■馬玉蘭

(福州市公路局，福州　350002)

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廢棄路面混凝土再生的路用性能探究與應(yīng)用

■馬玉蘭

(福州市公路局，福州350002)

摘要本文采用傳統(tǒng)水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，分析了路面再生混凝土與對(duì)應(yīng)普通水泥混凝土在工作性能和力學(xué)性能上的差別，并通過工程實(shí)踐進(jìn)行了論證，為廢棄路面再生混凝土推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞廢棄路面混凝土再生路用性能應(yīng)用

廢棄混凝土路面再生骨料的基本特性與天然骨料有很大差別，存在吸水率大、表觀密度低、壓碎值高等缺點(diǎn)，而骨料特性又直接影響著再生混凝土的各項(xiàng)路用性能。為更好地推進(jìn)廢棄路面混凝土的再生利用，本文以福建地區(qū)工程實(shí)地為例，通過實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐進(jìn)行了再生混凝土的主要路用性能分析。

1　試驗(yàn)方案

以福建某國(guó)道水泥砼路面為例，路面原設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度為4.5MPa，運(yùn)營(yíng)時(shí)間為10年。廢棄路面混凝土經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)破碎機(jī)預(yù)破碎后，運(yùn)輸至碎石場(chǎng)顎式破碎機(jī)再破碎，后由篩分機(jī)進(jìn)行篩分出再生粗、細(xì)骨料，如圖1所示。生產(chǎn)的再生粗骨料最大粒徑為40mm，經(jīng)篩分成三個(gè)粒徑組，分別為：4.75～13.2mm，13.2～19mm，19～ 40mm。

按照《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F30-2003)[1]中粗集料級(jí)配范圍規(guī)定，13.2mm以下的粗骨料按20％計(jì)取。因粒徑在13.2mm以下的再生粗骨料在砂漿含量、針片狀含量和吸水率等方面均表現(xiàn)出較差的性能，本試驗(yàn)用4.75～13.2mm的天然石子(石灰?guī)r碎石)代替這部分再生粗骨料，再生混凝土的再生骨料取代率則取80％。天然骨料、再生骨料及經(jīng)水沖洗的再生骨料三種骨料按表1的配合比分別進(jìn)行混凝土拌合，并將混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

表1　混凝土試驗(yàn)配合比

2　工作性能

按坍落度儀法[2]進(jìn)行工作性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三個(gè)配比的路面普通水泥混凝土均有20～30mm的坍落度，但另外六組路面再生混凝土均無明顯坍落度，幾乎為零，很難成型。究其原因在于再生骨料在生產(chǎn)過程中無法徹底除雜，其表面或多或少仍附著舊水泥砂漿，加上經(jīng)過兩次破碎，粗骨料內(nèi)部受損產(chǎn)生微裂紋。再生骨料拌合過程中水分很快被骨料吸入，吸水率較大，減少了混凝土的實(shí)際拌合用水，從而大大的降低了混凝土的流動(dòng)性，如果不加任何改進(jìn)措施，再生混凝土的工作性能無法滿足要求。

3　抗壓強(qiáng)度

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E30-2005)[2]進(jìn)行水泥混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法測(cè)得混凝土試件的7d、28d抗壓強(qiáng)度。以7天抗壓強(qiáng)度為例，結(jié)果如圖2：

隨著水灰比的增大，各個(gè)類別的7d抗壓強(qiáng)度均逐漸降低，再生混凝土及經(jīng)水沖洗的再生混凝土降低幅度相對(duì)均較?。煌N水灰比下，經(jīng)水沖洗的再生混凝土抗壓強(qiáng)度略高于再生混凝土抗壓強(qiáng)度，但提高的不多，大約為2.5％左右；普通水泥混凝土降低幅度最大。

