水泥稳定建筑垃圾的路用性能探究

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摘要：经过一系列的试验，对水泥稳定建筑垃圾的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性、水稳定性等路用性能进行了研究，并分析了水泥稳定建筑垃圾的最大干密度与最佳含水量间的关系，以及水泥含量对水泥稳定建筑垃圾各项路用性能的影响。结果表明：水泥稳定建筑垃圾的强度和刚度较高、抗冻性与水稳定性较好，各项路用指标均满足规范对轻交通二级以下公路基层及底基层的材料要求。

关键词：公路工程；建筑垃圾；路用性能；水泥；基层

1引言

目前，我国正处在城市建设与基础设施建设的高峰期，据相关数据表明，我国目前因此产生的建筑垃圾约为25亿t，这些数量巨大的建筑垃圾大多被简单的露天堆放或是填埋处理后，不仅占据着有限的土地空间，又对环境产生较大的污染[1]。在建筑垃圾的再生利用方面，我国虽然取得了一系列的研究成果，但是建筑垃圾再生利用的标准不够成熟[2]。国外对建筑垃圾再利用的研究比较早，美国的相关研究表明，建筑垃圾再生骨料的粒径是影响建筑垃圾性能最主要的因素，当存在较多的大粒径再生骨料时，空隙较多导致再生骨料制成的混凝土强度较低[2]；日本在建筑垃圾利用方面，以“谁生产，谁负责”为原则，建筑垃圾的利用率在97%以上，同时日本对建筑垃圾制成混凝土的配合比、强度、耐久性，施工工艺等方面进行了系统的研究[3]；德国针对建筑垃圾，开发了一种蒸馏燃烧工艺，将其中的各有效成分分离出来，并分别加以利用，产生的燃气用来发电，剩下的破碎建筑垃圾物用于填筑道路路基以及人造景观物[4]。本文通过一系列的试验研究，系统分析了建筑垃圾的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性能、水稳定性能等路用技术指标，为建筑垃圾在道路上的的推广应用提供了技术上的支撑。

2原材料性质

2.1水泥

水泥采用32.5＃的普通硅酸盐水泥。

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决定，本文所采用的建筑垃圾主要来源于旧建筑物拆迁，建筑垃圾成分主要包括泥土、碎砖瓦、混凝土块、砂浆、木材、钢材等。在生产建筑垃圾再生集料的现场，一般设备主要有：风选除杂设备、筛分设备、磁吸分拣设备、反击式破碎机以及其他设备。对建筑垃圾中的混凝土块、碎砖瓦等进行破碎、筛分后，按规范要求的级配进行掺配。建筑垃圾的压碎值大于26%，所以不能直接用于高速公路、一级公路路面的基层，但可作为二级及二级以下公路路面的基层或底基层[5]。建筑垃圾再生集料与一般的天然集料相比，再生集料表面吸附着较多的水泥砂浆，并且表面上的开孔空隙比较明显，同时在生产建筑垃圾再生集料时，对集料产生较大的冲击作用，致使再生集料内部有一定数量的微小裂纹，从而降低了集料的强度。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颗粒和一些活性物质，而这些物质能够在一定程度上改善了再生集料的路用性能。

