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摘要:随着社会的发展,我国的道路工程的发展也越来越迅速。废弃混凝土作为建筑垃圾的产量与日俱增,不仅占用了大量土地资源,而且还会由于其堆放的随意性存在一定的安全隐患。另一方面,每年会改造、重建道路需要消耗大量天然砂和碎石,随着我国对自然资源保护意识的加强,目前天然砂石的开采已经受到了极大的限制。与房屋等建筑工程相比,道路工程对于原材料的各性能要求来说相对比较宽松,因此,将废弃混凝土经过破碎后形成的再生骨料用于道路的修复与重建,不仅能节省天然石材资源、降低工程成本,而且能在一定程度上缓解天然石材资源紧缺的问题。本文总结了废弃混凝土再生骨料应用于不同路面结构层的研究现状进行了分析评述,提出应重点关注以下方面:一、应继续加强在再生骨料的生产技术(即废弃混凝土的破碎工艺技术)与改性方面的研究;二,积极开展再生骨料在道路工程中的工程应用研究,积累工程资料和相关的技术数据,制定相应的指导性技术规范。
关键词:再生骨料;道路工程;应用研究进展
引言
随着我国社会经济的发展和城市更新进程的加快,城市更新过程中拆除旧建筑所产生的建筑废弃物数量也在快速增长,这些建筑废弃物引发了一系列诸如环境污染、资源浪费、占用土地等危害,如何处理和利用越来越多的建筑废弃物,已成为城市发展进程中实现城市可持续发展所面临的一个重要课题。自2013年起深圳市市政设计研究院有限公司等单位组成课题组系统地开展了“建筑废弃物在道路工程应用技术研究”,经大量的室内试验和工程实践,编制了深圳市地方标准SJG48—2018《道路工程建筑废弃物再生产品应用技术规程》,根据道路工程特点和结构特征,建筑废弃物再生产品可应用于路面结构层、路基防护结构、道路附属设施、路基填筑、市政管线基础及管槽回填等混凝土工程。笔者仅就路用再生骨料水泥混凝土性能研究内容进行论述。
1再生骨料水泥混凝土性能研究
当再生骨料水泥混凝土的配制强度等级为C20时,随着再生粗骨料强度的降低,再生骨料水泥混凝土的强度也相应降低,但降低幅度不大;当再生骨料水泥混凝土的配制强度等级提高为C35时,采用再生粗骨料A配制的再生骨料水泥混凝土强度略高于天然骨料混凝土的强度,随着再生粗骨料强度的降低,再生骨料水泥混凝土的强度有明显降低;当再生骨料水泥混凝土的配制强度等级提高到C45时,采用再生粗骨料B、C配制的再生骨料水泥混凝土的强度已无法满足强度要求。采用不同强度的再生粗骨料配制混凝土时,其对再生骨料水泥混凝土抗压强度的影响可简化为:1)再生粗骨料对抗压强度的影响,取决于再生粗骨料本身的性质;2)包裹再生粗骨料的砂浆对抗压强度的影响,取决于原配合比,特别是水胶比;3)砂浆与再生粗骨料的粘结对抗压强度的影响,取决于以上两方面性质的相容程度。在抗压强度试验中,随着再生粗骨料强度的降低,相同配合比下再生骨料水泥混凝土的强度必然降低,因为这时砂浆的情况是一致的,而再生粗骨料对于荷载的承载能力降低了。当荷载增加时,再生粗骨料由于较低的弹性模量会使再生骨料水泥混凝土产生更大的变形,导致微裂纹过早产生,当再生粗骨料本身的承载能力较低时,不论砂浆情况如何,都会在再生粗骨料失去承载能力时导致再生骨料水泥混凝土的破坏。再生骨料特性对再生骨料混凝土强度和碳化性能的影响,其结果表明:以高强度等级原生混凝土为再生骨料配制较低强度等级的再生骨料混凝土时,其强度与普通混凝土几乎相同,再生骨料表面砂浆的强度及附着率对再生骨料混凝土强度影响不大,但碳化深度有所增大;以较低强度等级原生混凝土为再生骨料配制同强度等级以上的再生骨料混凝土时,其强度与普通混凝土相差较大,再生骨料表面砂浆的强度及附着率对再生骨料混凝土强度影响较大,碳化深度也相应增大。当采用再生砂取代天然砂时,即粗、细骨料全部采用再生骨料时,对C20再生骨料水泥混凝土的影响并不明显,虽然再生骨料水泥混凝土的强度等级略有降低,但仍可满足强度设计要求。
