CN107686308A - 一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法，它涉及土木工程技术领域。水泥稳定再生骨料路面基层的主要原料按重量份数记包括：水泥5份、再生骨料100份、加水量根据混合料的含水量进行计算，再生骨料的粒径分为小于5mm、5‑10mm和10‑30mm三挡，按比例3：3：4进行合成。本发明将再生骨料替代天然骨料运用于路面基层，具有良好的力学性能，在满足行业规范的同时，又能最大的实现资源的再利用和大大的缓解正面临的天然骨料短缺问题，经济又合理。

Description

一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是土木工程技术领域，具体涉及一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法。

背景技术

近年来，伴随着我国经济建设步伐以及城市化进程的加快，大量老旧房建、桥梁、道路等建筑物被拆除重建，这中间产生了大量的废弃混泥土。按常规方式处理(如焚烧、填埋、露天堆放等)，不仅会占用大量的国家土地资源、增加运输成本，而且还会严重地破坏周边生态环境，从而给坏境治理增加难度，由此，废弃混凝土的再生利用成为热点问题，引发了建筑、公路交通等相关领域的研究热潮。另一方面，随着我国公路建设的蓬勃发展，由无机结合料稳定类路面基层材料修建的基层和底基层路面结构得到广泛的推广与应用，其中以水泥稳定类材料为典型代表，该种材料基层具有较高的刚度和强度、良好的板体性和水稳定性以及较低的造价和广泛的原材料来源等优点，同时具有较小的弯沉和较大的荷载分布能力，极大地提高了路面的承载能力，我国二级以上公路路面基层普遍将其作为基层材料使用。在公路工程高速发展的同时，对于骨料的需求也越来越大，然而天然骨料作为短期内难以再生的资源，并不是取之不尽，用之不竭的。对于短期内难以再生的资源，过度开采利用将产生一系列的生态环境破坏和资源浪费等严重问题，这不仅不符合我国科学发展观的可持续发展理念，也将制约我国道路工程的发展。

面对废弃混凝土日益增多而天然骨料日益短缺的严峻形势，国内外纷纷制定相关政策，发展相关技术以促进废弃混凝土的再生利用，再生骨料指的是将废弃混凝土块破碎后，经清洗、筛分等工序处理后得到的骨料，因此，从骨料的来源上对比，再生骨料的来源比天然骨料更经济且更环保，更符合资源循环利用理念。在公路工程中，考虑到路面基层混合料的强度要求低，将废弃混凝土生产成再生骨料，替代天然砂石应用于公路工程的道路基层中，不仅能减少原材料的开采、保护自然环境，实现资源循的环利用，解决因废弃混凝土所带来的各种重大问题，而且还能节省经济成本，提高社会效益和经济效益，并进一步促进我国道路建设的持续发展。基于此，设计一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法尤为必要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法，将再生骨料替代天然骨料运用于路面基层，使得再生骨料路面基层的性能在符合规范要求的同时，既经济又合理，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层，按重量份数记，所述水泥稳定再生骨料路面基层的主要原料包括：水泥5份、再生骨料100份、加水量根据混合料的含水量进行计算，加水量计算公式如式(1)：

式中：m_w——混合料中应加的水量(g)；

m_n——混合料中骨料的质量(g)，其风干含水量为w_n(％)；

m_c——混合料中水泥的质量(g)，其原始含水量为w_c(％)；

w——要求达到基层混合料的设计含水量(％)。

作为优选，所述的水泥为42.5普通硅酸盐水泥。

作为优选，所述的再生骨料为路面废弃混凝土。

作为优选，所述的再生骨料的粒径分为三挡，分别为小于5mm、5-10mm和10-30mm，然后将这三挡骨料按比例3：3：4进行合成。

一种制备性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据所需再生骨料重量，将粒径分别为小于5mm、5-10mm、10-30mm的三挡骨料按比例3：3：4称取并混合均匀；

