城市建筑废弃物再生水泥稳定混合料路用性能

贾伟波

绥化市房地产事务中心 黑龙江省绥化 152000

摘要：建筑垃圾中的烧结砖、砂浆和混凝土等除了具备一定的强度，还含有丰富的氧化铝、氧化铁等成分，充分具备作为再生材料的条件。为此，国内外学者开展了大量的研究工作，并对建筑垃圾经过适当处理，直接作为再生集料应用在路面基层进行了研究。

关键词：道路工程；建筑废弃物；水泥稳定混合料；路用性能；

一、城市建筑废弃物处理的必要性

随着我国社会经济的不断发展，城市中需要进行修缮和拆迁的建筑物越来越多，这就产生了较多的建筑废弃物。根据资料显示，建筑废弃物已经成为继生活垃圾之后的第二大固体废弃物。对于目前的情况来说，大量的建筑废弃物没有经过处理而直接运送到乡村进行堆放或掩埋，这样不仅会占用大量的田地，而且在运送过程中还会出现大量的飞尘，从而加重对环境的污染。据统计，我国城市垃圾的堆放量已经超过60亿吨，其中建筑废弃物就有20亿吨左右。另外，垃圾堆放的面积也已经达到了5亿平方米，也就是说我们国家已经有两百多个城市陷入到了垃圾的包围中。与此同时，由于在城市建筑过程中会用到水泥、沙子、钢筋、木材等物资，面对如此大的物质消耗，如果不采取限制措施的话，那么就会造成很大的环境压力，严重制约了可持续发展战略。

二、混合料组成设计

2.1再生集料粒径

通过分析改变再生集料类型对力学强度的影响，提出合适的掺加粒径范围。再生集料（粒径[5，10）、[10，20）mm）在相同掺量、养护条件下对力学强度的影响。分析可知，掺加［5，10）mm（替代［5，10）mm天然骨料）粒径再生集料的混合料无侧限抗压强度代表值优于[10，20）mm粒径再生集料，其变异系数也有所降低。说明再生集料的粒径变化对混合料强度也有一定影响，替代较细的骨料能够稍微改善再生集料对力学性能的影响。这主要是因为粒径较大的再生集料在混合料成型过程中破碎率较高，降低了支撑混合料骨架的作用，使其抗压强度显著下降。破碎后集料在内部结构中的不均匀分布导致了试验结果变异性增加。与掺加[10，20）mm粒径再生集料相比，掺加[5，10）mm粒径的再生集料无侧限抗压强度代表值提高了25.8%，变异系数降低了9.4%。

2.2水泥用量

为降低水泥稳定碎石基层的收缩裂缝，目前基层/底基层的水泥用量（质量分数，下同）一般控制在3%～4%范围内。本文设计水泥用量分别为3%、3.5%和4%，采用传统成型方法（重型击实试验）确定材料的最佳含水量与最大干密度指标，并进行7d无侧限抗压强度试验。

（1）水泥用量变化对7d无侧限抗压强度产生显著影响，随水泥用量的增加，无侧限抗压强度显著提高，且混合料试件的变异性呈下降趋势。说明水泥胶浆的增加，提高了集料间的黏结作用，从而表现出其强度的提高。水泥用量在3.5%、4.0%时，无侧限抗压强度代表值分别提高了25.8%、85.7%，变异系数降低了22.3%、38.7%。（2）结合前期研究成果发现，掺加再生集料超过一定用量时，通过单独提高水泥用量并不能有效改善其力学强度。因此，对于再生水泥稳定基层力学性能，可通过适量增加水泥用量弥补再生材料强度低的缺陷，但并不能单独依靠增加水泥用量解决。同时，《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20—2015）提出水泥稳定集料在极重、特重交通，重交通，中、轻交通的底基层7d无侧限抗压强度代表值分别为3.0～5.0、2.5～4.5、2.0～4.0MPa（高速公路和一级公路）。由此可知，在水泥用量3.0%～4.0%范围内，采用[5，10）mm粒径的再生集料混合料，7d无侧限抗压强度代表值均能满足对底基层强度的最小要求。

