掺破碎砾石的再生水泥稳定碎石在道路基层中的应用研究

凌定祥

摘要：本文选用掺破碎砾石的水泥掺量为5%，再生料掺量为30%，通过击实、无侧限抗压强度、劈裂强度、温缩和干缩等试验进行掺破碎砾石的再生水泥稳定碎石与再生水泥稳定碎石及普通水泥稳定碎石进行性能对比，论证掺破碎砾石的再生水泥稳定碎石用于道路基层的可行性。结果表明：掺砾石的再生骨料针片状含量比普通再生骨料更低，同时压碎值更高;破碎砾石会对再生水泥稳定碎石的强度指标有一定影响，但在含破碎砾石的再生骨料掺量不大时，其成型的混合料7d无侧限抗压强度仍然能够满足大部分道路的基层与底基层要求;使用含破碎砾石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥稳定碎石的总干缩系数和温缩系数差距极小，但都比天然集料大。

Abstract： In this paper， the amount of cement mixed with crushed gravel is 5%， and the amount of recycled material is 30%. Through the tests of compaction， unconfined compression strength， splitting strength， temperature shrinkage and dry shrinkage， the performance of recycled cement stabilized macadam mixed with crushed gravel， recycled cement stabilized macadam and ordinary cement stabilized macadam is compared. The feasibility of recycled crushed cement stabilized crushed stone used in road base is discussed. The results showed that the Needle like content of recycled aggregate mixed with crushed gravel was lower than that of ordinary recycled aggregate and the crushing value was higher. Crushed gravel will affect the strength index of recycled cement stabilized macadam. But when the amount of recycled aggregate containing broken gravel is small， the 7d unconfined compressive strength of the mixture can still meet the requirements of the base and subbase of most roads. The total dry shrinkage coefficient and temperature shrinkage coefficient of the cement stabilized macadam formed by recycled aggregate containing crushed gravel and ordinary recycled aggregate are very small， but are larger than those of natural aggregate.

關键词：破碎砾石;再生水泥稳定碎石;力学性能;收缩性能

Key words： crushed gravel;recycled cement stabilized macadam;mechanical properties;shrinkage properties

中图分类号：U416.214                                 文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）36-0210-03

0  引言

道路基层是路面的主要承重层，其力学性能和耐久性对道路的使用年限有很大影响，控制道路基层的质量是保证路面整体质量的关键[1]。水泥稳定碎石是一项被广泛用于道路基层的成熟的技术，石料在其中起骨架作用，依靠石料间的嵌挤性能形成强度[2]。随着我国道路工程建设的快速发展，石料原材的需求量与日俱增，可开采石料越来越少，这在一定程度上遏制了道路建设的持续发展。

建筑垃圾具有资源化的属性，建筑垃圾经过一系列处理可加工成为再生骨料[3]。再生骨料的使用范围极广，在道路工程中，可用于再生水泥稳定碎石基层中。研究表明[4][5][6]：再生水泥稳定碎石与普通水泥稳定碎石无侧限抗压强度、抗压回弹模量、劈裂强度等力学性能指标的发展规律相似。破碎砾石是以天然河道中水流冲刷堆积形成的卵石为原料，根据需要的规格破碎加工而成[7]。水泥稳定砾石路面基层具有造价低廉、原材料来源广泛等优点，但同时也存在着压碎值大、塑性指数较大和棱角性差等缺点[8][9]。在实际工程中，破碎砾石常常因为强度不足无法在工程中应用。

为了将砾石资源化应用并进一步降低工程成本，本文在生产再生骨料时加入了砾石，并在水泥稳定碎石混合料中掺入这种再生材料，对其进行击实、无侧限抗压强度、劈裂强度、温缩和干缩性能试验，并与再生水泥稳定碎石及普通水泥稳定碎石进行对比，论证掺破碎砾石的再生水泥稳定碎石用于道路基层的可行性。

1  试验原材料及试验方法

1.1 试验原料

①天然集料：采用瑞昌恒立矿业有限公司石厂生产的碎石、石屑，包括1#料（26.5-31.5mm）、2#料（13.2-26.5mm）、3#料（4.75-13.2mm）、4#料（0-4.75mm）。

②再生骨料：采用扬州惠民再生资源有限公司生产的再生骨料，包括再生1#料（15-31.5mm）、再生2#料（5-15mm），掺砾石的再生1#料（15-31.5mm）、掺砾石的再生2#料（5-15mm），破碎砾石在再生骨料中约占50%。天然集料与再生骨料性能指标见表1。

由表1可以看出再生骨料的压碎值和吸水率較天然集料大，这是因为再生集料生产过程中的再次破碎，使得集料内部存在较多的薄弱部位，导致其压碎值较大;由于再生粗集料表面包裹的水泥砂浆的存在，使再生集料的吸水率较大。再生骨料的针片状颗粒含量小于天然集料，这主要是因为在使用期骨料产生疲劳破坏和铣刨破碎过程中针片状颗粒发生了断裂。掺砾石的再生骨料针片状含量比普通再生骨料更低，同时压碎值更高，这是由于破碎砾石本身的性质决定的。

③水泥：采用江苏某公司生产的P.O.42.5级水泥，初凝时间和终凝时间分别为281、411min，安定性测试结果为1.5mm，3d抗压强度和抗折强度分别为17.6、5.8MPa。

1.2 试验方法

本文参照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中标准试验方法进行击实试验，无侧限抗压强度、劈裂强度、干缩、温缩等试验。考虑到工程实际，本文选用的水泥掺量为5%，再生料掺量为30%。

