全再生水泥稳定碎石混合料级配控制研究

摘要：研究通过对配制的多份混合料进行筛分试验，获得配制混合料级配的变异标准差，在以目标级配为中值的基础上加上或减去变异标准差，作为确定级配控制的上限和下限，比较多份混合料配制级配与击实成型后级配的变化，获得废弃混凝土再生集料在拌和、运输、成型过程中级配变化的规律，通过对目标合成比例的调整，降低再生集料在生产各环节的级配变异对混合料矿料成型级配的影响，达到全再生混合料矿料级配优化的目的。

关键词：废弃混凝土再生集料分级级配设计级配优化

ResearchonGradationControlofFullyRecycledCementStabilizedCrushedStoneMixture

YANGYongfu1*SONGWeiwei2CHENDi3JIZhengjun1

1.ShandongTransportationResearchInstitute，Jinan，ShandongProvince，250031China;2.HuanjiBranchofShandongHi-SpeedGroupCo.，Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250000China;3.ShandongLuqiaoGroupCo.Ltd.，Jinan，ShandongProvince，250014China

Abstract：Byconducting screeningtestsonmultiplemixtures，thevariationstandarddeviationofthegradationofthepreparedmixtureisobtained.Onthebasisoftakingthetargetgradationasthemedian，thevariationstandarddeviationisaddedorsubtractedtodeterminetheupperandlowerlimitsofgradationcontrol.Thechangesingradationafterthecompactionandformingofmultiplemixturesarecomparedtoobtainthelawofintermediategradationchangesofwasteconcreterecycledaggregatesduringmixing，transportation，andforming.Byadjustingthetargetsynthesisratio，theimpactofgradationvariationofrecycledaggregatesontheformationgradationofthemixtureinvariousproductionstagesisreduced，achievingthegoalofoptimizingthegradationoffullyrecycledmixtures.

KeyWords：Wasteconcrete;Recycledconcreteaggregate;Grade;Gradationdesign;Gradationoptimization

随着社会经济的发展，早期建设的诸多高速公路已无法满足日益增长的交通量需求，急需进行道路扩容改建[1]。在高速公路改扩建过程中，由于桥梁技术状况与新旧技术标准的变化，许多桥梁、涵洞、服务区或收费广场需要拆除重建，产生大量的废弃混凝土，这部分废弃混凝土具有母材强度高、杂物含量低的特点，原位填埋处置会造成严重资源浪费，而运至固废资源厂，会产生大量的运输成本和能耗[2]。近年来，诸多道路工作者研究将废弃结构物混凝土进行碎石化加工，应用于路面基层或底基层水泥稳定碎石混合料中，但由于再生集料表面裹附较多水泥浆[3]，在再生水泥稳定碎石混合料拌和、运输、碾压过程中，这部分水泥浆在碎石与碎石的碰撞、摩擦及压路机的碾压作用下，破碎成较小颗粒或粉状颗粒，从而导致混合料矿料级配的变化，影响混合料级配嵌挤作用，最终影响混合料力学性能。研究通过室内反复击实试验，对比击实前后矿料级配的变化，由此确定击实过程中矿料级配变化的规律，利用此规律调整初始矿料级配的设计，以使成型后的矿料级配满足混合料矿料级配要求，达到良好的矿料级配嵌挤效果。

1再生集料的生产

再生集料的生产主要分为：废弃混凝土的收集分级、毛料开采、预处理、破碎、筛分、除杂质6个流程[4]。在废弃混凝土结构物破拆之前，第一步先对不同结构物进行回弹试验，确定各结构物混凝土的实际强度，将其分为3个强度等级：≤30MPa、30～50MPa、＞50MPa；第二步按照不同强度进行毛料开采，开采后分级存放；第三步对不同分级的毛料进行预处理，使其满足破碎工艺的要求，主要包括大体积混凝土块破碎、钢筋切割、大件杂质的分拣剔除等[5]；第四步，对预处理后的混凝土块进行两级破碎；第五步，将破碎完成后的再生集料进行筛分，分为四档再生集料：20～30mm、10～20mm、5～10mm0～5mm四档[6]。再生集料生产加工工艺流程如图1所示。

2 全再生水稳混合料的级配选择

研究参照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TE20—201）5中C-B-3的级配范围，结合多条高速公路施工经验，考虑矿料级配的嵌挤作用与粗细集料离析风险，对其级配范围进行相应修正，尤其将关键筛孔4.75mm的通过率范围由原来的22%～32%优化为26%～36%，增加4.75mm以下集料用量，减小混合料粗细集料的离析。全再生水稳混合料矿料级配范围如表1所示。