2.3组成级配

建筑废弃物再生水泥稳定混合料采用《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20—2015）推荐的水泥稳定材料的级配范围（C-A-1），再生集料不同掺量（10%、18%、28%）下混合料的合成级配。

三、试验结果与分析

3.1再生混合料力学强度性能

（1）随再生集料掺量的增加，无侧限抗压强度呈下降趋势，混合料试件的变异性呈增加趋势变化，且随养护龄期的增加，力学强度劣化幅度有所改善。说明再生集料的掺加降低了混合料的抗压强度，提高了其力学强度分布离散性。掺量在10%、18%、28%时的无侧限抗压强度代表值分别降低了13.5%、18.3%、25%（与天然骨料混合料强度相比，养护龄期为7、28、90d龄期的无侧限抗压强度代表值分别下降了9.1%、10.6%、15.2%）。说明随着养护龄期的延长，再生水泥稳定混合料的力学强度能进一步稳定，掺量增加对早期力学性能影响更为显著。再生水泥稳定混合料的强度弱化，主要与再生集料的强度、纹理结构等较为密切，同时，试件成型过程中再生集料的破碎率及内部结构的损伤也高于天然骨料，从而对其力学性能产生不利影响。因此，导致混合料无侧限抗压强度下降显著的根本原因为废弃砖块、砂浆及混凝土块的强度低于天然骨料。（2）整体上看，再生集料替换天然集料增加了混合料试验结果的离散性，且随掺量的增加，其变异系数也显著提高。与天然集料相比，在养护龄期7、28、90d时，再生集料掺量28%的变异系数分别提高了20%、24.2%和25.5%。再生集料含有砖块、砂浆及混凝土等材料，各自的强度并不一致，在混合料成型、拌和过程中提高了试样内部结构强度形成的不均匀性，导致力学性能的不稳定;随再生集料掺量的增加，其材料组成的团聚现象更加明显。

3.2再生混合料刚度性能

（1）随再生集料掺量的增加，抗压回弹模量呈线性下降趋势，再生集料掺量与回弹模量值具有良好的线性相关性。再生集料掺量为10%、18%和28%时，养护龄期90d的抗压回弹模量值分别下降了8.3%、25%和29.2%。说明再生集料的加入劣化了混合料的力学刚度，这与力学强度分析相一致，同时也表明再生集料掺量为18%时的弹性模量值下降幅度显著增加，这与再生集料空隙率较大、强度低，以及混合料内部结构黏聚性能存在密切关联。一般认为，对于组成混合料的多相体材料，在外力作用下的变形与各类材料组成比例有关，混合料的整体弹性模量随其中较低弹性模量材料占比的增加而下降1.19-21。（2）不同再生集料掺量下，混合料的抗压回弹模量与抗压强度、劈裂强度均有较好的相关性，二者的判定系数分别为0.8249和0.9091。与抗压强度、劈裂强度相比，3种不同再生集料掺量下，抗压回弹模量影响变化幅度均值为20.8%，介于二者之间。说明再生集料对混合料不同的力学性能指标影响存在一定的差异。

3.3再生混合料抗冻性能

再生集料掺量对抗冻性能存在一定的劣化影响，随掺量的增加，冻融强度损失也增加，掺量超过10%后，强度损失显著增加。对于天然集料，经过5次冻融循环后，强度损失为92.9%，再生集料掺量从10%增加到18%时，强度损失从87.8%下降到71.1%，降低了16.6%;而掺量为28%时，其强度损失为68.2%，下降了2.9%（与掺量18%相比）。说明再生集料降低了混合料的抗冻性能，且掺量10%～18%范围内，冻融强度损失下降幅度较为显著。

结束语

综上，本文结合再生集料基本性能，分析了再生集料掺量、养护龄期及温度等因素对路用性能的影响，尽管再生集料劣化了路用性能，但合理控制再生集料掺量仍能满足规范要求。

参考文献：

[1]于佳宁,申宏.浅谈建筑废弃物资源化的现状与对策研究[J].西部皮革,2019(16).

[2]王位军.关于进一步推进建筑废弃物综合利用的几点思考[J].北方建筑,2017(6).