水 稳定 性能 ； 水稳 再 生料抗 收缩性 能较 差 ， 在半刚性基层材料中使用时应控制再生细集料的掺 人 量 。 2 3 4 5 6 参考文献 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