從圖3可以看出，一方面，再生骨料中含有大量的附屬砂漿和廢舊砂漿顆粒，一定程度上影響了該骨料的質(zhì)量，其混凝土7d抗壓強(qiáng)度降低；另一方面，再生骨料的吸水率較大，在攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)過程中，再生骨料會(huì)吸收較多的水分，在同種名義水灰比下，致使再生混凝土的實(shí)際水灰比較同種配比的普通水泥混凝土小，因此會(huì)使混凝土強(qiáng)度增大。這一升一降，出現(xiàn)同種配合比下再生混凝土7d抗壓強(qiáng)度基本和普通水泥混凝土相當(dāng)，有的甚至?xí)笥谕N配比的普通水泥混凝土的奇怪現(xiàn)象。所以在配制再生混凝土?xí)r，若充分考慮再生骨料吸水率較大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同種實(shí)際水灰比情況下，再生混凝土強(qiáng)度肯定會(huì)低于普通水泥混凝土。

圖4、圖5可以看出28d抗壓強(qiáng)度的規(guī)律與7d抗壓強(qiáng)度的規(guī)律類似，同種配合比下再生混凝土28d抗壓強(qiáng)度基本都小于普通水泥混凝土，再生骨料經(jīng)水沖洗后澆筑的再生混凝土強(qiáng)度比骨料未沖洗的再生混凝土高，也更接近同配比的普通水泥混凝土。不過在水灰比為0.48的配合比時(shí)出現(xiàn)大于同配比的普通水泥混凝土。普通水泥混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)要比再生混凝土好，主要原因是隨著水泥水化的進(jìn)行，再生骨料吸入的水分逐漸外滲，造成再生骨料與水泥基體界面處的水灰比相對(duì)較高，削弱了界面區(qū)的強(qiáng)度；同時(shí)水灰比越高，再生混凝土的強(qiáng)度越接近普通水泥混凝土，這一點(diǎn)與再生骨料的吸水率有很大關(guān)系。試配再生混凝土的強(qiáng)度最高達(dá)到55.1MPa，說明再生骨料能運(yùn)用于路面水泥混凝土中，且能滿足抗壓強(qiáng)度要求。

4　受壓破壞特征

再生混凝土立方體試塊受壓破壞的過程如圖6所示：

在加載初期，再生混凝土試塊表面沒有明顯的裂紋出現(xiàn)；隨著加載的進(jìn)行，在立方體的側(cè)面中央處開始出現(xiàn)裂縫，并逐步向上下兩端發(fā)展，直至試塊的上下邊角，呈上下相連的八字形；再隨著荷載的持續(xù)增大，裂縫越來越大，直至立方體側(cè)面出現(xiàn)外鼓、剝落現(xiàn)象。

5　抗折強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程[2]中水泥混凝土抗彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法得出本批試驗(yàn)各組混凝土的抗折強(qiáng)度分布情況如圖7、圖8：

試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土的抗折強(qiáng)度較普通混凝土低17％左右，再生骨料的表面沖洗對(duì)抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)不明顯。究其原因在于再生骨料表面附屬砂漿的存在，導(dǎo)致新水泥漿體與再生骨料的界面處出現(xiàn)薄弱層，要增大再生混凝土的抗折強(qiáng)度，必須改善再生混凝土的界面結(jié)構(gòu)。另外，在破碎過程中，由于受外力的作用，骨料中會(huì)出現(xiàn)微裂紋，再生混凝土在受彎拉過程中會(huì)出現(xiàn)骨料的中間斷裂現(xiàn)象，這也在一定程度上削弱了再生混凝土的抗折強(qiáng)度。在抗折試驗(yàn)后，斷裂面處出現(xiàn)很多骨料斷裂和界面直接剝落現(xiàn)象，如圖9所示。

6　再生混凝土的強(qiáng)度特點(diǎn)

再生混凝土受壓過程中，再生骨料與新水泥漿界面處于一個(gè)切向受剪的切應(yīng)力受力狀態(tài)，由于再生骨料表面粗糙，界面咬合力較大，再加上再生骨料吸水率高，有效水灰比降低，抗壓強(qiáng)度偏高。而再生混凝土彎折過程中，界面過渡區(qū)內(nèi)在混凝土受載前已存在微裂縫，加上過渡區(qū)強(qiáng)度低，使再生混凝土更易發(fā)生破壞，導(dǎo)致再生骨料與新水泥漿體的粘結(jié)強(qiáng)度偏小，進(jìn)而削弱了同一配合比下的再生混凝土的抗折強(qiáng)度。

