适用于农村公路养护维修的再生骨料混凝土性能改善研究

2024-03-21赵再海

广东建材 2024年3期

赵再海

（江口县交通运输局）

随着农村公路使用年限的增加，路面破损问题日益突出，需要进行养护维修。传统的混凝土路面在维修过程中会产生大量的废料，这些废料不仅占用土地资源，还会对环境造成不可逆的污染，因此，如何妥善处理这些废料成为了一个重要的问题[1]。同时，农村公路的养护维修工作也面临着新的挑战，需要寻找一种更加环保、高效、可持续的解决方案。

在这个背景下，研究一种能够改善再生骨料混凝土性能的方法变得至关重要。再生骨料混凝土是一种利用废弃混凝土块经过破碎、清洗和分级处理后得到的材料，再与水泥、水和其他添加剂混合而成的混凝土[2]。这种混凝土不仅可以减少对自然资源的依赖，还可以减少对环境的污染，是一种具有重要现实意义的建筑材料。

1 适用于农村公路养护维修的再生骨料试剂浸泡改善

在农村公路养护维修的施工现场，再生骨料混凝土的性能对于路面的质量和耐久性具有至关重要的影响。为了进一步提高再生骨料混凝土的性能，采用化学试剂对其进行改善。在众多的化学试剂中，初步选择了水玻璃、聚乙烯醇和纳米二氧化硅作为改善试剂[3]。图1 为三种化学改善试剂的基本形态示意图。

图1 三种化学改善试剂的基本形态示意图

水玻璃是一种含有硅酸钠的化学物质，具有较好的粘结性和耐久性。将其与再生骨料混合，通过水玻璃的粘结作用，提高再生骨料之间的粘结力，从而提高再生骨料混凝土的抗压强度和抗折强度。

聚乙烯醇是一种具有良好柔韧性和耐久性的高分子材料。将其添加到再生骨料混凝土中，利用其柔韧性提高再生骨料混凝土的抗裂性能，抑制裂纹的扩展，从而提高再生骨料混凝土的耐久性和抗疲劳性能[4]。

纳米二氧化硅是一种高稳定性的纳米材料[5]。将其添加到再生骨料混凝土中，利用其高活性提高再生骨料混凝土的界面性能，从而提高再生骨料混凝土的力学性能和耐久性。

三种试剂对再生骨料改善后，将综合对比结果记录如表1所示。

表1 三种试剂对再生骨料改善综合对比结果

结合表中的内容可以看出，水玻璃试剂作为一种改善再生骨料混凝土性能的手段，具有较低的改造成本。相较于聚乙烯醇和纳米二氧化硅试剂，水玻璃在水溶性方面具有显著优势，可以在常温状态下进行操作，减少了对施工周期的负面影响[6]。图2为经水玻璃改善后再生骨料物理性质变化趋势图。

图2 经水玻璃改善后再生骨料物理性质变化趋势图

综合上述分析，决定选用水玻璃作为最佳的改善试剂。结合图2可以看出，水玻璃浓度为25%时，再生骨料的压碎值最低。为了确保改善效果达到最佳，进行了进一步的实验，将水玻璃的浓度设置为25%，浸泡时间设置为1小时。

通过实验验证，我们发现当水玻璃浓度为25%时，再生骨料混凝土的性能得到了显著提升。在浸泡时间为1 小时的情况下，水玻璃能够充分渗透到再生骨料表面，与骨料发生反应，从而提高再生骨料混凝土的抗压强度、抗折强度等关键性能指标[7]。同时，这种改善方法具有较好的经济性和可行性，适合在农村公路养护维修中推广应用。

2 再生混凝土配合比优化

在利用化学试剂完成对再生骨料的改善后，对再生混凝土配合比进行优化设计。适用于农村公路养护维修的再生骨料混凝土材料基本性质如表2所示。

表2 再生骨料混凝土材料基本性能记录

在优化再生混凝土配合比时，首先需要确定混凝土的配制强度，C35 等级混凝土的强度为35MPa，结合下述公式计算得出混凝土的配制强度：

fcu,0=fcu,k+ 1.648σ⑴

式中：fcu,0代表混凝土的配制强度；fcu,k代表混凝土的立方体抗压强度标准值；σ代表混凝土的强度标准差。在设定再生混凝土的水胶比时，针对再生粗骨料吸水的特点，结合普通混凝土的配比设计规范，对其进行了相应的调整。这主要是由于回收的粗集料具有很高的吸水性，它对混凝土的水胶比有很大的影响。

回归系数反映了骨料、水泥、水等材料对混凝土性能的影响。在再生混凝土中，由于使用了再生粗骨料，这些骨料的吸水率较大，因此需要对回归系数进行相应的调整，以适应再生粗骨料的特点。