因此在配制低强度的再生骨料水泥混凝土时,可以全部采用再生骨料,从而提高再生骨料的利用率。
2应用措施分析研究
2.1再生骨料在道路垫层中的应用
一般情况下混凝土再生骨料可以直接在垫层中使用,而且能很好地改善土基的湿度和温度。碎石垫层的级配是起决定因素的,无论是碎石垫层的强度还是其稳定性,都与其施工成型时的级配有很大关系,因此保证碎石垫层的级配是施工质量控制的关键。而有时考虑到工期,为了提高垫层早期强度,得出了用于垫层混合料的经济且环保的配比,使得垫层强度在短时间内增长速度适当加快。目前由于废弃混凝土破碎的成本较高,因此应用并不广泛。
2.2再生骨料在道路面层中的应用
再生骨料应用于水泥混凝土路面最重要的是其拌和水量的确定。考虑到再生骨料因破碎时留下较多微裂纹,且骨料上残存有大量水泥浆,故拌和时吸水严重,因此再生混凝土制备时,大多要将再生骨料浸泡测其吸水率,在拌合前调整用水总量。再生骨料混凝土路面有一定的优势,有研究指出对于混凝土路面弹性模量越高,在同样的荷载条件下,产生应变也越小,相对应的极限应变值较高,从而降低裂缝以及破坏发生的概率;而粉煤灰可以适当降低混凝土的弹模,这对于提高路面再生骨料混凝土的抗裂能力和体积稳定性有很好的作用。但是伍超通过扫描电镜研究发现,再生骨料混凝土的强度比天然骨料混凝土有所降低的直接原因是,再生骨料与新砂浆之间有明显的界面,且界面区内水化产物呈疏松多孔的特点,从而导致再生骨料与浆体界面粘结强度较低。尽管如此,经过葛磊研究出了预置再生骨料混凝土,通过一系列的研究发现通过优化配合比,预置再生骨料混凝土的力学性能和耐久性有所降低都略有降低,但都满足在工程中应用的要求。MoonCWon.于1995年在美国休斯敦市研究了再生骨料建造的连续级配混凝土道路,其指出经过10多年的繁忙交通的考验,这条完全由再生骨料建造的道路依旧表现出良好的性能。
2.3再生骨料在基层中的应用
再生骨料与天然碎石相比形成了吸水率高,压碎值高,密度低等缺点,但是基本都能满足相应公路基层规范要求,而这些缺点最大的危害是会导致收缩过大裂缝的产生。彭亮发现随着水泥剂量的增加,同等级配的再生骨料半刚性基层抗压强度等力学性能都随水泥剂量的增大而增大。付佳丽还发现再生骨料混合料的强度随着龄期的增长比普通集料要快。而且朱霞更是结合水泥稳定再生骨料混合料的强度、路用性能和工程经济成本的要求,得到了混合料中各组成间的比例关系函数方程,并给出了其组成设计步骤,以便更好地指导工程。然而,陈静发现水泥稳定再生骨料混合料的最佳含水量在通常在10.5%~11.5%之间,而普通集料只有5%~8%。目前工程中普遍的解决办法是加入减水剂等外加剂或者减少再生骨料的使用量,而万连建从改善再生骨料的性质出发,对再生骨料进行球磨处理从而改善其性能,可在一定程度上减少收缩,但是此方法效率较低,并不能广泛应用于实际工程。二灰稳定再生骨料应用于高等级公路基层,再生骨料的用量达到80%~85%时是最佳的。与水泥稳定材料相比,粉煤灰的掺入可以使得混合料的干缩性能得到显著改善,并且降低收缩约25%。
结语
(1)目前由于废旧混凝土的破碎方式以及来源的不同造成了再生骨料的成分以及性能有较大区别,因此需要寻找一种优良的破碎方式来改善再生骨料的各项性能;(2)目前再生骨料在道路工程中的应用缺乏统一的,且具有权威性的行业规范标准进行参考和指导,这大大阻碍了再生骨料在道路工程中的推广和应用。
参考文献:
[1]深圳市市政设计研究院有限公司.道路工程建筑废弃物再生产品应用技术规程:SJG48-2018[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.