水泥穩(wěn)定建筑垃圾的路用性能探究

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摘要：經(jīng)過一系列的試驗，對水泥穩(wěn)定建筑垃圾的無側限抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量、抗凍性、水穩(wěn)定性等路用性能進行了研究，并分析了水泥穩(wěn)定建筑垃圾的最大干密度與最佳含水量間的關系，以及水泥含量對水泥穩(wěn)定建筑垃圾各項路用性能的影響。結果表明：水泥穩(wěn)定建筑垃圾的強度和剛度較高、抗凍性與水穩(wěn)定性較好，各項路用指標均滿足規(guī)范對輕交通二級以下公路基層及底基層的材料要求。

關鍵詞：公路工程；建筑垃圾；路用性能；水泥；基層

1引言

目前，我國正處在城市建設與基礎設施建設的高峰期，據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，我國目前因此產(chǎn)生的建筑垃圾約為25億t，這些數(shù)量巨大的建筑垃圾大多被簡單的露天堆放或是填埋處理后，不僅占據(jù)著有限的土地空間，又對環(huán)境產(chǎn)生較大的污染[1]。在建筑垃圾的再生利用方面，我國雖然取得了一系列的研究成果，但是建筑垃圾再生利用的標準不夠成熟[2]。國外對建筑垃圾再利用的研究比較早，美國的相關研究表明，建筑垃圾再生骨料的粒徑是影響建筑垃圾性能最主要的因素，當存在較多的大粒徑再生骨料時，空隙較多導致再生骨料制成的混凝土強度較低[2]；日本在建筑垃圾利用方面，以“誰生產(chǎn)，誰負責”為原則，建筑垃圾的利用率在97%以上，同時日本對建筑垃圾制成混凝土的配合比、強度、耐久性，施工工藝等方面進行了系統(tǒng)的研究[3]；德國針對建筑垃圾，開發(fā)了一種蒸餾燃燒工藝，將其中的各有效成分分離出來，并分別加以利用，產(chǎn)生的燃氣用來發(fā)電，剩下的破碎建筑垃圾物用于填筑道路路基以及人造景觀物[4]。本文通過一系列的試驗研究，系統(tǒng)分析了建筑垃圾的抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量、抗凍性能、水穩(wěn)定性能等路用技術指標，為建筑垃圾在道路上的的推廣應用提供了技術上的支撐。

2原材料性質

2.1水泥

水泥采用32.5＃的普通硅酸鹽水泥。

2.2建筑垃圾

建筑垃圾的路用性能主要由建筑垃圾的成分所決定，本文所采用的建筑垃圾主要來源于舊建筑物拆遷，建筑垃圾成分主要包括泥土、碎磚瓦、混凝土塊、砂漿、木材、鋼材等。在生產(chǎn)建筑垃圾再生集料的現(xiàn)場，一般設備主要有：風選除雜設備、篩分設備、磁吸分揀設備、反擊式破碎機以及其他設備。對建筑垃圾中的混凝土塊、碎磚瓦等進行破碎、篩分后，按規(guī)范要求的級配進行摻配。建筑垃圾的壓碎值大于26%，所以不能直接用于高速公路、一級公路路面的基層，但可作為二級及二級以下公路路面的基層或底基層[5]。建筑垃圾再生集料與一般的天然集料相比，再生集料表面吸附著較多的水泥砂漿，并且表面上的開孔空隙比較明顯，同時在生產(chǎn)建筑垃圾再生集料時，對集料產(chǎn)生較大的沖擊作用，致使再生集料內部有一定數(shù)量的微小裂紋，從而降低了集料的強度。但建筑垃圾再生集料中的微粉含量比天然集料高，并且微粉中有未水化的水泥顆粒和一些活性物質，而這些物質能夠在一定程度上改善了再生集料的路用性能。