(2)将所需水和骨料混合，并闷料4h；

(3)将所需水泥和闷好料进行混合均匀，并按四分法对混合料进行分料；

(4)击实成型6h后进行养护。

本发明的有益效果：通过将再生骨料以100％取代天然骨料运用于路面基层，并以水泥掺量为5％，在此配比设计下，不仅保证了水泥稳定路面基层的规范要求，而且在减小天然骨料面临短缺问题的同时，又能最大的实现对再生骨料的合理利用，从而实现资源的再利用和大大的缓解正面临的天然骨料短缺问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明水泥掺量对无侧限抗压强度的影响曲线图；

图2为本发明再生骨料掺量对无侧限抗压强度的影响曲线图；

图3为本发明再生骨料掺量对抗压回弹模量的影响曲线图；

图4为本发明水泥掺量对混合料劈裂抗拉强度的影响曲线图；

图5为本发明再生骨料掺量对混合料劈裂抗拉强度的影响曲线图；

图6为本发明再生骨料掺量对劈裂回弹模量的影响曲线图；

图7为本发明再生骨料掺量对弯拉强度的影响曲线图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-7，本具体实施方式采用以下技术方案：一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层及其制备方法，按重量份数记，所述水泥稳定再生骨料路面基层的主要原料包括：水泥5份、再生骨料100份、加水量根据混合料的含水量进行计算，加水量计算公式如式(1)：

式中：m_w——混合料中应加的水量(g)；

m_n——混合料中骨料的质量(g)，其风干含水量为w_n(％)；

m_c——混合料中水泥的质量(g)，其原始含水量为w_c(％)；

w——要求达到基层混合料的设计含水量(％)。

值得注意的是，所述的所述的再生骨料的粒径分为三挡，分别为小于5mm、5-10mm和10-30mm，然后将这三挡骨料按比例3：3：4进行合成。

一种制备性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据所需再生骨料重量，将三挡骨料按所述比例称取并混合均匀；

(2)将所需水和骨料混合，并闷料4h；

(3)将所需水泥和闷好料进行混合均匀，并按四分法对混合料进行分料；

(4)击实成型6h后进行养护。

本具体实施方式水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，各项指标皆符合《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)要求；所述再生骨料为路面废弃混凝土，其各档骨料筛分试验结果见表1，基本物理力学性能见表2。

表1各档骨料筛分试验结果

表2骨料的物理力学性能

本具体实施方式进行基本物理力学性能试验。本试验对水泥稳定再生骨料路面基层进行了五种基本物理力学性能的试验研究，分别为：无侧限抗压强度试验、无侧限抗压回弹模量试验、劈裂试验、劈裂回弹模量试验和弯拉强度试验。其中无侧限抗压强度试验，无侧限抗压回弹模量试验，劈裂试验和劈裂回弹模量试验的试样制作方法均相同，主要步骤：选用直径150mm，高150mm的圆柱形大试件，根据混合料击实试验确定的最佳含水量和最大干密度，通过振动压实成型机成型试件，成型6h后用脱模器将试件从试模内脱出，并装入塑料袋中，抽掉袋内空气并密封，然后放入养护室养生；在养生期的最后一天，取出试件并置于水箱中，向水箱中注水(水温20℃±2℃)，直到水面高出试件顶部约2.5cm为止；试件浸泡24h后，将试件从水中取出，用软布吸去试件表面的自由水，并测量试件高度h。弯拉强度试验除了选用尺寸为100mm×100mm×400mm的中梁型试件和从水中取出后需多测量试件的宽度b外，其余步骤均相同。试验采用MTS Landmark370.50型疲劳试验机按试验操作规范进行试验。由实施例的水泥稳定再生骨料路面基层制得的试样编号为100-5，另外再制作7组试样进行对比，其组成如表3所示。

