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科学技术创新 2023.24不同压实方法成型水泥稳定再生混凝土集料性能研究罗生岳（青海省兴利公路桥梁工程有限公司，青海 西宁）引言水泥稳定碎石半刚性基层具有早期强度高、水稳定性好、抗冻性好等优点，在我国道路基础建设中应用广泛。近年来，因矿山无序开采和环保力度的加大，优质石材逐渐面临短缺的窘境，因此，因地制宜地选择可代替的道路材料成为学者们关注的重大课题，其中废弃混凝土再生集料的重复利用受到了广泛关注1。研究表明，掺加再生混凝土集料的水泥稳定碎石半刚性基层强度满足规范要求，社会经济效益显著，是一种优质的可再生筑路材料2-3。而目前我国针对水泥稳定碎石的成型方法有两种，一种是静压成型法，另一种是振动成型法，然而研究表明，静压法成型的试样与试验段试样之间的相关性较差，原因在于采用静压法指导施工的理念被提出在上个世纪，而近年来随着工程机械的发展，静压法压实后的试样力学强度远低于现场芯样的强度，与现场施工方法的改进不太匹配4-5。与此同时，振动法成型的试样具有更高的力学强度，与现场样品具有更高的相关性，但振动法与静压法在设计水泥稳定再生混凝土集料的对比研究鲜有报道。因此，本研究对比研究了静压法和振动法对水泥稳定再生混凝土力学性能的影响，以证明振动压实方法能够更好地从力学角度反映现场施工条件，有助于后续振动压实标准的研究。1原材料与试验方法1.1原材料（1）水泥水泥为 P O42.5 普通硅酸盐水泥，技术指标见表1。表 1水泥技术指标（2）天然集料天然集料采用石灰岩，技术指标见表 2。表 2集料技术要求（3）再生混凝土集料本研究使用的再生混凝土集料经过鄂式破碎机破碎筛分后形成具有一定级配的再生混凝土集料，物理力学指标见表 3。摘要：为了研究不同压实方法成型水泥稳定再生混凝土集料的性能，文章采用垂直振动法和静压法成型试件，研究了垂直振动法与路面芯样的相关性，对比研究两种方法设计的水泥稳定再生混凝土集料的力学性能。结果表明：振动法试件与芯样的力学强度相关性超 90%，证明了振动法模拟实际施工程度较高；相比于静压法，振动法成型试件的力学强度至少提高 30%；随着再生混凝土集料掺量的增大，混合料力学强度先增大后减小。关键词：压实方法；水泥稳定碎石；再生混凝土集料；力学强度；半刚性基层中图分类号院U414文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤24-0128-04作者简介：罗生岳（1987-），男，本科，工程师，研究方向：道路工程。凝结时间（min）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）试验指标 安定性（%）初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d 检测结果 合格 358 426 4.7 8.0 17.5 42.2 针片状含量（%）项目 表观密度（g/cm3）9.5 mm 4.759.5 mm 压碎值（%）质量要求 2.632 8.5 9.2 16 128-2023.24 科学技术创新表 3再生混凝土集料的物理力学指标表 3 可以看出，相对于天然集料，再生混凝土集料密度相对较低、压碎值和吸水率偏高，对其制备的水泥稳定碎石基层力学强度产生负面影响，究其原因在于再生混凝土经过多年的使用内部产生了众多疲劳微裂纹，其次在破碎筛分过程中也会造成损伤，还有集料表面附着的水泥砂浆材料密度不高，导致再生混凝土集料的压碎值和吸水率偏高，密度降低。1.2级配本 研 究 采 用 公 路 沥 青 路 面 设 计 规 范（JTGD50-2006）中骨架密实级配进行研究，级配筛孔通过率列于表 4、级配设计见图 1。表 4骨架密实级配图 1级配设计1.3试件成型方法本研究选取静态压实法和振动压实法两种方法制备试件，静压法根据 公路工程用无机粘结剂稳定材料的试验规程（JTG E51-2009）成型试件，振动法根据公路水泥稳定碎石抗裂设计与施工技术规范（DB 41/T864-2013）。静压法为我国目前水泥稳定碎石基层常用的设计方法，振动法为近年来许多道路工作者推荐的设计方法。振动法考虑到室内仪器的可操作性，设计的垂直振动压实仪的内部振动器结构模仿了定向振动压路机的独特工作原理和结构特点，核心部件是偏心块，两个偏心块对称布置抵消了水平力，工作时只产生垂直力，由快速旋转产生的正弦激励力确保了垂直振动压实仪的稳定性和有效的垂直振动压实。