废弃混凝土在水泥稳定再生集料基层中的应用.pdf

总662期2023年第32期（11月 中）收稿日期：2023-05-04作者简介：冯燕文（1984），男，山西太原人，研究方向为公路路面。废弃混凝土在水泥稳定再生集料基层中的应用冯燕文（山西路桥集团第五工程公司，山西 太原 030036）摘要：为研究废弃混凝土再生骨料替换率、水泥剂量、养生龄期等因素对水泥稳定再生集料基层路用性能的影响，以某旧水泥混凝土道路的面层破碎废料为对象，成型试件开展无侧限抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、抗压回弹模量试验。结果显示，添加废弃混凝土后材料抗压强度、抗拉强度、回弹模量均有所减小；90 d龄期下，抗拉强度差异较大（约10%），抗拉强度与回弹模量差异较小（约2%）；提高水泥剂量，可适当降低性能差距。关键词：废弃混凝土；再生集料；水稳基层；路用性能中图分类号：U414文献标识码：A0 引言随着我国社会经济的发展，部分早期建成的水泥路面与桥梁等将面临改造或拆除重建，导致大量废弃混凝土材料的产生，这类材料体积大、难降解、对生态环境影响较大。国际上，部分国家已建立起建筑固体废弃物回收利用的相关法律，提倡建筑垃圾产物零排放，将建筑固体废弃物视为可再生资源，加工处理后继续用于工程项目。我国基础设施数量及规模巨大，产生的废弃水泥混凝土废料较多，若将其中可利用的部分进行破碎，生成再生骨料应用到新建道路工程中，能够提升资源循环使用率，避免资源浪费1。因此本文将探究废弃混凝土用于水泥稳定再生集料基层的路用性能，为废弃混凝土在道路工程中的应用提供理论与试验基础。1 原材料及试件1.1 水泥水泥水化反应与集料凝结成整体，是水泥稳定碎石形成强度的基础。试验采用PO42.5水泥，性能指标如表1所示，各项性能均满足公路路面基层施工技术细则（JTG T/F202015）的要求。表1 水泥性能指标指标要求实测比表面积/（m2/kg）300345安定性合格合格初凝时间/min180200终凝时间/min360，6004653 d抗压强度/MPa1719.228 d抗压强度/MPa42.546.33 d抗折强度/MPa3.54.628 d抗折强度/MPa6.57.01.2 粗细集料试验所采用的粗细集料分别为天然骨料与废弃混凝土再生骨料。天然骨料采用石料厂生产的天然砾石和碎石，最大公称粒径为31.5 mm。再生骨料为旧水泥混凝土道路的面层破碎废料，混凝土、石料等占比很大，预处理清除杂质后，采用破碎机将其破碎为40 mm粒径颗粒，再通过冲击破碎和滚筒装置进一步加工。然后按照0.07537.5 mm进行再生料筛选，剔除粒径过大与过小部分2。表2、表3所示为骨料性能，均能满足规范要求。表2 试验用粗骨料性能指标指标规范要求天然粗骨料实测值再生粗骨料实测值压碎值（%）3018.327.1吸水率（%）3.02.02.6含泥量（%）1.51.11.5针片状含量（%）256.58.8表观密度/（g/cm3）2.52.7672.564表3 试验用细骨料性能指标指标规范要求天然细骨料实测值再生细骨料实测值细度模数2.32.752.97含泥量（%）2.01.61.9吸水率（%）2.69.40表观密度/（g/cm3）2.52.6562.5261.3 水泥稳定再生骨料的配合比设计将水稳碎石基层中的天然粗细骨料，用一定比例（0%,50%,100%）的废弃混凝土再生骨料进行置换。对 3种置换率的混合料筛分，确定不同置换率下配合20交通世界TRANSPOWORLD比3。结果如表4所示。表4 再生骨料与天然骨料的级配组成（%）置换率（%）050100再生骨料粒径/mm1931.5012249.519019254.758.5072500.4501326天然骨料粒径/mm203023110102027705102220005281101.4 试件规格与试验方案按不同水泥剂量（4%，5%，6%）、不同再生骨料置换率（0%，50%，100%），在最佳含水率下成型直径150 mm高150 mm的圆柱体试件、100 mm100 mm400 mm梁式试件，通过无侧限抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、抗压回弹模量试验，测定各组试件在各龄期下的（7 d，28 d，60 d，90 d）的性能指标。2 无侧限抗压强度试验结果与分析2.1 置换率对抗压强度的影响由于不同水泥剂量下的抗压强度-置换率规律相近，受篇幅所限，此处仅展示5%水泥剂量下的曲线图（见图 1）。当水泥含量为 5%时，相比 0%置换率 90 d抗压强度，50%、100%置换率时分别下降 8.47%、9.31%。这一规律同样存在于另外2组水泥剂量试件中。结果表明添加再生骨料后试件抗压强度有所降低。2.2 水泥剂量对材料抗压强度的影响当龄期为28 d时，相比水泥剂量为4%时的抗压强度，剂量 5%、6%时分别提高 39.18%、63.83%；龄期为90 d时，分别提高18.09%、33.94%。在另外两组试件中规律相同。这表明水稳材料的抗压强度随水泥剂量增加而提高，且增大水泥剂量，有利于降低添加再生料材料与未添加再生料材料间的抗压强度差距。