孫科 朱若溪

(中公誠科(吉林)工程咨詢有限公司，吉林 長春 130117)

近年來，水泥穩(wěn)定碎石基層在高速公路底基層以及基層半剛性路面結(jié)構(gòu)中逐漸被推廣應用，然而現(xiàn)代化發(fā)展背景下，我國人口經(jīng)濟水平在不斷的增長，這一時期有車一族越來越多，因此交通量、載重量正在逐漸增大中，路表設計中完彎沉值的減小，使得需求也就越來越高。部分建設單位為了節(jié)約工程造價，使用了質(zhì)量較差的材料，導致半剛性基層普遍存在水泥穩(wěn)定碎石強度較高的問題，會影響基層以及整個路面的路面結(jié)構(gòu)，造成路面開裂以及早期水損壞的問題。除此之外，部分施工單位為了滿足施工需求，在混凝料中會加大細集料的使用率，0.07mm以下的細集料含量增多，造成水泥穩(wěn)定碎石收縮率增大，導致收縮裂縫的產(chǎn)生，影響著公路的建設質(zhì)量。

1 國內(nèi)外研究情況綜述

半剛性基層是現(xiàn)階段我國公路應用的重要基層機構(gòu)形式，半剛性基層材料主要氛圍粉煤灰和石灰共同構(gòu)成的二灰穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定碎石，應用水泥穩(wěn)定碎石具有高強度以及剛度的特征，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較強的耐久性能以及干溫縮功能，在保持施工穩(wěn)定性上有重要的促進意義。再生混凝土集料在水泥穩(wěn)定中的應用，在國內(nèi)外都有所研究。20世紀后半葉國內(nèi)外學者就已經(jīng)實施對廢舊水泥混凝土再生集料的運用，20世紀80年代，美國洲際高速公路建設的過程中，逐步應用了混凝土再生集料，根據(jù)實踐研究顯示，再生集料中砂漿的含量會對材料的收縮系數(shù)產(chǎn)生一定的影響，大部分水泥混凝土再生集料可以保障良好的路面性能，但是從實際情況來看，這類路面損壞的時間也較短。根據(jù)澳大利亞研究人員的研究實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，破碎康爺輕度為15～75Mpa的舊混凝土，將其重新組合成滿足基層材料要求的級配，只有生產(chǎn)出的混凝與再生集料符合質(zhì)量要求，就可以將其應用在基層或者底基層之中。從國內(nèi)研究現(xiàn)狀來看，國內(nèi)學者對水泥穩(wěn)定再生集料的成分展開綜合化的分析，根據(jù)具體的分析結(jié)果可知，已水化的水泥含水量測定的過程中，會使其結(jié)晶水收到加熱而蒸發(fā)，因此需要更改水泥的最佳含水量。根據(jù)現(xiàn)階段的研究情況調(diào)研，水泥混凝土再生集料的路面應用性能較強，經(jīng)過相關(guān)工藝控制，能夠被廣泛的應用在高級路面基層之中。而剛性水泥混凝土面板與瀝青路面存在一定的差異，無法通過罩面的方式對路用功能進改善，因此只能借助基層以及混凝土路面綜合處置的形式進行改善。

2 再生混凝土集料

集料對水泥穩(wěn)定碎石承重有著重要的推動性作用，粗集料是承重的主要主體，細集料是起到一定的填充作用，保持集料受力骨架的穩(wěn)定性，各種粒級集料搭配，會造成水泥穩(wěn)定碎石強度受到一定的影響，并且導致水泥穩(wěn)定碎石，基層干縮性能也產(chǎn)生著一定的變化?；诖耍槍λ喾€(wěn)定碎石開裂進行防治，是水泥穩(wěn)定碎石基層設計以及施工的重點內(nèi)容，是相關(guān)單位在建設過程中，需要著重關(guān)注的重點工作目標。除此之外，道路的建設會造成大量混凝土廢棄的情況，在水泥穩(wěn)定碎石之中，可以將廢棄的混凝土進行再次利用。然而再生混凝土集料的吸水率較大，并且存在外形特殊、物理力學性能不夠均勻的問題，因此水泥穩(wěn)定碎石設計以及施工過程中，又面臨著許多問題?；诖?，需要在傳統(tǒng)級配理論以及設計的過程之中，針對水泥穩(wěn)定碎石中，集料級配進行具體優(yōu)化。本文從再生混凝土集料的特點出發(fā)，針對再生混凝土集料的用法以及具體用量進行了分析，并且對于再生混凝土集料對水泥穩(wěn)定碎石強度增強等方面，進行了綜合化的試驗研究，希望能夠為相關(guān)工作者提供一些建議，進一步促進該項工作有效性的提升。

