1、1再生级配碎石性能的实验研究摘要：水泥 路面改建过程中将产生大量破碎的水泥混凝土材料，因此面临着旧材料如何再生利用的问题。本文就此开展研究，回收了水泥混凝土路面再生集料，并与实验室已有的同材质天然集料一起，进行二者物理及力学性能试验，比较它们的差异性；利用再生集料以及天然集料，分别制备级配碎石试件，通过三轴试验比较再生碎石及天然碎石间性能的差距，并就如何更好利用再生集料提出合理的改进方法。 关键词：水泥混凝土路面改建旧材料级配碎石再生碎石 中图分类号：TU375 文献标识码：A 1. 引言 目前我国每年都会产生大量的废弃混凝土，其一般的处理方法是将其运往郊外堆放或填埋，这不仅占用大量的耕地，且
2、造成环境污染。近年来，混凝土由追求高强度、高性能逐渐向绿色混凝土方向发展。对废弃混凝土进行循环再利用，不仅是处理废弃混凝土的有效途径，还可以减小废弃混凝土对城市环境的污染，是发展绿色混凝土的主要措施之一。混凝土再生研究主要集中在再生集料性能方面以及再生集料对再生混凝土性能的影响，研究表明，通过改善破碎工艺和严格控制粒径，利用废弃混凝土完全能够生产出满足水泥混凝土用技术要求和级配要求的再生集料，再生混凝土通过适当改进其性能与普通碎石集料水泥混凝土性能几乎相当。这些再生集料究竟能否部分或完全代替新的集料，用于制备2路面中常用的级配碎石，达到天然级配碎石的性能要求，从而节约道路建设费用，国内外对这个
3、方面所做的研究并不多，因此有必要对其可行性进行探讨。本文对再生级配碎石的基本性能进行研究，得出再生碎石与天然级配碎石性能上的差异性，对如何更好利用再生碎石给出合理的建议。 2 再生集料的基本性能 2.1 再生集料的组成 再生集料按颗粒大小可分为再生粗集料和再生细集料。颗粒尺寸大于 4.75mm 的集料为再生粗集料，约占废弃混凝土块重量的 65%；破碎后发现大部分为表面包裹有部分砂浆的石子，少部分为与砂浆完全脱离的石子，还有少部分颗粒为砂浆。颗粒粒径范围为 0.0754.75mm 的集料为再生细集料，主要包括砂浆体破碎后形成的表面附着水泥浆的砂粒，表面无水泥砂浆的砂粒，水泥石颗粒以及少量的破碎卵
4、石颗粒。废弃混凝土中含有 30%左右的硬化水泥砂浆体及 70%左右的天然集料，这些水泥砂浆在破碎过程中大多数独立成块，少量附着在天然集料的表面，还有极少量则成为微细粉。 研究表明，废弃混凝土经过破碎除处理得到的再生集料中硬化水泥砂浆体、表面包裹砂浆的石子、与砂浆完全脱离的石子三者所占的质量百分比比较稳定，基本上维持在 15%：65%：20%左右。再生粗集料中表面附着废旧砂浆的石子其颗粒自身差异性很大，有些颗粒的旧砂浆附着面大，有些颗粒的旧砂浆附着面小。颗粒表面附着的废旧砂浆量对混凝土的性能产生很大影响。关于再生粗集料表面是否包裹着砂浆和包裹砂浆3的多少等情况与原始混凝土的强度等级及集料种类有关
5、，原始混凝土强度等级越高，则再生集料表面包裹砂浆的程度越大；碎石表面包裹砂浆的程度比卵石表面的大。 2.2 再生集料的物理力学性能 根据公路工程集料试验规程 （JTJ 058-2000）的标准，在路面废弃混凝土经破碎、筛分后，选择粒径范围为 4.7531.5mm 的集料，测定其相关的物理力学性能参数，如表观密度、吸水率、压碎值、磨耗率等指标，并与天然集料的试验结果进行对比，试验结果见表 1、2。 表 1 再生集料物理性质 表 2 再生集料力学性质 通过试验得出，再生集料的表观密度要稍低于天然集料，而其吸水率却远远大于天然集料。分析其原因，主要是因为再生集料颗粒附着30左右的水泥砂浆，其密度要小