3水泥稳定建筑垃圾的路用性能

3.1标准击实试验

当建筑垃圾混合料中有较少的细颗粒时，混合料形成的结构是骨架密实型，细颗粒悬浮在骨架空隙中，此时建筑垃圾混合料的干密度较小。当细颗粒含量较多时，混合料难以形成骨架，此时混合料的强度较小。标准击实试验的主要目的是确定水泥稳定建筑垃圾再生集料的配合比，即在最大干密度的情况，确定水泥稳定建筑垃圾的最佳含水量，最终确定其配合比。在含水量比较小时，再生集料的干密度会随着含水量的增大而增大。在含水量增大到一定程度时，干密度开始下降，含水量—干密度曲线出现拐点，此时拐点处的干密度称为最大干密度，拐点处的的含水量称为最佳含水量[6]。根据试验规程[6]中的方法，先确定水泥剂量，再取5~6份建筑垃圾再生集料，然后依据不同的含水量制备出再生集料混合料试样，再按照规定的击实功在试筒内对混合料试样进行击实，然后对击实完成后的混合料试样进行称重并测定其含水量，计算出干密度，最后在含水量—干密度坐标系中依次描绘出各点，并连接成圆滑的曲线，曲线最高点对应的含水量为最佳含水量，曲线最高点对应的干密度为最大干密度。本文选取3%、4%、5%、6%、7%不同的五组水泥含量，分别测得在不同的水泥含量时，水泥稳定建筑垃圾的最佳含水量和最大干密度。水泥含量越大，水泥稳定建筑垃圾的最佳含水量越大，而最大干密度变化不大。这主要是因为掺入建筑垃圾中的水泥与水反应需要消耗一定量的水，又因为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变化不大。

3.2水泥稳定建筑垃圾无侧限抗压强度试验

根据规范[7]中对水泥稳定类材料基层或底基层的强度要求,当水泥稳定类材料作为轻交通沥青路面底基层时,其7d无侧限抗压强度值应大于或等于1.5MPa；而当作为特重交通沥青路面的基层时,其7d无侧限抗压强度值应大于或等于3.5MPa。参照相关试验规程[8]，利用静压法来成型圆柱体试件，并使试件在标准养护条件下湿养6d，在水中养护24h，最后进行试验。在试验的前一天，先将试件置于水中24h，然后在试验前，将试件从水中取出，用湿润的毛巾把试件表面的水分吸干，最后把试件放在万能压力试验机的升降台上，进行无侧限抗压强度试验，同时控制加荷时的荷载速度为0.1kN/s~0.2kN/s,为了保证试验结果的准确性，每一组采用9个试件，最终以9个试件测值的平均值作为每一组确定水泥含量下的无侧限抗压强度值。本文选取3%、4%、5%、6%、7%不同的5组水泥含量，分别测得水泥稳定建筑垃圾在7d、28d、90d的无侧限抗压强度。从无侧限抗压强度试验数据可知，水泥剂量越大，水泥稳定建筑垃圾的无侧限抗压强度越大，这是因为较多的水泥与水反应产生了较多的水泥水化产物，与建筑垃圾集料一起逐渐形成一个三维网状结构的水泥浆体，这些水泥浆体最终将直接影响着水泥稳定建筑垃圾的强度，同时随着龄期的不断延长，水泥稳定建筑垃圾的强度不断增大，直至趋于稳定。

3.3水泥稳定建筑垃圾劈裂强度试验

依据相关试验规程[8]中的试验方法,将不同水泥含量3%、4%、5%、6%、7%的水泥稳定建筑垃圾材料分别制作成标准试件,并在标准养护条件下养生至90d龄期，最终测得试件的劈裂强度如表6所示。由劈裂强度试验中的数据可以看出，二灰土的劈裂强度（一般为0.25MPa[9]）小于水泥稳定建筑垃圾，而水泥稳定建筑垃圾的劈裂强度小于水泥稳定碎石（一般为0.5MPa），这是因为建筑垃圾本身具有一定的强度，水泥剂量越大，水泥稳定建筑垃圾的劈裂强度越大，并且水泥含量增加1%，劈裂强度提高约8%~18%，这是因为较多量的水泥反应产生了较多的水泥水化产物，而这种水泥水化产物对水泥稳定建筑垃圾的劈裂强度有较大的影响。