2.3 龄期对材料抗压强度的影响图2所示为50%置换率下的抗压强度-龄期曲线图，从图2中可以看出，随着龄期的增大，水稳材料的抗压强度增大，但抗压强度的增长速率逐渐降低。3 劈裂抗拉强度试验结果与分析3.1 置换率对劈裂抗拉强度的影响当龄期为 60 d 时，相比 0%置换率的材料抗拉强度，置换率 50%、100%时强度提升率为-15.38%、-4.62%；90 d龄期时，提升-11.43%、-2.86%。在另外两组试件中规律类似。这表明添加再生骨料后水稳材料的抗拉强度有所降低，但整体差异较小4；置换率在0%50%内，材料劈裂抗拉强度随着置换率增加而降低，置换率在50%100%时，呈现相反趋势，且100%置换率下的抗压强度与0%时已十分接近。3.2 水泥剂量对劈裂抗拉强度的影响当置换率为 50%，龄期为 7 d时，相比 4%水泥剂量的抗拉强度，5%、6%时分别提高11.11%、36.11%；龄期为28 d时，分别提高12.76%、38.30%；龄期为90d时，分别提高16.98%、41.51%。另外两组试件有相似变化趋势。这表明随着水泥剂量的增加，水稳再生集料的劈裂抗压强度提升，且随着龄期的增长强度增长的趋势更显著。3.3 龄期对劈裂抗拉强度的影响图 3所示 50%置换率下的抗拉强度-龄期曲线图。从图3中可以看出，随着养护龄期的增加，集料的劈裂抗拉强度不断增大，但强度增长率逐渐下降。4 抗压回弹模量试验结果与分析4.1 置换率对抗压回弹模量的影响图4所示为5%水泥剂量下的回弹模量-再生料置换率曲线图。图4中可以看出，龄期为7 d时，相比0%置换率试件的抗压回填模量，50%、100%时分别增大6.01%、12.32%；龄期为 28 d 时，分别增大-6.90%、-1.62%；龄期为 60 d 时，分别增大-4.32%、-6.06%；龄期为90 d时，分别增大-5.29%、-4.73%。另外两组试件有相似规律。这表明添加再生骨料后材料的回弹050100置换率（%）6.05.55.04.54.03.590 d60 d28 d7 d无侧限抗压强度/MPa图1 不同置换率对应的材料抗压强度6.56.05.55.04.54.03.53.0无侧限抗压强度/MPa龄期/d72860906%5%4%图2 不同养生龄期对应的材料抗压强度21总662期2023年第32期（11月 中）模量有所降低，但整体差异较小。在置换率 0%50%时，回弹模量随着置换率增加而降低；在 50%100%时，呈相反趋势。4.2 水泥剂量对抗压回弹模量的影响图5所示为50%置换率下的回弹模量-水泥剂量曲线图。图5可以看出，当龄期为7 d时，相对水泥剂量4%试件的回弹模量，5%、6%时分别提高 31.42%、39.75%；龄期为 28 d 时，分别提高 29.32%、45.56%；龄期为90 d时，分别提高21.7%、48.34%。另外两组试件有相似规律。这表明水稳再生集料的抗压回弹模量随着水泥剂量的增大而增大。4.3 龄期对抗压回弹模量的影响图 6所示为 50%置换率下回弹模量-龄期曲线图。图6可以看出，随着养护龄期的增加，水泥稳定再生集料的回弹模量不断增大，但增长率逐渐下降。5 结论本文通过开展3项试验，分析废弃混凝土再生骨料置换率、水泥剂量、养生龄期等3个因素，对水泥稳定再生骨料基层的路用性能影响，结论如下：整体来看，添加再生骨料后材料抗压强度、抗拉强度、回弹模量均减小；90 d龄期下，抗拉强度差异较大，抗拉强度与回弹模量差异较小；再生骨料置换率方面，当龄期60 d，呈相反变化趋势；置换率在0%50%增大，劈裂抗拉强度提升，回弹模量降低；置换率在 50%100%增大，呈相反变化趋势；水泥剂量方面，随着水泥剂量的增大，水泥稳定再生集料基层的抗压强度、抗拉强度、回弹模量均有所提高；水泥剂量较大时，能够降低添加再生骨料与未添加再生骨料试件间的性能差距；养生龄期方面，随着龄期的增长，材料的抗压强度、抗拉强度、回弹模量均有所提高，但是增长趋势逐渐放缓。参考文献：1 刘克非，李泉.建筑垃圾再生骨料用于道路基层的力学与干缩性能试验研究J.中外公路，2016，36（5）：235-237.2 田青，屈孟娇，张苗，等.废弃混凝土再生微粉激活方式研究进展J.硅酸盐通报，2020，39（8）：2476-2485.3 姜涛，赵景锋，李明明，等.再生骨料自密实清水混凝土配合比优化及表观性能试验研究J.硅酸盐通报，2020，39（8）：2581-2586.4 李唱，张鹏程，朱方尺，等.废弃混凝土作为再生粗骨料对新拌混凝土性能的影响J.硅酸盐通报，2020，39（8）：2587-2593.龄期/d7286090图3 不同养生龄期对应的材料抗拉强度0.80.70.60.50.4劈裂抗拉强度/MPa6%5%4%置换率（%）050100图4 不同置换率对应的抗压回弹模量90 d60 d28 d7 d1 6001 4001 2001 000抗压回弹模量/MPa456水泥剂量（%）图5 不同水泥剂量对应的抗压回弹模量90 d60 d28 d7 d1 8001 6001 4001 2001 000800抗压回弹模量/MPa1 8001 6001 4001 2001 000抗压回弹模量/MPa龄期/d7286090图6 不同养生龄期对应的抗压回弹模量6%5%4%22