再生混凝土在道路改造中的应用_赵健.pdf

FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期随着我国城市化进程不断加快，旧建筑拆除造成了老旧混凝土的大量堆积，给生态环境带来了较大压力，除此之外，新拌混凝土的需求量也越来越大，天然骨料已经很难满足城市发展的需要。再生混凝土是将老旧混凝土按照合适的比例掺加到新混凝土中循环利用，该工艺的应用降低了生态压力，减少了对环境资源的消耗，符合国家的政策要求，具有很大的发展潜力1-2。破损或者难以被使用的水泥混凝土路面即使被铲除清理也不应被闲置浪费，应将其循环再利用，从而达到保护环境、节约资源的目的。将旧水泥混凝土路面用作新路面的基层主要适用于旧路面损坏相对较轻的状况。将旧水泥混凝土路面用机械粉碎成集料，加入新的稳定材料，再生成为新的混凝土材料3-4。本文依托X公路K12+200K21+900段水泥混凝土路面改造工程探讨再生混凝土在道路改造中的应用。1再生骨料的性质利用压力机将旧混凝土破碎和筛分后，得到540 mm的骨料，再次经过加温、破碎和筛分可以得到更加细小的再生骨料。540 mm的骨料可以用于强度为C30以下的混凝土，对540 mm的骨料再次进行处理的骨料可用于强度C30以上的混凝土。二次处理的集料由于工艺复杂，拌制混凝土的成本较高，基于工艺和成本的考虑，实际工程应用中只对旧混凝土进行一次处理。1.1粗集料1.1.1级配采用4.759.5 mm、9.519 mm和1926.5 mm 3类天然粗骨料，替代率设置为30%、50%和70%3个等级，用再生集料替代天然骨料，对3个替代等级的混合料进行性能检测。先对天然粗骨料和再生粗骨料2种类型的材料分别进行筛分试验，制定天然粗骨料各尺寸的占比：4.759.5 mm、9.519 mm、1926.5 mm 3档比例依次是451，再生粗骨料各尺寸的占比：4.759.5 mm、9.519 mm、1926.5 mm 3档比例依次63.50.5。再根据替代率为30%、50%和70%3个等级用再生集料替代天然骨料进行复配，结果如图1所示。图1天然粗骨料与再生粗骨料复配图1.1.2密度与吸水率试验检测0%、30%、50%、70%再生集料替代天然骨料的4种复配材料（CJL00、CJL30、CJL50、CJL70），密度和吸水率检测结果如图2所示。摘要以实际工程为依托，通过室内试验对比分析了再生混凝土的各项性能指标及工作性能的影响因素，并进行了再生混凝土的配合比设计；通过调整再生骨料的替代率，观察其对再生混凝土性能的影响，从而得出再生骨料的最佳掺配比。试验结果表明：当掺入50%的再生骨料制备而成的再生混凝土与常规的普通混凝土的各项性能指标基本类似，满足道路设计的技术要求，因此在道路改造过程中，再生混凝土建议掺加比例为50%。关键词道路改造再生混凝土配合比设计工作性能再生混凝土在道路改造中的应用赵健(阿图什公路管理局阿图什分局，阿图什845350)道路工程32福建交通科技2023年第1期图2四档复配材料的密度和吸水率检测结果由图2可知，30%再生集料替代天然骨料的复配材料表观密度降低了30 kg/m3，含水率增大0.7%；50%再生集料替代天然骨料的复配材料表观密度降低71 kg/m3，含水率增大了1.17%；70%再生集料替 代 天 然 骨 料 的 复 配 材 料 表 观 密 度 降 低 了121 kg/m3，含水率增大了1.44%。被取代后的组合材料表观密度和含水率变化的主要原因为经破碎后的再生骨料表面存在一层水泥砂浆粉末，因此再生集料替代天然骨料进行复配后的材料具有表观密度小且吸水率高的特征。由上述试验可知，天然骨料的表观密度大于再生骨料的表观密度，并且随着替代率不断加大，复配混合料的表观密度不断减小；再生骨料的吸水率大于天然骨料的吸水率，并且随着替代率不断加大，复配混合料的吸水率不断减小5。1.1.3压碎值试验检测CJL00、CJL30、CJL50、CJL70 4种复配材料的压碎值，结果如图3所示。图3压碎值检测结果由图3可知，30%再生集料替代天然骨料的复配材料压碎值增加17%；50%再生集料替代天然骨料的复配材料压碎值增加29%；70%再生集料替代天然骨料的复配材料压碎值增加41%。压碎值增加原因可能是二次破碎加工过程中不能将水泥砂浆同骨料完全分离开，试验时在压力作用下，残留的水泥砂浆抗压能力弱，很容易被压碎成粉末状，所以随着替代量增大，抗压碎能力越来越差。