不同粒径再生骨料混合料击实试验研究

陈建康 矫伟刚 杨 奕

(1.北京现代金宇岩土工程有限公司，北京 101400；2.北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038；3.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

0 引言

改革开放以来，随着我国城镇化进程的不断加快，大量的工程建设和拆迁改造工程产生了大量的建筑垃圾，据估算，我国建筑垃圾的数量已占到垃圾总量的40%[1]。根据建设部(现住房和城乡建设部)2003年6月颁布的《城市建筑垃圾和工程渣土管理规定》，建筑垃圾、工程渣土是指建设、施工单位或个人对各类建筑物、构筑物等进行建设、拆迁、修缮及居民装饰房屋过程中所产生的余泥、余渣、泥浆及其他废弃物。按照来源分类，建筑垃圾可分为土地开挖、道路开挖、旧建(构)筑物拆除、建筑施工和建材生产垃圾五类，主要是由渣土、碎石块、废砂浆、砖瓦碎块、混凝土块、沥青块、废塑料、废金属料、废竹木等组成。

目前我国建筑垃圾资源化利用率远低于欧盟和日本、韩国等发达国家和地区[2]。在工程建设中，建筑材料的费用是一笔很大的成本。因此，实现建筑垃圾的资源化，将建筑垃圾骨料有效地应用到工程建设中，不仅可以减少天然材料的开采，保护环境，而且可以节约工程成本。

采用以建筑垃圾不同粒径再生骨料、水泥和粉煤灰所组成的再生骨料混合料，通过对其进行击实试验，研究分析影响最大干密度ρmax及最优含水率wopt的最显著因素，为实现建筑垃圾的资源化，将建筑垃圾再生骨料有效地应用到工程建设中提供技术参数。

1 原材料及试验方案

1.1 原材料

(1)建筑垃圾再生骨料

本试验所采用的再生骨料粒径为0～4.75 mm、4.75～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm；其中再生细骨料[3]粒径为0～4.75 mm，再生粗骨料[4]粒径为4.75～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm。

(2)水泥

本试验所采用水泥为P·O 42.5。

(3)粉煤灰

本试验所采用粉煤灰是Ⅱ级低钙粉煤灰。

1.2 试验方案及结果

水泥掺量为8%、10%、12%，粉煤灰掺量为0%、10%、15%，建筑垃圾再生细骨料含量为20%、30%、40%，建筑垃圾再生粗骨料三个粒径组(5～10 mm、10～25 mm、25～31.5 mm)，每个粒径组的粗骨料含量分别为60%、70%、80%，应用正交设计L9(33)，具体配合比及试验结果见表1。采用击实试验，对不同粒径再生骨料混合料最优含水率及最大干密度进行测定。

表1 配合比设计及试验结果表

2 试验结果分析

2.1 最优含水率

在4.75～10 mm粒径组，最优含水率变化范围为12.3%～18.3%；在10～25 mm粒径组，最优含水率变化范围为12.4%～16.5%；在25～31.5 mm粒径组，最优含水率变化范围为12.2%～16.9%。随着粒径的增大，最优含水率呈现降低的趋势。

2.2 最大干密度

在4.75～10 mm粒径组，最大干密度变化范围为1.64～1.88 g/cm3；在10～25 mm粒径组，最大干密度变化范围为1.87～2.04 g/cm3;在25～31.5 mm粒径组，最大干密度变化范围为1.9～2.19 g/cm3。随着粒径的增大，最大干密度呈现逐渐升高的趋势。

2.3 极差分析

正交设计主要在全面实验中针对最具有代表性的某一点实施试验，这种方法一般是针对多因素问题进行研究，具有经济性、快速性和高效性等优点。

完成试验并收集试验数据后，进行极差分析。极差是平均效果中最大值和最小值的差。极差分析是在考虑某一因素时，认为其它因素对结果的影响是均衡的，从而认为此因素各水平的差异是由于此因素本身引起的。通过对每一因素的平均极差来分析问题，可以找到最显著的影响因素，为后续施工提供理论依据。对不同粒径再生骨料混合料最优含水率及最大干密度极差分析结果，见表2、表3。

表2 最优含水率极差分析结果表

表3 最大干密度极差分析结果表

从表2、表3可以看出，在4.75～10 mm和10～25 mm粒径中，影响最优含水率的最显著因素是粗骨料含量，在25～31.5 mm粒径中，影响最优含水率的最显著因素是粉煤灰掺量；在4.75～10 mm和10～25 mm粒径中，影响最大干密度的最显著因素是水泥掺量;在25～31.5 mm粒径中，影响最大干密度的最显著因素是粗骨料含量。

2.3.1 粗骨料含量对wopt及ρmax的影响

不同粗骨料含量对最优含水率及最大干密度影响的变化曲线，见图1、图2。

图1 粗骨料含量与最优含水率关系曲线图

图2 粗骨料含量与最大干密度关系曲线图

由图1、图2可以看出： 粒径为4.75～10 mm时，随着粗骨料含量的增加，最优含水率先增大后减小，最大干密度逐渐增加；粒径为10～25 mm和25～31.5 mm时，随着粗骨料含量的增加，最优含水率先减小后增大，最大干密度先增大后减小。

2.3.2 水泥掺量对wopt及ρmax的影响

不同水泥掺量对最优含水率及最大干密度影响的变化曲线，见图3、图4。

图3 水泥掺量与最优含水率关系曲线图

图4 水泥掺量与最大干密度关系曲线图

由图3、图4可以看出：当粒径为4.75～10 mm时，随着水泥掺量的增加，最优含水率逐渐增大，最大干密度先增大后减小；当粒径为10～25 mm和25～31.5 mm时，随着水泥掺量的增加，最优含水率先减小后增大，最大干密度则影响较小。

2.3.3 粉煤灰掺量对wopt及ρmax的影响

不同粉煤灰掺量对最优含水率及最大干密度影响的变化曲线，见图5、图6。

图5 粉煤灰掺量与最优含水率关系曲线图

由图5、图6可以看出：当粒径为4.75～10 mm时，随着粉煤灰掺量的增加，最优含水率先减小后增大，最大干密度逐渐增大；当粒径为10～25 mm时，随着粉煤灰掺量的增加，最优含水率逐渐减小，最大干密度先增大后减小；当粒径为25～31.5 mm时，随着粉煤灰掺量的增加，最优含水率逐渐增大，最大干密度先增大后减小。

图6 粉煤灰掺量与最大干密度关系曲线图

3 结论

针对不同粒径再生骨料混合料的多因素影响的特点，在综合考虑骨料含量、水泥掺量及粉煤灰掺量三个因素作用下，利用击实试验，通过正交设计极差分析的方法，对不同粒径再生骨料混合料的最优含水率及最大干密度的影响规律进行分析，得出以下结论：

(1)随着粒径的增大，最优含水率逐渐减小，最大干密度逐渐增大；

(2)当粒径为4.75～10 mm和10～25 mm时，影响最优含水率的最显著因素是粗骨料含量，影响最大干密度的最显著因素是水泥掺量；当粒径为25～31.5 mm时，影响最优含水率的最显著因素是粉煤灰掺量，影响最大干密度的最显著因素是粗骨料含量。本试验的分析结果可为将来建筑垃圾再生骨料应用于工程建设奠定基础。为更深入对再生骨料进行研究，可将各粒径粗骨料按不同比例进行组合，了解其材料性质。