表3试验方案

注：试件编号0-4中，0——再生骨料掺量为0％；4——水泥掺量为4％；其余编号规则同上，本发明其余表格编号同上。

各试验结果分析如下：

(1)无侧限抗压强度试验分析

试验测得了不同水泥掺量、再生骨料掺量和龄期的抗压强度，见表4，绘成如图1和图2曲线。

由图1可知，水泥稳定集料基层混合料无侧限抗压强度随着水泥掺量和龄期的增大而增大，但当水泥掺量较低时，水泥稳定碎石基层混合料与水泥稳定再生骨料基层混合料之间后期(90d)抗压强度差距很明显，达到了52.2％，而随着水泥掺量的提高，两者之间的抗压强度差距越来越小(分别为39.5％和33.7％)，这说明水泥稳定集料基层混合料后期抗压强度主要取决于骨料自身强度，随着水泥掺量的提高，水泥浆体会渗入到再生骨料的孔隙和裂纹中，从而提高再生骨料的质量，缩短与天然骨料之间的差距，因此适当提高水泥掺量可以解决再生骨料自身强度低的缺点。

由图2可知，掺有再生骨料的基层混合料抗压强度会随着再生骨料掺量的增大而增强，其原因主要是当水泥掺量较高时，对基层混合料起决定性作用的是骨料自身强度，所以未掺再生骨料的基层混合料抗压强度大于掺有再生骨料的基层混合料，而基层混合料掺有再生骨料之后，对抗压强度起决定性作用的影响因素就转变成骨料与水泥砂浆之间的粘结力，而由于再生骨料表面更粗糙且骨料中含有部分未水化的水泥颗粒，因此，随着再生骨料掺量的增加，骨料之间的粘结力也将变的更大，从而增大了水泥稳定集料基层混合料的无侧限抗压强度。

表4基层混合料无侧限抗压强度

(2)无侧限抗压回弹模量试验分析

试验测得了不同再生骨料掺量和龄期的无侧限抗压回弹模量值，见表5。结合图3可知，随着再生骨料掺量的增大，水泥稳定集料基层混合料的抗压回弹模量先呈现出明显的下降，然后缓慢升高。再生骨料在生产、运输过程中内部产生累积裂纹，表面粘附的硬化水泥砂浆孔隙率高，使得再生骨料抵抗外力变形的能力低于天然骨料，从而导致水泥稳定再生集料基层混合料抗压回弹模量低于水泥稳定碎石基层混合料(7d时低了8.2％，28d时为11.5％，90d为13.1％)。而对于掺有再生骨料的基层混合料，随着再生骨料的掺加，硬化水泥砂浆渗入再生骨料中，与再生骨料构成整体，从而提高了混合料的刚度，而天然骨料裂纹少、孔隙率低，水泥砂浆堆积在骨料之间，从而降低了基层混合料整体刚度，因此，掺有再生骨料的基层混合料抗压回弹模量随着再生骨料掺量的增加而增大，但增长幅度较小，且随着龄期的延长增长幅度会越来越低。

表5混合料无侧限抗压回弹模量

(3)劈裂试验分析

试验测得了不同水泥掺量、再生骨料掺量和龄期的劈裂强度，见表6。绘成如图4和图5曲线。

由图4可知，水泥稳定集料基层混合料劈裂强度随着水泥掺量和龄期的增大而增大。在水泥掺量较低时，基层混合料早期(7d)劈裂强度取决于骨料与硬化水泥砂浆之间的粘结力，此时水泥稳定再生集料基层混合料的劈裂强度会略微大于未掺再生骨料的水泥稳定碎石基层混合料，而随着水泥掺量的增大或者养护龄期的增大，决定基层混合料劈裂强度的影响因素会慢慢转变成骨料自身强度，此时未掺再生骨料的基层混合料劈裂强度会大于水泥稳定再生骨料基层混合料。出现这种情况的原因与无侧限抗压试验结果分析相似。