具体来说，可以通过试验方法来确定再生混凝土的回归系数[8]。在试验中，我们可以分别使用再生粗骨料和普通粗骨料来制备混凝土，并对其性能进行测试。通过对比两组混凝土的性能，我们可以得到再生粗骨料对混凝土性能的影响，从而对回归系数进行调整。除了调整回归系数外，我们还可以采取其他措施来改善再生混凝土的性能。例如，可以加入适量的外加剂来改善再生混凝土的流动性、保水性和硬化性能等。此外，还可以通过优化再生粗骨料的粒径和级配来提高再生混凝土的强度和耐久性。再结合下述公式，确定单位体积水泥的用量：

式中：mc0代表单位体积水泥用量；mw0代表用水量；w/c代表水灰比。通过体积法的运用，计算得出砂石的具体用量：

式中：mg0代表单位体积粗集料用量；ms0代表单位体积细集料用量；ρc代表水泥的密度；ρga代表粗集料的表观密度；ρsa代表细集料的表观密度；ρw代表水的密度；α代表混凝土的含气量比例；βs代表砂石用量比例。选用了萘系高效减水剂作为外加剂，但在混合料中加入减水剂后，其工作性能受减水率的影响较大。主要原因是减水剂在发挥其作用时，需要与混凝土浆体进行充分拌合，而在配合比试验阶段，通常采用人工拌合来调整配合比。再生粗骨料具有较高的吸水率和吸水速度，这也会对减水剂的效果产生影响。为了充分考虑再生粗骨料的特点，本试验选用了较低的减水剂掺入量0.7%。这样的选择能够更好地发挥减水剂的作用，提高再生粗骨料混凝土的工作性能和耐久性，以满足实际工程的需要。

3 再生骨料高吸水率处理

在处理再生骨料高吸水率的问题上，通常有两种方法。第一种方法是对再生骨料进行预湿处理。首先，将再生骨料浸渍在水中几个钟头，直到骨料充分吸水并变得完全湿润。然后，用毛巾擦拭或晾晒骨料，直至骨料完全干燥，达到所需的湿度条件。最后，将处理过的再生骨料用于混凝土的制备。

第二种方法是计算额外用水量后，在制备混凝土时，将额外用水量直接加入到总用水量当中。由于再生骨料的吸水率较高，这种方法可以确保在混凝土制备过程中，满足骨料吸水的要求，同时保证混凝土的流动性和工作性能。

这两种处理方式都有各自的优点和适用范围。预湿处理可以确保再生骨料在混凝土中的湿度均匀，提高混凝土的工作性能和耐久性。而计算额外用水量并加入总用水量的方法，可以在满足骨料吸水的同时，更好地控制混凝土的配合比和水胶比，从而优化混凝土的性能。对不同拌和方式混凝土工作性进行对比，如表3所示。

表3 不同拌和方式混凝土工作性对比

事实证明，采用提前预湿法处理再生骨料，无需长时间浸泡和晾干，提高了实验效率，避免了水资源的浪费。在混凝土拌合过程中，这种方法不会因为短时间内水量过多而导致混凝土拌合物出现离析的现象，也不会对混凝土的和易性造成其他不利影响。

通过预湿处理，再生骨料可以充分吸收水分，避免在后续的混凝土制备过程中，将再生骨料的额外用水量算入总用水量而引起其他不利因素。这种方法能够更好地控制混凝土的配合比和水胶比，从而优化混凝土的性能。

采用提前预湿法处理再生骨料，可以保证实验数据的准确性，使试验结果更具参考价值。这种方法在提高再生骨料混凝土性能的同时，也符合可持续发展的理念，为推动建筑废弃物资源化利用提供了有效的技术手段。

4 改善效果分析

将通过上述方式改善后的再生骨料混凝土与改善前进行对比，将抗压强度作为改善效果的评价指标，改善后与改善前相比，若抗压强度更高，则说明改善方案更合理。根据上述论述，记录两种再生骨料混凝土在3～28d 养护时间内的抗压强度，并将结果绘制成图3所示。

图3 改善前后抗压强度对比图

从图3 可以看出，改善后与改善前相比，再生骨料混凝土的抗压强度明显提升，因此可以证明上述改善方案的有效性。在此基础上，对改善前后再生骨料混凝土的劈裂强度进行对比分析。再生骨料混凝土的劈裂强度是指混凝土在受到拉应力时发生劈裂的抗力。由于再生骨料的抗拉强度较低，混凝土在受到拉应力时容易发生劈裂破坏。因此，再生骨料混凝土的劈裂强度是评估其抗裂能力的重要指标。同样记录在3～28d 养护时间内劈裂强度的变化，如图4所示。

图4 改善前后劈裂强度对比图

从图4 中可以明显看出，经过改善后的再生骨料混凝土与未进行改善的对比，其抗裂强度得到了显著提升。这一结果表明，通过采取相应的改善措施，我们成功地提高了再生骨料混凝土的抗裂能力，进一步验证了改善方案的有效性。从图4 中的数据对比可以看出，经过改善后的再生骨料混凝土的抗裂强度比未改善前有了明显的提升。这表明我们所采取的改善方案对于提高再生骨料混凝土的抗裂能力是有效的。同时，这也为我们进一步探索再生骨料混凝土的优化设计和应用提供了有力的支持。