2  配合比设计

分别配置100%天然集料、掺30%普通再生骨料和掺30%含破碎砾石的再生骨料的混合料，混合料合成级配见表2。

采用重型击实法确定最佳含水率及最大干密度，结果见表3。

3  力学性能试验

3.1 无侧限抗压强度

三组混合料的无侧限抗压强度发展规律见图1。

采用100%天然集料、掺30%普通再生骨料和掺30%含破碎砾石的再生骨料成型的混合料7d无侧限抗压强度分别为4.11、4.22、3.97MPa，能够应用于大部分道路的基层与底基层。三组混合料的再生水泥稳定碎石无侧限抗压强度的增长都符合水泥稳定碎石半刚性基层的强度增长规律，即前期（0～28d）强度增长较快，之后强度增长的速度逐渐减慢，后期（60～90d）强度增长非常缓慢，90d左右的时候强度已接近最大值几乎不再增长。

在水泥稳定碎石中加入再生骨料能够提高其无侧限抗压强度，这可能是由于再生料的表面粗糙，棱角分明，嵌挤作用较强;同时，再生料针片状含量低，结构内部薄弱点少且再生料表面裹覆着旧水泥砂浆，在生产时进行二次放热。

在水泥稳定碎石中加入含破碎砾石的再生骨料对其无侧限抗压强度有不利影响，这种不利影响主要来自于破碎砾石，虽然破碎砾石的针片状含量更低，但其压碎值较大，在混合料中形成软弱点，不利于强度的形成。

3.2 劈裂强度

三组混合料的劈裂强度发展规律如图2。

与无侧限抗压强度发展规律相似，三组混合料的劈裂强度均表现出前期增长较快，后期增长趋势趋于缓慢的趋势。在水泥稳定碎石中加入再生骨料能够提高其劈裂强度，但含破碎砾石的再生骨料对其劈裂强度有不利影响。

总体而言，破碎砾石会对再生水泥稳定碎石的强度指标有一定影响，但在含破碎砾石的再生骨料掺量不大时，其成型的混合料7d无侧限抗压强度仍然能够满足大部分道路的基层与底基层要求。在实际工程应用中需要对破碎砾石的使用量进行严格控制，也可通过适当增加水泥剂量对其强度进行弥补。

4  收缩性能试验

4.1 干缩性能

三组混合料的总干缩系数随时间变化曲线如图3。

从图3中可以看出，再生水泥稳定碎石的总干缩系数随时间的增加而增大，0～7d内，曲线上升趋势较明显，各组材料干缩系数差别不大，难以评判干缩性能。在7～30d左右，各组总干缩系数开始拉开差距，在30～90d，再生料的总干缩系数曲线趋于平稳。在水泥稳定碎石中加入再生骨料后，材料的总干缩系数增大，说明材料对于失水率的变化更加敏感。

4.2 温缩性能

三组混合料的温缩系数如图4。

从图4中可以看出，三组混合料的温缩系数随温度的降低先下降后上升，且表现出一致的升降规律，在50～0℃之内，温缩系数下降，在0～-20℃之内，温缩系数上升，在10～0℃区间出现最小值。在水泥稳定碎石中加入再生骨料后，材料的温缩系数增大，说明材料对于温度的变化更加敏感。

使用含破碎砾石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥稳定碎石的总干缩系数和温缩系数差距极小但都比天然集料大，说明破碎砾石和再生骨料的水敏感性和温度敏感性相似但比天然集料差。这是由于再生骨料表面存在一层水泥砂浆，实际上影响了混合料中的水泥剂量，对材料的收缩性能造成影响;而破碎砾石表面光滑，在混合料中与胶结料联结程度较差，从而影响收缩性能。

5  结论

①再生骨料的压碎值和吸水率较天然集料大，针片状颗粒含量小于天然集料。掺砾石的再生骨料针片状含量比普通再生骨料更低，同时压碎值更高。

②破碎砾石会对再生水泥稳定碎石的强度指标有一定影响，但在含破碎砾石的再生骨料掺量不大时，其成型的混合料7d无侧限抗压强度仍然能够满足大部分道路的基层与底基层要求。

③使用含破碎砾石的再生骨料和普通再生骨料成型的水泥稳定碎石的总干缩系数和温缩系数差距极小，但都比天然集料大。

参考文献：

[1]王程.建筑垃圾复合粉体材料在公路半刚性基层材料中的应用研究[D].长安大学，2017.

[2]王峰.骨架密实结构水泥稳定碎石级配设计及路用性能研究[D].武汉工程大学，2017.

[3]Arpad Horvath，Life-Cycle Environmental and Economic Asessment of Using Recycled Materials for Asphalt Pavement， Technical Report， Department of Civil and Environmental Engineering， University of Califonia，September 2003.

[4]孙雅珍，李凯翔，丁传超，等.稳定碎石土底基层材料力学参数试验研究[J/OL].中外公路，2018（01）：248-253[2018-04-24].https：//doi.org/10.14048/j.issn.1671-2579.2018.01.051.

[5]刘明辉，李金洲，罗鑫源，等.就地冷再生技术在道路升级改造中的应用[J].施工技术，2017（S2）：978-981.

[6]John P.Donahue， P.E.， Missouri Guide for Pavement Rehabilitation， Research Investigation Ri00-008， Research，Development and Technology Mo DOT，2002.11.

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[9]郭根胜，张浩宁，马越.掺破口砾石的水泥稳定砂砾路面基层强度试验研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2015，36（02）：107-113.