1.1.4磨耗损失实验试验检测CJL00、CJL30、CJL50、CJL70 4种复配材料的磨耗损失，结果如图4所示。图4洛杉矶磨耗损失检测结果由图4可知，30%再生集料替代天然骨料的复配材料磨耗损失增加24%；50%再生集料替代天然骨料的复配材料磨耗损失增加41%；70%再生集料替代天然骨料的复配材料磨耗损失增加53%。随着替代率的增大，磨耗损失也增大，主要是因为再生集料表面残留的水泥砂浆抗磨耗能力较弱。综合以上检测结果分析，考虑再生混凝土配合比设计时将再生骨料的添加比例控制在30%50%为宜。1.2细骨料1.2.1级配级配粒径不大于4.75 mm的骨料称为细骨料，其细度模数宜在2.23.06，天然细骨料和再生细骨料的尺寸比例如图5所示。图5天然细骨料和再生细骨料合成级配图1.2.2吸水率、细度模数通过试验检测细集料的吸水率和细度模数，结果见表1。33FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期表1吸水率和细度模数检测结果由图5和表1可知，由于再生骨料表面附着大量的水泥砂浆粉末，再生细骨料较天然细骨料吸水率和细度模数都较大。2配合比设计2.1确定计算理论配合比（1）根据公式（1）7计算配制混凝土的28 d面层抗弯拉强度：fc=fr/(11.04Cv)+ts（1）其中：fc混凝土28 d抗弯拉强度；fr设计弯拉强度标准值；Cv变异系数，取值0.15；t保证率系数，取值为0.46；s弯拉强度试验样本的标准差，取值为0.50 MPa。由公式（1）计算得到抗弯拉强度为5.57 MPa。（2）水灰比。根据公式：W/C=1.5684/(fc+1.00970.3595fs）（2）其中，W水的用量；C水泥的用量，其他同上。由公式（2）计算得到0.43的水灰比，以及8.0 MPa的抗折强度。（3）砂率SP为36%。（4）单位用水量。根据公式：W0=104.97+0.309SL+11.27C/W+0.61SP（3）其中，拌合物现场坍落度SL取值30 mm，由公式（3）计算单位用水量为W0为154.5 kg/m3。（5）水泥用量。根据公式：Co=Wow(C/W)（4）其中，Wow掺外加剂混凝土的单位用水量；Co面层混凝土单位水泥用量，其他同上。由公式（4）计算水泥用量为366 kg/m3。2.2确定基准理论配合比（1）采用100%的合成天然粗骨料，实测坍落度为40 mm，不满足规范要求，但配制的混凝土具有良好的保水性和粘聚性。因此，在水灰比、细骨料、天然粗骨料掺入量不变的基础上对水泥用量和用水量进行调整，调整后坍落度为30 mm，满足规范标准，表观密度为2381 kg/m3。（2）30%再生集料替代天然骨料的复配材料，坍落度为25 mm，满足规范技术要求，表观密度为2392 kg/m3，配制的混凝土具有良好的保水性和粘聚性。（3）50%再生集料替代天然骨料的复配材料，测试坍落度为10 mm，满足规范要求，但此配比下含砂较多，不利于现场施工，因此，建议将坍落度调整到30 mm左右。在水灰比不变的条件下，对水泥和水的用量进行调整，调整后的水泥水细骨料合成天然粗骨料=378 kg158 kg638 kg1240 kg，此比例下坍落度30 mm，满足规范技术要求，且保水性与粘聚性良好，表观密度为2411 kg/m3。再生集料替代天然骨料进行复配材料工作性能见表2。表2再生集料替代天然骨料进行复配材料工作性能通过表2可知，在水灰比不变、坍落度基本一致的条件下，随着替代率增大，配制混凝土的水和水泥用量也增大。其原因可能是由于再生骨料吸水率高。再生混凝土最大的特点是采用再生骨料进行拌制新的混凝土。废弃混凝土块通过处理、破碎、筛选而得到再生骨料，在生产加工再生集料过程中再生骨料结构存在众多空隙。同天然骨料相比，再生骨料有大量的砂浆包裹在集料的表面，为了保证配制出混凝土的工作性能，再生混凝土在进行用水量的设计时应在满足普通混凝土设计用水量的前提上，附加再生骨料比天然骨料多吸附的用水量，以保证再生混凝土与普通混凝土具有相同的坍落度，方便现场施工。