市政工程再生二灰道路基层试验研究

市政工程再生二灰道路基层试验研究

孟平原 夏中强

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

[摘要]：基层作为道路工程的主要承重层，将面层荷载扩散到路基，基层材料的质量是关系到道路整体质量。针对目前建筑垃圾分类破碎与再生集料加工的工厂化生产、设计城市道路半刚性基层级配、城市交通对道路工程迅速开放的特殊要求与城市道路建筑垃圾对半刚性基层（底基层）结构施工技术的适应性等技术难点，有针对性的主要研究了：再生破碎集料的特性研究与高附加值的再生技术、二灰稳定碎石基层材料的技术指标与组配方法、再生基层材料组配城市道路路面结构的力学分析、优化城市道路半刚性基层（底基层）结构施工技术，以及工程造价分析与应用效果评价。

[关键词]：市政道路工程；再生基层；试验研究

1、研究背景

铣刨后的半刚性基层材料大量废弃,造成材料资源的巨大浪费、土地资源的占压，并对环境问题造成破坏，在一些发达西方国家，废旧半刚性基层的回收再生研究国外起步较早，我国建设部鼓励建筑垃圾综合利用，鼓励建设单位优先采用废旧基层材料综合利用产品。

2、再生骨料强度

再生骨料的强度通常是指再生粗骨料的强度粗骨料的强度特性取决于它的矿物组成、比重、吸水性、空隙率及孔隙结构,而再生粗骨料由于组成成分复杂,孔隙率高,吸水率大等物理特性。

由试验数据可知：天然碎石压碎值为19.15，再生骨料压碎值为,23.32，再生骨料的压碎值明显高于天然骨料,这是由于再生粗骨料表面附着灰浆的强度和刚度相对较低,软弱易破碎,在外力作用下容易从再生骨料表面脱离,因此,再生骨料的压碎指标比天然骨料大,由于压碎指标表示骨料抵抗压碎的能力,所以再生骨料抵抗压碎的能力较弱，但是仍然满足规范要求。

3、二灰稳定再生碎石基层材料的制配

3.1材料配合比设计

《公路路面基层施工技术细则》(JTG/TF20-2015)二灰稳定类基层（底基层）材料7d无侧限抗压强度标准值R_d如表1所示。根据青岛地区常用二灰碎石经验比例，试验研究确定选择二灰（石灰粉煤灰）稳定再生碎石混合料的配合比为消石灰：粉煤灰：集料=8:17:75。

击实试验采用重型击实的方法，两组方案的击实曲线如图1所示。

图1 城镇道路中值型击实曲线

依据表1试验参数进行7d无侧限抗压强度试验，控制压实度为98%，采用静力压实的方法成型混合料试件，标养龄期7天成型试件9个，标养龄期60天成型试件9个，其试验结果汇总于表2。

表2 7d无侧限抗压强度试验结果

分析表2可以看出，配合比设计方案无侧限抗压强度均满足设计要求。7d无侧限抗压强度平均值分别是青岛地区常规二灰稳定碎石7d无侧限抗压强度平均值的2.3倍。

4、干缩试验

处于自然气候条件下的再生集料刚性基层在经历温度和湿度变化时，会产生一定量的收缩,在收缩比较严重的情况下，基层表面往往会出现有规律的横向裂缝,并进一步发展到面层形成反射裂缝,这些反射裂缝是导致沥青路面破坏的主要原因之一，因此对于二灰碎石再生集料刚性基层必须具有较好的抗收缩性能。

本研究针对二灰稳定再生碎石半刚性基层易出现干缩裂缝问题，对二灰稳定再生碎石半刚性基层进行干缩变形指标研究。无机结合料稳定材料的干燥收缩可通过测定其失水收缩的程度和计算干缩系数评价。通过数值的变化测定试件的收缩变形值。

4.1专用仪器设备

试模：专门定制了内壁尺寸100mm×100mm×400mm钢模及振动压实的试模压头。

干缩试验箱：应用砂浆标准干缩箱，箱内控制温度为20℃±1℃，相对湿度为60%±5%。收缩仪：两端设计可安装千分表，中间能放置中梁试件。千分表：满足0.001mm的精度要求。

4.2 试件制备与养生

本试验制备两组试件。同一配合比混合料6个试件为一组，3个试件用来测定材料的收缩变形，另外预留3个标准试件，用于测定材料的干缩失水率。

按要求计算、称料、拌料、闷料，在试件成型前1h内，加入预定数量的水泥并拌和均匀，拌和均匀的加有石灰粉煤灰的混合料应在1h内按规定方法制成试件。静压成型， 6h脱模，脱模后，立即称量试件质量，并测量试件尺寸，然后按照T0845-2009标准养生方法进行试件养生。

试件成型后按标准养生7d后将保水后的试件表面水擦干，用钢板尺测定试件长度，重复3次，取得平均值为基准长度；至无明显水迹后测得试件初始质量。

图2 试验制备与养生

14天内每天一次读数，称量标准试件，在14天后到一个月每两天读一次，此后每10天读取千分表读数，如图2所示。并称取收缩仪和试件总质量。在干缩观测结束后，将标准试件烘至恒重。

采用公式1~5计算相应参数（失水率、干缩量、干缩应变、干缩系数）。

失水率： （1）

干缩量： （2）

干缩应变： （3）

干缩系数： （4）

总干缩系数： （5）

试中： —第i次失水率（%）；

—第i次观测干缩量（mm）；

—第i次干缩应变（%）；

—第i次干缩系数（%）；

—第i次标准试件称量质量（g）；

X_i，j—第i次测试时第j个千分表读数（mm）；

l—标准试件长度（mm）；

m_p—标准试件烘干后质量（g）。

4.3 试验结果

配合比试件干缩应变在2d龄期变化最大，达到-200个微应变，试件吸水膨胀；3d龄期至9d龄期试件干缩应变围绕0轴上下波动；9d龄期至60d龄期试件处于收缩状态。试件累计干缩率2d龄期至8d龄期处于膨胀状态；9d龄期至11d龄期试件整体膨胀结束；12d至60d试件回缩，至60d龄期试验结束时，试件整体基本稳定。

图3 干缩应变图

试件失水率随着养护时间的推移，失水率逐渐降低并维持在7%~8%之间，失水率稳定。半刚性基层材料在施工初期的养生条件至关重要，建议施工后一周内必须进行湿法养生,以防失水过大，干缩应变加剧，从而过早地产生干缩裂缝。

图4 失水率图

试件干缩系数2d龄期产生突变，其值超过-40×10^-4；此后至9d龄期干缩系数围绕0轴波动；10d至60d干缩系数始终为正值。试件累计干缩系数从2d至8d龄期处于震荡下降状态；9d龄期开始稳定，12d龄期试件累计干缩系数开始上升直至试验结束。

图5 干缩系数图

5.结论

本文主要从原材料强度、配合比及干缩性能方面展开，通过研究表明：再生二灰基层材料具有很好的力学性能，并且满足城镇道路基层各项指标是未来发展的趋势。刚性基层材料在施工初期的养生条件至关重要，施工后一周内必须进行湿法养生,以防失水过大，干缩应变加剧，从而过早地产生干缩裂缝。

参考文献：

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[2]孔晨光,王胥,姚占勇.二灰碎石再生集料刚性基层应用研究[J].公路交通科技(应用技术版),2011,7(04):95-99.

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