6、于集料本身，从而导致表观密度的下降。然而砂浆的吸水性能要远远大于集料，而且在破碎的过程中会导致集料产生微小裂缝，在制备水泥混凝土过程中没有完全水化的部分水泥也会直接暴露在空气中，这些因素的共同作用导致再生集料吸水率远远4大于天然集料。 由试验结果可以看出，再生集料与天然集料的针片状含量相差不大，说明在生产再生集料的过程中对集料本身的破坏并不大，完全可以用再生集料代替天然集料用于某些特定的结构中。再生集料的压碎值与冲击值均大于天然集料，是由于再生集料表明附着一定量的砂浆，在压力或冲击力的作用下会脱离集料表面，从而导致压碎值以及冲击值的增大。 3 再生级配碎石的力学性能 3.1 再生碎石的级配设计
7、及试样制备 级配是影响级配碎石强度及刚度最重要的因素。通常认为，影响级配的因素主要有最大粒径，公称粒径及 4.75mm、0.6mm、0.075mm 的含量，本试验选取最大粒径为 31.5mm 的级配进行研究，级配如表 3 所示。对比天然级配碎石、再生级配碎石以及按照天然集料：再生集料比例为 4：6掺配而成的混合级配碎石，采用重型击实法确定最佳含水量如表 4。 表 3 本试验选用级配 表 4 不同类型级配碎石的最佳含水量 3.2 重复荷载三轴试验设备及试验条件 5采用澳大利亚 IPC 公司（Industrial Process Controls Limited）生产的多功能材料测试系统（UTM
8、Universal Testing Machine） 。动三轴仪器压力室所用的试样尺寸为 100mm100mm，轴向荷载气压动态输出，压力范围 020kN。侧向压力采用气压，范围 0600kPa。数据采集通过连接于应力应变传感器上的电子采集系统获得，控制和数据采集系统将获得的数据通过软件实时显示其精确的结果。 采用半正矢波间歇荷载，即半正矢波加载 0.1 秒，间歇时间 0.9 秒。结合试验仪器自身特点，先在相同的围压下改变正应力，然后再改变围压进行下一轮试验。荷载组合见表 5。 表 5 动三轴试验应力施加顺序 3.3 试验结果分析 天然碎石、再生碎石以及混合级配碎石各制作了 6 个试件进行试验
9、，得到不同碎石在不同试验条件下的回弹模量，如表 6。 表 6 不同试验条件下不同级配碎石模量（MPa） 从试验结果可以看出，不管是天然碎石、再生碎石还是混合碎石，6在不同的应力状况下均表现出不同的模量特性，应力等级越高，模量越大，这与级配碎石非线性弹性特性相符合。除了个别试验条件下再生碎石模量稍大于天然碎石，大部分情况下再生碎石模量都要小于天然碎石，应力等级越高，相差越大，综合所有应力状况，再生碎石模量约为天然碎石模量的 86；而混合级配碎石模量则非常接近天然碎石，约为天然碎石模量的 96。从分析结论得知，单独采用再生集料制备级配碎石，效果并不是很好，而在与天然集料按照一定比例掺配以后，改善效果非常明显，几乎可以达到完全由天然集料组成的级配碎石的效果。 4 结论 通过试验比较再生集料与天然集料、再生碎石与天然碎石之间的性能差异，同时测试天然集料与再生集料按照一定比例掺配而成的混合碎石性能，得出以下结论： （1）由于再生集料自身附着一部分水泥砂浆，导致其表观密度稍小于天然集料，然而吸水率远远大于天然集料； （2）集料压碎值与冲击值试验表明，再生集料强度相对于天然集料有所降低； （3）三轴试验表明，再生碎石在强度比天然碎石差，而将天然集料与再生集料混合而成的混合级配碎石性能比较接近天然碎石的强度。