3全再生水稳混合料矿料级配优化

3.1再生集料级配

研究采用C30-C50强度混凝土再生集料，采用水洗筛分方法对废弃混凝土结构物再生的四档集料进行级配试验，各档再生集料级配如表2所示。

3.2全再生水泥稳定碎石混合料级配优化

3.2.1目标矿料级配设计

按照优化确定的级配范围进行合成矿料级配设计，所得到的各档集料质量比与合成矿料级配如表3和表4所示。

按照1级全再生目标合成比例配制10份混合料，并对配制后的混合料进行筛分试验，计算1级配制矿料级配的算数平均值（1级配制级配）和各筛孔通过率的标准差，由1级目标合成矿料级配各筛孔通过率加上或减去筛分试验所得的各筛孔通过率标准差的2倍获得混合料矿料级配控制的上限和下限，以此作为混合料成型矿料级配范围的上限和下限，具体试验数据如表5所示。

3.2.21级成型矿料级配

将10份筛分后的1级配制混合料分别重新混合后，按照水泥剂量4%，含水量分别为3%、4%、5%、6%、7%进行击实试验，击实完成后，立即进行脱模，水洗筛分，过0.075mm筛，收集>0.075mm集料和<0.075mm粉料，分别烘干、筛分，其中<0.075mm部分减去掺入水泥的质量后加入>0.075mm集料部分，共同参与计算1级成型矿料级配通过率，并计算1级成型矿料级配各筛孔通过率平均值与其同1级配制矿料级配平均值的偏差，以此确定击实过程中混合料矿料级配的变化规律。具体试验数据如表6所示。

由表6试验数据可以看出，再生集料混合料级配变化主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm筛孔处，且整体变异相对较小，由此可以看出，采用不小于C30混凝土再生集料生产水稳混合料过程中矿料级配变异相对较小。

3.2.32级成型矿料级配

由1级成型混合料矿料级配数据看出部分筛孔通过率超出混合料控制级配的上限，根据1级成型矿料级配与1级配制矿料级配的偏差，对1级目标合成比例进行调整，获得2级目标合成比例及2级目标合成矿料级配，如表7、表8所示。

按照2级目标合成比例配制10份混合料，配制后再进行水洗筛分，获得2级配制矿料级配，对2级配制矿料级配采用与1级配制矿料级配相同的灰剂量与含水量进行击实试验，击实后获得2级成型矿料级配，如表9所示。

比较2级成型矿料级配与级配控制上限和级配控制下限，2级成型矿料满足上下限要求，最终确定2级目标合成比例为最终目标合成比例，2级配制矿料级配为最终目标合成级配。

全再生矿料级配优化依照以上步骤可以进行多循环优化，在2级成型矿料级配仍不满足级配上下限的要求情况下，可以继续进行目标合成比例的调整，直至成型级配满足级配控制上限和级配控制下限的要求为止。矿料级配优化流程见图2。

4 优化级配混合料性能验证

为验证级配优化效果，分别采用1级目标合成级配和2级目标合成级配及其各自的最大干密度和最佳含水量，水泥剂量4%，成型无侧限抗压强度试件，对比两组试件无侧限抗压强度，2级目标合成级配无侧限抗压强度平均值比1级目标合成级配无侧限抗压强度平均值提高25.6%。无侧限抗压强度数据如表10所示。

5结语

本文通过对废弃混凝土再生集料在水泥稳定碎石混合料的级配变化研究，确定了如下规律及解决措施：（1）废弃混凝土再生集料在混合料的拌和、运输、成型过程中存在集料级配的降级情况；（2）废弃混凝土再生集料矿料级配变异主要集中在9.5mm、4.75mm和2.36mm这3个筛孔处；（3）通过再生集料合成比例的调整可以有效降低再生集料在成型过程中级配的变异对成品混合料矿料级配的影响程度。

参考文献

[1]张艳.公路改扩建工程路基路面搭接技术[J].科学技术创新，2024（3）：167-170.

[2]段珍华，邓琪.再生混凝土冲击磨耗性能与调控方法[J].建筑材料学报，2022（25）：1136-1142.

[3]刘春，张荣利.废混凝土再生集料在高速公路改扩建中的工程应用[J].福州大学学报（自然科学版），2023（51）：236-242.

[4]张志远，季正军.废弃混凝土再生集料的生产工艺流程及破碎工艺研究[J].科技创新导报，2022（30）：177-182.

[5]张虹，熊学忠.废弃混凝土再生骨料的特性研究[J].武汉理工大学学报，2006（28）：64-66

[6]万暑，吴超凡.不同搅拌方式水泥稳定再生集料的性能研究[J].新型建筑材料，2023（4）：61-66.