3 再生混凝土集料水泥穩(wěn)定碎石實踐研究

3.1 試驗方法

3.1.1 原材料

可以使用粒級在19～9.6mm、9.6～4.85mm、4.85～2.56mm或者小于2.56mm的四種粒子的輝綠巖，其壓碎值在9%左右。水泥使用P·O級硅酸鹽水泥，其物理性能為：初凝時間在220/min，中凝時間在380/min；抗壓強度為：3d的抗壓強度為27、抗折強度為3，28d的抗壓強度為48，抗折強度為9.再生混凝土集料，需要保持在30%之內(nèi)的壓碎值；針片狀需要控制在10%內(nèi)；含泥量需要不超過2.3%的再生混凝土集料。

3.1.2 實驗方法

使用重型擊實法，對再生混凝土進行成型制作，尺寸為4cm的圓柱體試件脫模之后，需要在第一時間使用塑料膜進行覆蓋，并將其放置到濕度高于98%、溫度在25℃左右的養(yǎng)護室內(nèi)，進行保溫保濕。等到將其養(yǎng)護到規(guī)定的時間之后（一般為6d），在水中浸泡1d左右，對其7d無測限抗壓強度進行測量，并對同批次的試件耐久性能進行具體測量。

3.2 再生混凝土集料對水泥碎石穩(wěn)定產(chǎn)生的影響

3.2.1 集料粒級組成的影響

根據(jù)相關(guān)研究分析，顆粒集配的不同，對混合料物理狀態(tài)的影響，也存在一定的顯著差異。首先，混合量中存在少量或者根本沒有細集料時，細集料之間的接觸面積并不是很大。針對再生混凝土材料而言，其外形缺乏一定的規(guī)格性，集料之間都是進行點接觸，尤其是集料尖，很容易受到應力問題的影響，出現(xiàn)斷折的現(xiàn)象。與此同時，水泥漿對穩(wěn)定碎石并且提高其強度發(fā)揮的作用是十分有限的。第二，在混凝混合料中存在部分細集料時。細集料能夠?qū)㈩w粒中的空隙進行很好的填充。受到水泥漿交結(jié)的影響，混合料在壓實之后，會出現(xiàn)網(wǎng)狀的承載體系，在較少水泥用量下，強度也能夠得到一定提升。最后，混合料中細集料含量過多時，粗集料之間接觸以及嵌擠的作用受到了一定的影響，故而一般漂浮在細集料之上?；旌狭项w粒較表面積相對來說，出現(xiàn)了一定增加的現(xiàn)象，水泥用量也在不斷提升，造成水泥穩(wěn)定碎石開裂風險的問題。從上述研究分析可以發(fā)現(xiàn)，混凝料組成設計時，可以需要根據(jù)按嵌擠壓原理，對各級用量以及具體方法進行確定。

首先，需要對粗集料的用量進行合理調(diào)控，然后根據(jù)粗集料的空隙，使用次一級顆粒進行填充，其他的空隙再增加再次一級的顆粒進行填充，這樣能夠有效增加嵌擠以及填充的集料，從理論上來說，對摩擦力凝聚力以及密實度提升有重要的促進作用，是一種規(guī)格較好的混合量。根據(jù)相關(guān)分析表示，使用三＃天然集料為19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm時，密度為1433.5kg/m級配料，組成的密度最大。因此可以認為，使用這種配料可以制定出具有一定穩(wěn)定性能，并且強度較大的水泥穩(wěn)定碎石，使用這種材料進行集配，集料中天然材料和再生混凝土集料比例為50∶50時，水泥穩(wěn)定碎石強度能夠得到有效增加，水泥穩(wěn)定碎石中再生混凝土集料的添加，只有當水泥產(chǎn)量達到7%以上時，無限側(cè)抗壓強度才能夠高于5Mpa以上。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，水泥用量需要保持在6%以下，由此可見，無系材料配置的水泥穩(wěn)定碎石7d內(nèi)無側(cè)限抗壓強度較低。