3水泥穩(wěn)定建筑垃圾的路用性能

3.1標準擊實試驗

當建筑垃圾混合料中有較少的細顆粒時，混合料形成的結構是骨架密實型，細顆粒懸浮在骨架空隙中，此時建筑垃圾混合料的干密度較小。當細顆粒含量較多時，混合料難以形成骨架，此時混合料的強度較小。標準擊實試驗的主要目的是確定水泥穩(wěn)定建筑垃圾再生集料的配合比，即在最大干密度的情況，確定水泥穩(wěn)定建筑垃圾的最佳含水量，最終確定其配合比。在含水量比較小時，再生集料的干密度會隨著含水量的增大而增大。在含水量增大到一定程度時，干密度開始下降，含水量—干密度曲線出現(xiàn)拐點，此時拐點處的干密度稱為最大干密度，拐點處的的含水量稱為最佳含水量[6]。根據(jù)試驗規(guī)程[6]中的方法，先確定水泥劑量，再取5~6份建筑垃圾再生集料，然后依據(jù)不同的含水量制備出再生集料混合料試樣，再按照規(guī)定的擊實功在試筒內對混合料試樣進行擊實，然后對擊實完成后的混合料試樣進行稱重并測定其含水量，計算出干密度，最后在含水量—干密度坐標系中依次描繪出各點，并連接成圓滑的曲線，曲線最高點對應的含水量為最佳含水量，曲線最高點對應的干密度為最大干密度。本文選取3%、4%、5%、6%、7%不同的五組水泥含量，分別測得在不同的水泥含量時，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的最佳含水量和最大干密度。水泥含量越大，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的最佳含水量越大，而最大干密度變化不大。這主要是因為摻入建筑垃圾中的水泥與水反應需要消耗一定量的水，又因為水泥在建筑垃圾中的含量很少，所以建筑垃圾的最大干密度變化不大。

3.2水泥穩(wěn)定建筑垃圾無側限抗壓強度試驗

根據(jù)規(guī)范[7]中對水泥穩(wěn)定類材料基層或底基層的強度要求,當水泥穩(wěn)定類材料作為輕交通瀝青路面底基層時,其7d無側限抗壓強度值應大于或等于1.5MPa；而當作為特重交通瀝青路面的基層時,其7d無側限抗壓強度值應大于或等于3.5MPa。參照相關試驗規(guī)程[8]，利用靜壓法來成型圓柱體試件，并使試件在標準養(yǎng)護條件下濕養(yǎng)6d，在水中養(yǎng)護24h，最后進行試驗。在試驗的前一天，先將試件置于水中24h，然后在試驗前，將試件從水中取出，用濕潤的毛巾把試件表面的水分吸干，最后把試件放在萬能壓力試驗機的升降臺上，進行無側限抗壓強度試驗，同時控制加荷時的荷載速度為0.1kN/s~0.2kN/s,為了保證試驗結果的準確性，每一組采用9個試件，最終以9個試件測值的平均值作為每一組確定水泥含量下的無側限抗壓強度值。本文選取3%、4%、5%、6%、7%不同的5組水泥含量，分別測得水泥穩(wěn)定建筑垃圾在7d、28d、90d的無側限抗壓強度。從無側限抗壓強度試驗數(shù)據(jù)可知，水泥劑量越大，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的無側限抗壓強度越大，這是因為較多的水泥與水反應產(chǎn)生了較多的水泥水化產(chǎn)物，與建筑垃圾集料一起逐漸形成一個三維網(wǎng)狀結構的水泥漿體，這些水泥漿體最終將直接影響著水泥穩(wěn)定建筑垃圾的強度，同時隨著齡期的不斷延長，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的強度不斷增大，直至趨于穩(wěn)定。

3.3水泥穩(wěn)定建筑垃圾劈裂強度試驗

依據(jù)相關試驗規(guī)程[8]中的試驗方法,將不同水泥含量3%、4%、5%、6%、7%的水泥穩(wěn)定建筑垃圾材料分別制作成標準試件,并在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)生至90d齡期，最終測得試件的劈裂強度如表6所示。由劈裂強度試驗中的數(shù)據(jù)可以看出，二灰土的劈裂強度（一般為0.25MPa[9]）小于水泥穩(wěn)定建筑垃圾，而水泥穩(wěn)定建筑垃圾的劈裂強度小于水泥穩(wěn)定碎石（一般為0.5MPa），這是因為建筑垃圾本身具有一定的強度，水泥劑量越大，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的劈裂強度越大，并且水泥含量增加1%，劈裂強度提高約8%~18%，這是因為較多量的水泥反應產(chǎn)生了較多的水泥水化產(chǎn)物，而這種水泥水化產(chǎn)物對水泥穩(wěn)定建筑垃圾的劈裂強度有較大的影響。