7　再生混凝土路用性能改善方法

(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)配合比

再生骨料與天然骨料最明顯的差別是吸水率與吸水量，加上再生骨料的來源各異，不同再生骨料的吸水特性特別是吸水速率差異較大。所以相對(duì)于傳統(tǒng)配合比設(shè)計(jì)方法，先要確定再生骨料吸水量隨時(shí)間的變化關(guān)系，確保施工過程中混凝土的和易性。同時(shí)，可通過增加天然骨料的比例等方式，適當(dāng)提高再生混凝土的強(qiáng)度。

(2)采取再生骨料強(qiáng)化措施

從再生骨料的表觀來講，骨料中含有相當(dāng)數(shù)量的舊水泥砂漿，表現(xiàn)吸水率大、表觀密度低、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，一定程度上限制了廢棄混凝土在路面再生混凝土中的應(yīng)用。目前主要通過化學(xué)溶液液化處理、機(jī)械處理等方式進(jìn)行，但從經(jīng)濟(jì)效益和施工角度出發(fā)，用混凝土攪拌機(jī)將再生粗骨料攪拌2min，分離骨料與基質(zhì)，在一定程度上去除再生粗骨料表面的廢舊水泥砂漿，達(dá)到再生骨料強(qiáng)化的目的。

(3)改善再生混凝土的界面

再生混凝土界面比較復(fù)雜，包含了天然粗骨料與新水泥砂漿之間的界面、再生粗骨料中石料部分與新水泥砂漿之間的界面，以及再生粗骨料中老水泥砂漿與新水泥砂漿之間的界面。通過添加外摻劑、二次攪拌工藝等方式改善界面特性，提高界面之間的粘合度，有效提高再生混凝土的強(qiáng)度。

8　工程實(shí)踐

為檢測(cè)路面再生混凝土在重載交通水泥混凝土路面板鋪筑中能否滿足強(qiáng)度等要求，選擇福建某省道作為再生混凝土試驗(yàn)路段，再生骨料取代率取40％，施工過程中質(zhì)量控制要點(diǎn)如下：

(1)施工前，根據(jù)取代率預(yù)先把再生骨料與天然骨料摻配均勻；

(2)攪拌時(shí)采用二次攪拌工藝，適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間；

(3)攤鋪坍落度選擇20～25mm，松鋪系數(shù)選擇1.15～1.20。

(4)因再生骨料孔隙率較大，鋪筑時(shí)應(yīng)采用三滾軸進(jìn)行鋪筑，采用密排振搗棒間歇插入振實(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)振搗時(shí)間，一般控制在20～25s，以拌合物表面不露粗集料，液化表面不再冒氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn)，確保新澆混凝土振搗充分、均勻、密實(shí)。

工藝流程：布料→粗平→人工連續(xù)振搗→人工補(bǔ)料→平板振平提漿→滾軸整平→精平飾面→壓紋→切縫→養(yǎng)生→填縫(圖10)。

試驗(yàn)路面鋪筑完成后，按7d、28d齡期進(jìn)行了抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，芯樣7d強(qiáng)度達(dá)4.9MPa，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室試配強(qiáng)度基本相當(dāng)。而28d芯樣強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果亦能滿足路面強(qiáng)度的要求(圖11)。

9　結(jié)語

通過試驗(yàn)對(duì)比得出，再生骨料對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響較小、對(duì)抗折強(qiáng)度的影響較大，建議設(shè)計(jì)時(shí)可采用抗折強(qiáng)度作為控制指標(biāo)；同時(shí)必須合理確定再生骨料吸水率，通過強(qiáng)化等措施改善再生混凝土路用性能。試驗(yàn)及工程實(shí)踐應(yīng)用均表明再生骨料能運(yùn)用于路面水泥混凝土中，且能滿足路用性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2003.7.

[2]JTG E30-2005,公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2005.8.