建筑垃圾再生混合料在道路基层应用研究

2024-06-09陈康康

新疆有色金属 2024年2期

陈康康

（新疆农业大学交通与物流工程学院，新疆乌鲁木齐 830052）

0 引言

随着我国城市化进程的不断推进，产生了大量由建筑物拆除以及旧路面改造产生的建筑垃圾，拆迁产生的建筑垃圾若采用传统的露天堆放或填埋处理，必将造成严重的环境污染，与“碳中和、碳达峰”理念背道而驰。由于低等级道路基层、底基层在使用无机结合料稳定材料时对其强度要求较低，且随公路等级越低以及路面结构层越靠下，所需材料强度越低，因此将建筑垃圾再生骨料用于半刚性基层是当前建筑垃圾资源化的一种有效途径。

1 原材料指标

聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺织而成的合成纤维，目前广泛用于土木工程、水利工程及公路工程行业中，聚丙烯化学式为CH3-CH=CH，抗酸碱性高，导热性低，抗低温性强，无吸水性，安全无毒，密度0.91g/cm3，抗拉强度745MPa，单丝直径20 μm，极限延伸率20%，弹性模量7.2GPa，熔点166℃，能均匀分散于混合料中，形成一种乱向支撑体系，能阻止混合料裂缝的产生和发展，本研究所用束状单丝聚丙烯纤维长度为9mm。

2 试验方案

分别以3%、4%、5%和6%的水泥剂量对建筑垃圾再生混合料进行稳定，根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）采用振动击实法测得混合料的最佳含水率和最大干密度，根据所确定的最大干密度和最佳含水率按照静压成型法成型φ150mm×150mm 的圆柱体试件，进行标准养护7d、28d 和90d，对无侧限抗压强度、劈裂强度和抗冻性均采用圆柱体试件，再根据力学性能选择水泥剂量，采用体积掺量法添加0.06%、0.08%和0.1%的聚丙烯纤维，为了防止纤维结团，采用干拌法打散混合加入，以改善混合料的抗裂性能。

3 试验结果与分析

3.1 击实特性

采用振动压实试验方法测得水泥稳定建筑垃圾混合料的最大干密度和最佳含水率。水泥稳定建筑垃圾再生混合料具有同水泥稳定碎石一致的变化规律，随水泥剂量增大，最大干密度和最佳含水率均线性增大，水泥剂量每提高1%，最大干密度约增大0.011g/cm3，最佳含水率约增大0.1%。原因是随着水泥剂量的提高，混合料中水泥浆含量增加，增强了骨料之间的润滑性，同时填充混合料内部孔隙，增加了混合料的密实度，水泥具有较强的吸水性，整体增加了混合料的吸水率。

3.2 无侧限抗压强度

混合料的无侧限抗压强度结果显示不同龄期抗压强度均随水泥剂量增加而线性增大，7d龄期时，抗压强度为4.6～6.6MPa，能够较好满足二级及二级以下公路不同交通量对基层强度大于2.0MPa 的要求，可见废弃混凝土类建筑垃圾再生粗骨料有非常高的工程应用价值。混合料的抗压强度随龄期增长而增大，前期增长较快，后期增长缓慢，7d 抗压强度达到90d 抗压强度的58.4%～64.8%，28d 抗压强度达到90d抗压强度的85.1%～96.8%，基本在前28d 形成强度，主要是因为水泥在前期水化反应剧烈，产生的胶凝物质猛烈增多，促进了骨料之间的粘结，大幅提高了混合料的抗压强度，28d 后未水化的水泥已经很少了，致使在28d～90d 养护期间，混合料的抗压强度增长不大。

3.3 劈裂强度

道路基层不仅是道路的主要承重层，同时也要承受一定的拉应力，基层材料抗拉性能越强，有利于抵抗行车荷载作用下基层底部产生的拉应力，越不容易产生反射裂缝，有益于延长道路使用寿命。而劈裂强度表征混合料的抗拉性能，劈裂强度结果显示不同龄期劈裂强度均随水泥剂量增加而线性增大，同时随龄期增长而增大，具有同抗压强度一致的规律，基本在前28d 形成强度，7d 劈裂强度达到90d 劈裂强度的58.4%～64.8%，28d 劈裂强度达到90d 劈裂强度的85.1%～96.8%，主要是因为同抗压强度一致。

3.4 抗冻性

抗压强度残留比随水泥剂量增加而增大，质量损失率随水泥剂量增加而减小，其中低水泥剂量时变化更显著，水泥剂量3%提高至4%，抗压强度残留比增大1.02%，质量损失率减小0.15%，水泥剂量4%提高至5%，抗压强度残留比增大0.36%，质量损失率减小0.05%，而水泥剂量由5%提高至6%，对抗压强度残留比和质量损失率几乎没影响。主要原因是低水泥剂量水化反应产生的胶凝物质含量较少，存在局部区域胶结作用较弱，导致混合料内部变异性增强，存在的薄弱界面较多，易受到冻胀压力破坏。而当水泥剂量增加后，产生更多胶凝物质，大幅改善薄弱界面区域，强烈的胶结作用增强混合料的整体性，而当水泥剂量继续增加，水泥浆含量基本饱和，极少在由于胶结作用导致的薄弱界面区，冻胀压力不足以破坏混合料的内部结构。