3.4水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗壓回彈模量試驗

水泥穩(wěn)定建筑垃圾作為公路的基層及底基層材料時，承受著由路面面層傳遞下來的荷載作用，此時，水泥穩(wěn)定建筑垃圾不僅應具有足夠的強度，也要有一定的抵抗基層及底基層變形的剛度。根據(jù)相關規(guī)范的試驗要求，測得水泥穩(wěn)定建筑垃圾在不同水泥劑量下的抗壓回彈模量值。水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗壓回彈模量值與石灰碎石土（一般為700MPa~1100MPa[9]）相差不大，而比二灰砂礫的抗壓回彈模量值小（一般為1100MPa~1500MPa[9]）小。水泥含量越大，水泥穩(wěn)定建筑垃圾抗壓回彈模量值越大。這是因為較多的水泥水化產(chǎn)生較多的具有膨脹結構的水化產(chǎn)物，這些膨脹的水化產(chǎn)物填充于建筑垃圾的空隙之中，最終使得建筑垃圾再生集料具有一定的抵抗變形的能力[10]。

3.5水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍性能

位于寒冷地區(qū)的路面基層以及底基層不僅承受著荷載的作用，同時也承受著環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的影響，所以當水泥穩(wěn)定建筑垃圾用于寒冷地區(qū)的路面基層及底基層時，還需要具有一定的抗凍性能。依據(jù)相關試驗規(guī)程[8]中的試驗方法,測得水泥穩(wěn)定建筑垃圾在水泥含量分別為3%、4%、5%、6%、7%時的抗凍系數(shù)。水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍系數(shù)均大于60%，具有一定的抗凍性能，所以在修建中等以下寒冷地區(qū)的公路時，可以使用水泥穩(wěn)定建筑垃圾作為基層或底基層材料。水泥含量越大，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍性能越好，且水泥含量每增加1%，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍系數(shù)約提高9.6%~13.0%。這是因為水泥水化產(chǎn)生的較多水化產(chǎn)物將建筑垃圾再生集料中的孔隙填充滿，從而使得水分難以進入到建筑垃圾內部中去，最終使水泥穩(wěn)定建筑垃圾具有一定的抗凍性能。

3.6水泥穩(wěn)定建筑垃圾的水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是公路路用性能的一個重要指標，一般用水穩(wěn)定系數(shù)表示。根據(jù)相關試驗規(guī)程[8]中的試驗方法,一般先將水泥穩(wěn)定建筑垃圾試件在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護28d，其中包括最后1d的浸水時間，再經(jīng)過5次48h的自然風干，然后又浸水24h的干濕循環(huán)，最后測得試件的抗壓強度與標準養(yǎng)護28d齡期測得試件的抗壓強度的比值。依據(jù)試驗方法測得在水泥含量分別為3%、4%、5%、6%、7%時。水泥穩(wěn)定建筑垃圾的水穩(wěn)定系數(shù)越大，水泥含量每增加1%，水穩(wěn)定系數(shù)增大3%~6%。

4結語

本文經(jīng)過對水泥穩(wěn)定建筑垃圾進行一系列系統(tǒng)的研究，得出了水泥穩(wěn)定建筑垃圾的無側限抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量、抗凍性、水穩(wěn)定性等一系列的路用性能試驗結果。①水泥穩(wěn)定建筑垃圾的強度和剛度均較高，在修建輕交通二級以下公路時，可以作為路面的底基層材料，如果要作為路面的基層材料時，水泥在水泥穩(wěn)定建筑垃圾混合料中的含量應大于或等于6%。②水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍性與水穩(wěn)定性均較好，且水泥劑量越大，其抗凍性能與水穩(wěn)定性能均越好，水泥含量每增加1%，水泥穩(wěn)定建筑垃圾的抗凍系數(shù)約提高9.6%~13.0%，水穩(wěn)定系數(shù)約提高3%~6%，且試驗中的水泥穩(wěn)定建筑垃圾抗凍系數(shù)均大于50%，所以在修建中等以下寒冷地區(qū)的公路時，可以將水泥穩(wěn)定建筑垃圾用作基層及底基層材料。

參考文獻

[1]侯月琴，紀小平，張文剛，等.含建筑垃圾再生骨料的瀝青穩(wěn)定碎石的性能研究［J］．武漢理工大學學報，2013，35（10）:60－64．

[2]楊艷梅.國外城市垃圾處理經(jīng)驗及對我國的啟示[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2014，（04）:15-18.

作者：游世驕 岳朋超 駱釩 王航 徐安 單位：長安大學公路學院