3.2.2 細集料的影響

想要對細節(jié)料用量對水泥穩(wěn)定碎石強度影響進行測試，可以根據(jù)圖一中的3＃集配組成的基礎上，插入在2.5mm以下的細集料，根據(jù)2.5mm以下細集料添加的組成以及密實度調(diào)查發(fā)現(xiàn)，根據(jù)不同級配得到的水泥用量，7d無側(cè)限抗壓強度也存在一定差距，粒徑為2.5mm以下的細集料，對水泥穩(wěn)定碎石強度產(chǎn)生著巨大的影響，2.5mm以下細集料用量在20%左右時，水泥穩(wěn)定碎石強度最高。細集料如果超過了這個強度之后，水泥穩(wěn)定碎石強度就會出現(xiàn)下降，這是細集料用量較大，導致集料比表面積增多，導致水泥穩(wěn)定碎石整體強度受到一定影響的現(xiàn)象。基于下圖進行具體分析，可以看出細集料最佳用量為20%，如表1所示。

表1 天然集料組成及其密度

3.2.3 再生混凝土集料摻量

根據(jù)對相關(guān)3＃19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm時，密度為1433.5kg/m級配料集料配比的應用，將再生混凝土集料應用在試驗的過程中，取代天然材料進行試驗，根據(jù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水泥用量保持一定時，水泥穩(wěn)定碎石七天內(nèi)無測壓抗壓強度，會根據(jù)再生混凝土集料用量的增加，出現(xiàn)下降的趨勢，呈現(xiàn)反比例關(guān)系。再生混凝土集料用量保持一定時，強度會隨著水泥用量的提升而產(chǎn)生提升，這是因為再生混凝土集料表面，存在一定的沙漿以及粉塵，導致水泥穩(wěn)定碎石混合料界面粘連的情況出現(xiàn)下降，導致整體抗壓強度減弱?？傮w而言，在對水泥穩(wěn)定碎石進行研究的時候應該合理控制再生混凝土集料摻量，在實際工作中應用再生混凝土集料時應該事前結(jié)合建設需要進行配比實驗測試，掌握用量和強度之間的內(nèi)在聯(lián)系，進而有效提高水泥穩(wěn)定碎石混合料粘度，真正為提高抗壓性保駕護航。

3.2.4 再生混凝土集料本身級配比的影響

根據(jù)對3＃19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm時，密度為1433.5kg/m級配料級配比的應用，天然材料以及再生混凝土集料根據(jù)7∶3以及6∶4兩種比例進行應用，在生混凝土集料本身，使用了兩種不同的集配。其中之一是連續(xù)級配，也就是19～9mm、9～4mm、4～2mm以及2mm以下的四種集料，而另一種集料配件含19～9mm、9～4mm兩種集料。只含較出立即的材料所配置的水泥穩(wěn)定碎石。根據(jù)相關(guān)研究分析，其七天無側(cè)限抗壓強度如下：40%的再生混凝土集料水泥用量為4.11%時相關(guān)抗壓強度為5.63%mpa、30%水泥用量時，集料為5.6%Mpa、10的水泥用量時為2.51%mpa、4.5%a時為6.3%mpa、水泥用量為5.72%時，抗壓強度為5.83mpa，根據(jù)這一數(shù)據(jù)分析顯示，再生混凝土集料水泥穩(wěn)定碎石強度與再生混凝土集料的使用情況存在一定關(guān)聯(lián)，和集料級配也有著一定的關(guān)系。4mm以下的再生混凝土集料用量，影響著水泥穩(wěn)定碎石強度，再生混凝土集料用量為30%，水泥用量超過52%粒級集配的半盒料強度。比四粒級集配要高，因此在生產(chǎn)再生混凝土集料時，水泥用量需要保持一定的特征，再升級料也可以使用兩種較粗粒級的劑量。不難看出，在實際使用再生混凝土集料的時候，工作人員應該正式進行建設前充分了解再生混凝土集料本身級配比對強度的具體影響，由于集料的使用情況能夠在很大程度上影響水泥穩(wěn)定碎石的強度，所以要想保障整體強度穩(wěn)定性，立足于再生混凝土集料的基本特性和內(nèi)在影響作用，從集料本身級配比進行綜合性研究勢在必行。