3路用性能验证3.1抗弯拉和抗压强度根据表2中RC0、RC30、RC50基准配合比各材料的用量，每种配合比各成型6块150 mm150 mm名称吸水率/%细度模数天然细骨料1.852.66再生细骨料5.572.88配合比RC0RC30RC50材料用量/（kg/m3）水泥361367378水152153158细骨料677675638合成天然粗骨料1204841621合成再生粗骨料0361620水灰比0.420.420.42坍落度/mm302530表观密度/（kg/m3）238123902411道路工程34福建交通科技2023年第1期项目RC0RC30RC50抗弯拉强度/MPa7 d4.434.44.1828 d5.865.795.74抗压强度/MPa7 d22.320.220.128 d40.839.738.4550 mm的混凝土试件，并进行养护，然后对试件进行7 d和28 d的抗弯拉强度试验，结果见表3。表3不同替代量下材料的抗弯拉强度及抗压强度检测结果结果表明：掺入再生骨料量在50%以内时，其抗压及抗弯拉强度都满足规范技术要求。3.2磨损量根据表2中RC0、RC30、RC50基准配合比各材料的用量，进行不同替代量下材料的磨损量试验，检测结果分别为2.63 kg/m2、2.79 kg/m2、3.48 kg/m2。结果表明：掺入再生骨料量在50%以内时，其磨损量都满足规范技术要求。3.3抗冻性能对RC0、RC30、RC50基准配合比各混凝土试件进行抗冻试验，并记录不同次数条件下试件的质量损失与动弹性模量，结果如图6所示。（a）质量损失（b）相对弹性模量图6基准配合比抗冻性能检测结果结果表明：如果经过冻融试验后混凝土试件的质量损失不超过5%，则该混凝土可用于严寒或寒冷地区使用，如果RC30、RC50质量损失大于5%，则该掺入量条件下的再生混凝土不可用到严寒或寒冷地区。3.4抗疲劳性能对RC0、RC30、RC50基准配合比各混凝土试件进行抗疲劳性能试验，结果如图7所示。图7基准配合比抗疲劳性能检测结果结果表明：每种配合比结果都满足规范要求，并且随着取代率的不断加大，其抗疲劳性能逐渐降低。3.5温度线膨胀系数根据表2中RC0、RC30、RC50基准配合比各材料的用量，测试各基准配合比温度线温度系数，结果如图8所示。图8基准配合比温度线温度系数检测结果由图8可知，在同等条件下，随着再生骨料取代天然骨料的比例增大，温度线膨胀系数逐渐减小，表明再生骨料取代率越大，配制的混凝土越不密实。综合上述分析可知，70%再生集料替代天然骨料的复配材料压碎值和吸水率不满足规范。在原材(下转第52页)35FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期出版社，1985：5-8.8FALTINSEN O M.Sea Loads on Ships and Offshore Struc-turesM.Cambridge University Press，1990：118-122.9李玉成，滕斌.波浪对海上建筑物的作用M.北京：海洋出版社，2002：278-284.10滕斌.波浪力计算中的一个新边界元方法J.水动力学研究与进展（A辑），1994（2）：215-223.11中华人民交通运输部.海港水文规范：JTS 145-2-2013S.北京：人民交通出版社，2013：30-42.(上接第35页)桥隧工程料符合要求的基础上，将再生粗集料以30%和50%2种比例代替天然集料进行性能检测，通过对检测数据综合分析，建议再生骨料取代天然骨料比例控制在50%以内，该掺量条件下的混凝土便于施工。4结语通过对再生骨料进行试验检测，结果表明：相对于天然集料，再生粗骨料的表观密度较小，吸水率较高，抗压碎能力较差，耐磨耗能力较差。因此在制备再生混凝土时，应考虑采用30%和50%再生集料替代天然骨料进行再生混凝土设计，并开展试验分析；采用30%和50%替代的再生混凝土抗压、抗弯拉、抗疲劳、密实程度都随替代率的增大而减小，磨损量随替代率的增大而增大，抗冻性能越来越弱。再生骨料取代天然骨料比例控制在50%以内，所配制出的再生混凝土可以满足规范要求。参考文献1韦子娥.微裂均质化处治再生技术在水泥混凝土路面的应用J.西部交通科技，2021（9）：14-15，29.2李巍.旧水泥混凝土路面再生集料在路面大修工程中的应用J.交通建设与管理，2021（3）：84-86.3黄定江.旧水泥混凝土路面微裂均质化处治技术在“白加黑”路面再次改造工程中的应用J.城市道桥与防洪，2022（7）：200-202，25.4杨伟明.碎石化再生技术在水泥路面改造中的应用J.交通世界，2017（7）：28-29.5张海伟.废弃混凝土路面再生骨料路用性能试验研究D.郑州：郑州大学，2019.6彭亮.再生骨料在水泥稳定碎石基层中的路用性能研究D.重庆：重庆交通大学，2017.7杨宇轩.旧复合式路面回收料在水泥稳定碎石基层中的再生技术研究D.扬州：扬州大学，2018.52