2试验结果与讨论2.1振动压实法的验证通过比较振动法样品和路面芯样的力学强度，评估了振动法的可靠性，静压法成型的试样被列为参考，其中路面芯样来自某国道的试验段，三种试件的无侧限抗压强度对比见图 2。图 2不同成型方法的试件强度与芯样的相关性图 2 可以看出振动法试件与芯样的力学强度相关性超 90%，高于静压法试件（相关性仅 70%），这证明了振动法模拟实际施工程度较高。相比于静压法试件，振动法试件的 7 d 抗压强度提高了 28%，一方面因为振动压实有助于改善粗集料在试样内的滚动排列，并且使得水泥砂浆更好的填充空隙，形成强嵌挤骨架密实结构；另一方面尺寸效应对静压法试件影响更大，限制了集料在压实过程中的移动造成集料破碎，从而影响强度形成。三种样品的外观也证明了这一点，静压法试件表面有大量空隙和集料破碎的痕迹，振动法试件和芯样则表面密实，进一步说明了振动法的可靠性。但两种室内成型试件的强度均低于道路芯样，原因在于室内试验成型试件受到模具尺寸效应的影响，集料与模具接触部位难以继续移动，空隙的数量和大小会存在较大波动，而道路振动压路机具有很大的压实力，路面铺筑压实时混合物的高频振动使混合物充分滚动和压实，细集料也可以动态紧密填充骨架，从集料类型 表观密度（g/cm3）压碎值（%）针片状（%）吸水率（%）1931.5 mm 2.506 6.6 9.519 mm 2.467 19.0 8.1 再生 混凝土 集料 4.759.5 mm 2.430 7.2 3.7 通过下列筛孔（mm）质量百分比（%）级配 类型 37.5 19.0 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075 GM 100 8668 5838 3222 2816 158 30 0.0750.62.364.759.51937.5020406080100通过率/%筛孔尺寸/mm 级配下限 级配上限 目标级配129-科学技术创新 2023.24而大大减少了空隙的数量，提高路面密度和强度。2.2力学强度使用两种成型方法，研究了再生混凝土集料掺量对无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量的影响，试验结果见图 3、图 4 和图 5。无侧限抗压强度和劈裂强度测试试件养生龄期为 7 d，回弹模量测试试件养生龄期为 28 d。图 3再生混凝土集料掺量对无侧限抗压强度的影响图 4再生混凝土集料掺量对劈裂强度的影响图 5再生混凝土集料掺量对抗压回弹模量的影响如图 3、图 4 和图 5 所示，振动法成型试件的无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量远高于静压法试件，抗压强度提高 32%47.5%，劈裂强度提高 30.6%33.3%，抗压回弹模量提升 34.4%39.8%。原因在于静压试件压实过程中骨料之间受静压力作用，骨料的移动范围有限，细骨料和水泥砂浆不能很好地填充空隙，特别是对于骨架密实级配，静压对粗骨料的静摩擦力容易导致集料破碎，会严重破坏试件内部粗集料强嵌挤骨架结构，从而形成更多的空隙导致混合料的性能降低，这对于掺再生混凝土的水泥稳定碎石而言更加严重，原因在于再生混凝土集料的压碎值较大，再生混凝土集料承受的静压力超过集料强度时，会造成集料破碎严重，严重影响水泥稳定碎石的级配。而振动法通过振动压实的方式，可以对粗骨料在混合料中进行更好的排列，从而形成更强的骨架嵌挤力，并且使水泥砂浆更充分地填充骨架，提高混合料抵抗变形的能力。振动法成型的水泥稳定再生混凝土集料密度较大，混合料空隙率减小，提高了矿料的骨架嵌挤作用。同时，振动法设计的混合料最佳含水量相对较少，集料间的空隙主要被水泥砂浆填充，没有多余的水分阻碍压实，可以显著提高混合料的粘聚力和内摩阻力。因此，振动法设计的水泥稳定再生混凝土具有更好的力学性能。此外，图中还可以看出，无论何种成型方法，随着再生混凝土集料掺量的增大，力学强度随之先增大后减小，当掺量在 30%左右时，无侧限抗压强度和回弹模量达到最大，抗压强度提升约 6.5%11.1%，回弹模量提升约 9.6%13.1%，掺量为 45%时，劈裂强度达到最大，劈裂强度约提升 10.3%11.4%。