李鵬飛,韓鵬威,徐文遠(yuǎn)
(1.黑龍江省公路工程造價(jià)管理總站,黑龍江 哈爾濱 150001;2.東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)
再生粗集料是由硬化的水泥砂漿體、表面包裹一定數(shù)量砂漿的碎石以及與砂漿完全脫離的碎石三種石料組成??紤]到水泥穩(wěn)定碎石中對集料的粒徑要求,選擇5~10 mm及10~20mm兩組再生集料進(jìn)行物理和力學(xué)性能試驗(yàn)。
參考《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)中的方法對再生集料和天然集料分別進(jìn)行進(jìn)行吸水率、表觀密度、針片狀含量和堆積密度試驗(yàn)等物理性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1 再生粗集料物理性能試驗(yàn)
試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)表觀密度:再生集料的表觀密度小幅度低于天然集料,主要原因?yàn)樵偕纤槭嬖谳^多的開口空隙,開口空隙越多,空隙率就越大,使得天然集料表觀密度大于再生集料表觀密度。
(2)吸水率:天然集料的吸水率小于再生集料的吸水率,主要原因是水泥砂漿的存在使得再生集料的孔隙率增大,吸水率也變大。
(3)堆積密度:再生粗集料的堆積密度低于天然粗集料。主要原因?yàn)樵偕媳砻鏁嬖谖此乃嗌皾{,這些水泥砂漿強(qiáng)度比較差,在試驗(yàn)過程中易被壓碎和脫落,這些碎落的水泥砂漿占據(jù)了相應(yīng)內(nèi)部空間,使得在相同體積下再生集料的整體質(zhì)量降低。
(4)空隙率:天然集料空隙率低于再生集料的空隙率,主要原因是再生集料在破碎過程中,受到較大的機(jī)械擠壓作用,內(nèi)部產(chǎn)生了相應(yīng)的微裂縫,再生集料表面凹凸不平,棱角較多,這些因素都間接增大了再生集料空隙率。
參考《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42—2005)中的方法對再生集料和天然集料分別進(jìn)行壓碎值試驗(yàn)和堅(jiān)固性試驗(yàn)。
表2 再生粗集料力學(xué)性能試驗(yàn)
試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)壓碎值:天然集料和再生集料的壓碎值均滿足規(guī)范要求。再生集料較天然集料的壓碎值高6.5%。主要原因是再生粗集料表面會存在未水化的水泥砂漿,這些水泥砂漿強(qiáng)度比較差,在壓碎過程中易被壓碎;再生集料在破碎過程中,受到較大的機(jī)械擠壓作用,內(nèi)部產(chǎn)生了相應(yīng)的微裂縫,導(dǎo)致強(qiáng)度降低,進(jìn)而導(dǎo)致抗破碎性能降低,壓碎值增大。
(2)堅(jiān)固性:再生集料的堅(jiān)固性較天然集料較差,但均能滿足規(guī)范要求。
本論文研究最終采用了《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/TF20-2015)里“表4.5.4水泥穩(wěn)定級配碎石或礫石的推薦級配范圍”中的C-C-2級配。此級配范圍適用于二級及二級以下公路的基層,級配合理,抗變異能力較強(qiáng)。分別按4%、5%、6%三種不同的水泥劑量,以5~10 mm和10~20 mm兩種再生集料摻配率分別為0%、35%、70%和100%四種不同摻配率等量取代天然集料,共計(jì)12組配合比來配制水泥穩(wěn)定碎石混合料。擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表3。
表3 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果,得出以下結(jié)論:
(1)隨著再生集料摻量的增加,混合料的最大干密度逐漸降低。水泥劑量為5%時(shí),摻量為100%時(shí)的最大干密度與摻量為0時(shí)相比降低了6%。
(2)相同水泥劑量下,再生集料摻量越大,混合料的最佳含水量越大。水泥劑量為5%時(shí),摻量為100%時(shí)的最佳含水量與摻量為0時(shí)相比增大了26%。
為研究再生集料摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對再生集料水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能的影響,考慮到施工變異性和抗凍性能等因素最終采用5%的水泥劑量,以再生集料摻量分別為0%、35%、70%和100%等量取代天然集料,按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)進(jìn)行7 d、2 8d和90 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4。
表4 再生集料水泥穩(wěn)定碎石不同齡期力學(xué)性能
圖1 劈裂強(qiáng)度與再生集料摻量、養(yǎng)生齡期的關(guān)系
試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)5%水泥劑量和100%再生集料摻量下的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可以滿足二級及二級以下公路的重交通等級路面基層要求,表明再生集料在實(shí)際工程中可以應(yīng)用。
(2)隨著再生集料摻量的增加,再生集料水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律。這種先增加后降低的主要原因是:試件強(qiáng)度不僅受到集料自身的強(qiáng)度的影響,還受到集料和集料之間、集料與水泥間的界面接觸形成的粘聚力影響。強(qiáng)度試驗(yàn)過程中,試件的破壞最早發(fā)生于集料和集料之間的界面,這個(gè)過程只有少量的集料被破壞,此時(shí)集料—集料、集料與水泥間的界面接觸強(qiáng)度會對水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度造成影響。再生集料較天然集料品質(zhì)較差,棱角更多,更粗糙,孔隙更大,當(dāng)天然集料中摻入再生集料時(shí),兩者之間產(chǎn)生的摩擦力和咬合力更大;同時(shí)再生集料的較大孔隙率可以與更多的水泥漿接觸,增大了集料與水泥間的界面接觸強(qiáng)度。鑒于以上原因,再生集料的摻入增大了試件的劈裂強(qiáng)度。再生集料摻量為35%時(shí),試件內(nèi)的主要受力對象為天然集料,再生集料為次要受力對象。而隨著再生集料摻量的逐步增加,試件內(nèi)的主要受力對象變?yōu)榱嗽偕希偕献陨韽?qiáng)度低的原因被放大,整體強(qiáng)度隨之降低。
(3)基層力學(xué)性能隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長而逐漸增長,與普通水泥混凝土隨齡期的變化規(guī)律相一致。
再生集料的壓碎值和堅(jiān)固性等力學(xué)性能較天然集料較差,但均能滿足規(guī)范要求,再生集料的針片狀含量低于天然集料。再生集料的物理力學(xué)性能與天然集料相差不大,符合規(guī)范要求;再生粗集料的吸水率大于天然粗集料的吸水率,在工程實(shí)際中需要考慮吸水率的問題,適當(dāng)增加用水量。對7 d、28 d、90 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究。再生集料摻量的逐步增大使得基層力學(xué)性能均呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律,力學(xué)性能均隨齡期的增長而增大。