由图5可知，随着再生骨料掺量的增加，基层混合料劈裂强度先下降后上升，但整体上而言，掺有再生骨料的基层混合料劈裂强度都低于未掺再生骨料的基层混合料。随着再生骨料掺量的增大，基层混合料中骨料表面变得越来越粗糙，且基层混合料中未水化反应的旧水泥颗粒也越来越多，再加上天然骨料与硬化水泥砂浆之间弹性模量相差较大，使得在外部条件下，天然骨料与硬化水泥砂浆的变形不一致，从而使得两者之间产生额外的张力，因此掺有再生骨料的基层混合料会出现劈裂抗拉强度随再生骨料掺量增大而增大的情况，当再生骨料掺量达到100％时，水泥稳定再生骨料混合料的劈裂强度与未掺再生骨料的基层混合料之间在各龄期的最大差距也只有8.3％，从而说明掺有再生骨料的基层混合料劈裂抗拉强度性能不会太差。

表6混合料劈裂抗拉强度

(4)劈裂回弹模量试验分析

试验测得了不同再生骨料掺量和龄期的无侧限抗压回弹模量值，见表7。结合图6可知，水泥稳定集料基层混合料的劈裂回弹模量先呈现出明显的下降，然后逐渐增大。随着养护龄期的延长，未掺再生骨料的基层混合料与100％再生骨料掺量的基层混合料之间的回弹模量差距逐渐缩小，7d的时候为12.9％，90d的时候缩减到6.1％，说明水泥稳定再生集料基层混合料后期具有相当好的劈裂模量。

表7混合料劈裂回弹模量试验

(5)弯拉强度试验分析

试验测得了不同再生骨料掺量和龄期的弯拉强度值，见表8。结合图7可知，随着再生骨料掺量的增加，基层混合料弯拉强度先大幅度下降然后上升，但整体上而言，掺有再生骨料的基层混合料弯拉强度都低于未掺再生骨料的基层混合料。养护龄期越长对于基层混合料的弯拉强度就越有利，使得未掺再生骨料的基层混合料与100％再生骨料的基层混合料之间的弯拉强度差距从11.8％降到7.9％，其主要原因是由于随着龄期的增长，混合料中水泥水化反应越彻底，水化产物产量越大，再生骨料内部孔隙和裂纹受到水泥砂浆的填充，使得再生骨料整体强度得到巨大提升，进而改善了再生骨料自身强度低的劣势，使得水泥稳定再生骨料基层混合料具有一定的弯拉强度性能。

表8弯拉强度试验

本具体实施方式设计了不同水泥掺量、不同再生骨料掺量的多组配合比，然后对各组配合比进行了无侧限抗压强度、无侧限抗压回弹模量、劈裂、劈裂回弹模量和弯拉强度的基本物理力学试验，通过对比分析发现当水泥掺量为5％，再生骨料掺量为100％时，水泥稳定再生骨料路面基层具有良好的力学性能，在满足行业规范的同时，又能最大的实现对再生骨料的合理利用，从而实现资源的充分再利用和大大的缓解正面临的天然骨料短缺问题，符合国家的发展战略，具有广阔的市场应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层，其特征在于，按重量份数记，所述水泥稳定再生骨料路面基层的主要原料包括：水泥5份、再生骨料100份、加水量根据混合料的含水量进行计算，加水量计算公式如式(1)：

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式中：m_w——混合料中应加的水量(g)；

m_n——混合料中骨料的质量(g)，其风干含水量为w_n(％)；

m_c——混合料中水泥的质量(g)，其原始含水量为w_c(％)；

w——要求达到基层混合料的设计含水量(％)。

2.根据权利要求1所述的一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层，其特征在于，所述的水泥为42.5普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层，其特征在于，所述的再生骨料为路面废弃混凝土。

4.根据权利要求1所述的一种性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层，其特征在于，所述的再生骨料的粒径分为三挡，分别为小于5mm、5-10mm和10-30mm，然后将这三挡骨料按比例3：3：4进行合成。

5.一种制备性能优良的水泥稳定再生骨料路面基层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据所需再生骨料重量，将粒径分别为小于5mm、5-10mm、10-30mm的三挡骨料按比例3：3：4称取并混合均匀；

(2)将所需水和骨料混合，并闷料4h；

(3)将所需水泥和闷好料进行混合均匀，并按四分法对混合料进行分料；

(4)击实成型6h后进行养护。