这是因为再生混凝土集料中含有一定的活性成分，可以与水泥水化产物发生二次水化反应，有利于水泥稳定碎石强度的提升，且再生混凝土集料表面粗糙多棱角，与水泥砂浆的界面过渡区粘结性较强，有助于提高混合料内部摩擦力，对强度有积极效果。而当掺量超过一定范围时，再生集料高压碎值对混合料强度的负面效果进一步增大，且超过粘结力的提升效果，此时力学性能开始逐渐下降。3结论（1）振动法试件与芯样的力学强度相关性超130-2023.24 科学技术创新90%，高于静压法试件（相关性仅 70%），这证明了振动法模拟实际施工程度较高。（2）振动法成型试件的无侧限抗压强度、劈裂强度和回弹模量远高于静压法试件，抗压强度提高32%47.5%，劈裂强度提高 30.6%33.3%，抗压回弹模量提升 34.4%39.8%。（3）无论何种成型方法，随着再生混凝土集料掺量的增大，力学强度随之先增大后减小。参考文献1韩瑞民，祁峰，张名成.建筑垃圾再生混合料配合比设计及性能试验研究J.公路，2014（3）：185-188.2刘建刚.建筑垃圾在道路基层中的再生应用J.中国高新技术企业，2012（10）：46-47.3周新锋，徐希娟，李晓娟.掺建筑垃圾水泥稳定碎石再生材料用于道路基层的性能研究J.筑路机械与施工机械化，2016（8）：48-51.4孟庆营，周卫峰，等.水泥稳定碎石混合料静压法与振动法成型工艺的比较研究 J.公路交通科技，2007（1）：21-25.5蒋应军.水泥稳定碎石振动试验方法及应用研究D.南京：东南大学，2009.Research on the Aggregate Performance ofCement Stabilized Recycled ConcreteFormed by Different Compaction MethodsLuo Shengyue（Qinghai Xingli Highway Bridge Engineering Company,Xining,China）Abstract:In order to investigate the performance of aggregates in cement stabilized recycled concreteformed by different compaction methods,this study used vertical vibration and static pressure methods to formspecimens.The correlation between the vertical vibration method and the core sample of the pavement wasstudied,and the mechanical properties of cement stabilized recycled concrete aggregates designed using thetwo methods were compared.The results showed that the mechanical strength of vibration method specimensand core samples had a correlation of over 90%,which proved that the vibration method simulated the actualconstruction to a higher degree.Compared with the static pressure method,the mechanical strength of thevibration method-formed specimens increased by at least 30%.With the increase in the amount of recycledconcrete aggregates,the mechanical strength of the mixture increased first and then decreased.Key words:compaction methods;cement stabilized crushed stone;recycled concrete aggregates;mechani-cal strength;semi-rigid base layer131-