3.4水泥稳定建筑垃圾的抗压回弹模量试验

水泥稳定建筑垃圾作为公路的基层及底基层材料时，承受着由路面面层传递下来的荷载作用，此时，水泥稳定建筑垃圾不仅应具有足够的强度，也要有一定的抵抗基层及底基层变形的刚度。根据相关规范的试验要求，测得水泥稳定建筑垃圾在不同水泥剂量下的抗压回弹模量值。水泥稳定建筑垃圾的抗压回弹模量值与石灰碎石土（一般为700MPa~1100MPa[9]）相差不大，而比二灰砂砾的抗压回弹模量值小（一般为1100MPa~1500MPa[9]）小。水泥含量越大，水泥稳定建筑垃圾抗压回弹模量值越大。这是因为较多的水泥水化产生较多的具有膨胀结构的水化产物，这些膨胀的水化产物填充于建筑垃圾的空隙之中，最终使得建筑垃圾再生集料具有一定的抵抗变形的能力[10]。

3.5水泥稳定建筑垃圾的抗冻性能

位于寒冷地区的路面基层以及底基层不仅承受着荷载的作用，同时也承受着环境温度变化产生的影响，所以当水泥稳定建筑垃圾用于寒冷地区的路面基层及底基层时，还需要具有一定的抗冻性能。依据相关试验规程[8]中的试验方法,测得水泥稳定建筑垃圾在水泥含量分别为3%、4%、5%、6%、7%时的抗冻系数。水泥稳定建筑垃圾的抗冻系数均大于60%，具有一定的抗冻性能，所以在修建中等以下寒冷地区的公路时，可以使用水泥稳定建筑垃圾作为基层或底基层材料。水泥含量越大，水泥稳定建筑垃圾的抗冻性能越好，且水泥含量每增加1%，水泥稳定建筑垃圾的抗冻系数约提高9.6%~13.0%。这是因为水泥水化产生的较多水化产物将建筑垃圾再生集料中的孔隙填充满，从而使得水分难以进入到建筑垃圾内部中去，最终使水泥稳定建筑垃圾具有一定的抗冻性能。

3.6水泥稳定建筑垃圾的水稳定性

水稳定性是公路路用性能的一个重要指标，一般用水稳定系数表示。根据相关试验规程[8]中的试验方法,一般先将水泥稳定建筑垃圾试件在标准养护条件下养护28d，其中包括最后1d的浸水时间，再经过5次48h的自然风干，然后又浸水24h的干湿循环，最后测得试件的抗压强度与标准养护28d龄期测得试件的抗压强度的比值。依据试验方法测得在水泥含量分别为3%、4%、5%、6%、7%时。水泥稳定建筑垃圾的水稳定系数越大，水泥含量每增加1%，水稳定系数增大3%~6%。

4结语

本文经过对水泥稳定建筑垃圾进行一系列系统的研究，得出了水泥稳定建筑垃圾的无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量、抗冻性、水稳定性等一系列的路用性能试验结果。①水泥稳定建筑垃圾的强度和刚度均较高，在修建轻交通二级以下公路时，可以作为路面的底基层材料，如果要作为路面的基层材料时，水泥在水泥稳定建筑垃圾混合料中的含量应大于或等于6%。②水泥稳定建筑垃圾的抗冻性与水稳定性均较好，且水泥剂量越大，其抗冻性能与水稳定性能均越好，水泥含量每增加1%，水泥稳定建筑垃圾的抗冻系数约提高9.6%~13.0%，水稳定系数约提高3%~6%，且试验中的水泥稳定建筑垃圾抗冻系数均大于50%，所以在修建中等以下寒冷地区的公路时，可以将水泥稳定建筑垃圾用作基层及底基层材料。

参考文献

[1]侯月琴，纪小平，张文刚，等.含建筑垃圾再生骨料的沥青稳定碎石的性能研究［J］．武汉理工大学学报，2013，35（10）:60－64．

[2]杨艳梅.国外城市垃圾处理经验及对我国的启示[J].环境保护与循环经济，2014，（04）:15-18.

作者：游世骄 岳朋超 骆钒 王航 徐安 单位：长安大学公路学院