3.2.5 再生集料摻量的影響

再生混凝土集料置換率在30%、40%以及50%，水泥用量為5.0%時，水泥穩(wěn)定碎石耐久性測試情況如下，根據(jù)再生混凝土集料用量增加，水泥穩(wěn)定性、耐久性能出現(xiàn)反比例下降趨勢。根據(jù)具體實驗研究發(fā)現(xiàn)，摻30%再生混凝土及料水泥穩(wěn)定碎石，質(zhì)量分數(shù)為5.0硫酸鈉溶液中，浸泡一個月以后，抗壓強度能夠有效提升，升高強度為33%，干濕循環(huán)50次的條件下，強度提升了6%。由此可見，站在生混凝土及料水泥穩(wěn)定碎石的抗硫酸鹽侵蝕能力，以及抗干濕循環(huán)能力都較強，然而抗硫酸鹽侵蝕能力，會根據(jù)再生混凝土集料產(chǎn)量增加出現(xiàn)下降的趨勢。動容循環(huán)測試結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，54%動容循環(huán)之后，摻再生混凝土集料，水泥穩(wěn)定碎石強度小于10%，并且根據(jù)再生混凝土集料產(chǎn)量，增加抗凍融循環(huán)能力，并未出現(xiàn)下降的趨勢，由此可見，路面基層抗凍要求能夠被有效滿足。根據(jù)上文內(nèi)容可知，再生混凝土集料的參量控制對于整體強度和水泥穩(wěn)定碎石的性能保持有著舉足輕重的影響作用，因此，在開展應用研究時候工作人員需要根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)需求，切實分析合適的再生混凝土集料具體參量范圍，并注意對水泥的穩(wěn)定耐久性能等基本能力情況進行實時監(jiān)控，盡可能精確地找出集料用量參數(shù)與水泥能力之間的比例關(guān)系，以提出最佳參量配比方案。

4 工程中的具體應用

根據(jù)相關(guān)研究分析顯示，再使用三＃級配方案，19～14mm、14～9mm、9～4.85mm、4.85～2.4mm時，密度為1433.5kg/m級配料時，根據(jù)天然集料9.5～26.5mm，質(zhì)量為30%、天然集料為4.75～9.5mm，質(zhì)量百分比為9%、天然集料為2.66～4.75mm，質(zhì)量百分比為5%。對相關(guān)集料進行篩分，根據(jù)研究出來的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，篩孔尺寸為31.5時，實際通過量為100%，篩孔尺寸為19時，通過量為79.8%，篩孔尺寸為9.5時，實際通過量為54%，篩孔尺寸為4.75時，實際通過量為35%，篩孔尺寸為2.4時，實際通過量為21%。篩孔尺寸為0.5時，實際通過量為8%，篩孔尺寸為0.07時，實際通過量為1%。根據(jù)相關(guān)規(guī)范相比，合成級配的通過率下限較高，粒徑在0.6以下時含量較多，以此配及抗壓強度為：水泥含量為40%，7d抗壓強度為4.8；28d抗壓強度為5，水泥含量為30%7d，抗壓強度為4%，28時，抗壓強度為5。根據(jù)計算，水泥摻量為4.0%時，代表值超過5.0Mpa，完全符合對無限側(cè)抗壓強度建設的要求，工程建設質(zhì)量良好，根據(jù)具體觀察發(fā)現(xiàn)，并未出現(xiàn)明顯的裂縫情況，滿足建設發(fā)展的實際需求（見圖1）。

圖1 再生混凝土集料配比圖

5 結(jié)語

綜上所述，粒徑在2mm以下的材料，會進一步增強水泥穩(wěn)定碎石路面基層結(jié)構(gòu)的抗壓強度，然而如果用量超過2mm時，會造成粗集料骨架承重作用，產(chǎn)生一定的影響，導致水泥穩(wěn)定碎石收縮率加大。根據(jù)本文的實驗發(fā)現(xiàn)，2mm以下的細集料最佳用量為20%，而且，再生混凝土集料可以使用其中較粗的地方，細集料部分，在水泥穩(wěn)定碎石強度中發(fā)揮的作用較小，最后再生混凝土集料在料總體中的含量也影響著水泥碎石穩(wěn)定，根據(jù)再生混凝土集料產(chǎn)量增加，強度以及耐久性會出現(xiàn)一定的下降風險。