不同替代率再生骨料水泥稳定碎石性能研究

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0 引 言
近年来，随着社会的发展，人们面临资源短缺和自然环境恶化的严峻挑战。

建筑工程和道路建设所需碎石开采也受到限制，并逐渐变得匮乏。

路面在服役一定年限后，其整体性能不能满足路用要求，但通过路面再生，路面骨料可以再利用，既缓解了天然碎石的匮乏，又可以节约经济，实现可持续发展[1-3]。

从20 世纪 80 年代起，欧美发达国家开始对再生集料应用研究，其中美国、英国、韩国等国家对再生集料的研究已经有工程应用[4-5]。

为大力推广再生集料在我国道路建设中的应用，我国的众多学者和工程人员也从事相关研究。

陈湘华[6]通过及水泥稳定再生集料的路用性能研究，认为水泥稳定再生集料的7d 、14d 、28d 、90d 无侧限抗压强度满足规范，再生集料的物理性能指标力虽低于天然集料，但能满足现行规范的要求。

蒋帅等[7]研究水泥稳定再生骨料的力学性能，试验结果表明，再生骨料水泥稳定碎石抗压强度满足规范要求，可用于道路工程中。

盛燕萍[8]研究认为需控制再生水泥稳定碎石的细集料含量和水泥含量以提高
不同替代率再生骨料水泥稳定碎石性能研究
Study on the Performance of Recycled Aggregate Cement Stabilized Macadam
With Different Substitution Rates
闫庆尧1 沈振宗1 吕文龙1 王增强2 尹壮飞3（1. 山东高速工程建设集团有限公司，山东 济南 250014；2. 山东省高速养护集团有限公司，山东 济南 250032；3.山东高速路桥集团股份有限公司，山东 济南 250014）
摘要：再生骨料替代天然骨料用于水泥稳定碎石半刚性基层，缓解了天然碎石过度开采并减少了建筑垃圾再处理，对路面基层建设具有重要引导意义。

文中研究再生骨料的性能和不同再生骨料替代率下水泥稳定碎石的强度发展规律，试验结果表明：与天然集料对比，再生粗集料和细集料的吸水率平均提高3倍，各粒径的表观密度平均下降2.6%。

随着水泥稳定碎石中再生集料占比增加，水泥稳定碎石各龄期抗压强度逐步减小，与天然碎石水泥稳定碎石比较，再生骨料100%替代下7d、28d 和60d 抗压强度分别下降了32.6%、26.1%和23.1%，变异系数呈现增大的趋势，但满足规范要求。

研究表明，适当的再生骨料替代，能够满足路面基层各种场景下建设要求，具有一定的工程借鉴作用。

关键词：半刚性基层；水泥稳定碎石；再生集料替代率；抗压强度中图分类号： TU642+.2 文献标识码：A
抗冲刷性。

焦建伟[9]试验研究再生骨料混凝土作为路面基层材料的可行性，再生骨料混凝土破碎后的 4.75 mm 以上 40 mm 区间的骨料一定比例掺杂，基层强度变化不大，可以完全满足工程需要。

研究现状展现出再生集料用于水泥稳定碎石基层的可行性和应用前景。

因此，本文拟通过试验测试再生集料的物理性能，并研究不同再生集料替代率下水泥稳定碎石的力学性能，为再生集料基层工程应用提供一定的基础。

1 试验材料与方法
1.1 原材料
文中试验选用陕西耀县生产的P·O32.5 水泥，技术性能见表1；再生集料和天然集料为市场购置，其中再生集料为路面基层通过破碎得到；混合料拌合用水为普通自来水。

试验选用 5 种混合料: 100% 再生骨料、75%天然骨料+25%再生骨料、50%再生骨料+50%天然骨料、25%天然骨料+75%
再生骨料和100%天然骨料水泥稳定碎石进行配合比
基金资助：本项目受山东省技术创新项目资助（编号：202150101128、202011901014）
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设计，其中水泥含量选用5%，按照《公路沥青路面设计规范》要求，通过击实法确定最大干密度、最佳含水量，见表2为骨料级配。

1.2 试验方法
首先，对再生集料和天然集料的性能进行测试，试验方法为JTG/E42-2005《公路工程集料试验规程》所述。

其次，文中水泥稳定碎石采用普通的小型搅拌设备制备，依据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》所述方法，采用静压法成型，制得 98%的压实度且直径与高度均为 150 mm 的圆柱体试件，在标准环境下养护（20℃±2℃、湿度≥95%），分别测试试件的 7d 、28d 和60d 无侧限抗压强度，最后，对测试试验结果进行记录和分析。

2 试验结果与分析
2.1 再生集料性能
试验选用的再生集料为水稳碎石层破碎生成，天然集料为石灰岩，集料规格为0 mm ~ 30 mm ，其外观见图1所示。

由图1可看出，天然集料色泽光丽、表面光滑清洁，外形近似圆球形状，有利于形成密实的骨架。

再生集料大多呈现扁平状和条形针状，相比天然集料，不易形成骨架形态，在受外力作用时，扁平状和条形针状颗粒薄弱点易断裂，不利于承载。

再生集料表面附有硬化砂浆，不利于界面的黏结，在
利用过程中会形成薄弱面，削弱力学性能。

同时，一部分再
表2 水稳碎石骨料级配
表1 水泥性能指标要求及试验值对比
生集料在生产中产生微小裂纹，在使用中会使水泥砂浆渗入，进而影响整体性能。

按照JTG/E42-2005《公路工程集料试验规程》中提供的方法，对比测试再生集料和天然集料的吸水率和表观密度等指标性能，见表3所示为两种集料的吸水率和表观密度性能对比。

由表3可知，再生集料各粒径吸水率均大于天然集料吸水率，再生粗集料吸水率比天然粗集料吸水率增大了2 倍左右，这是由于再生集料在制备中，原来包裹的砂浆不可能完全出去，增加了吸水率大，同时铣刨时产生的大量微裂缝，也增大了吸水率。

由表3可知，对于表观密度，再生集料整体密度下降了2.6%。

再生集料在0 mm ~ 2.36 mm 和26.5 mm ~ 31.5 mm 与天然集料对比下降明显，这是因为再生集料中，0 mm ~ 2.36 mm 粒径制备中含有大量的水泥或是石粉，使得整体密度减小。

在 26.5 mm ~ 31.5 mm 粒径，由于再生集料尺寸较大，部分集料上黏附有细集料和其它小粒径集料，同样减小整体密度。

在2.36 mm ~ 26.5 mm 粒径，表观密度随粒径的增加而减小，因为随着粒径的增加，硬化砂浆含量增加，硬化砂浆松软吸附，使得集料表观密度减小。

2.2 再生集料水稳碎石抗压强度
表4为再生集料掺量对水稳碎石抗压强度对比数据，
图2
为再生集料掺量对水稳碎石抗压强度发展规律对比。

由
表3 两种集料的吸水率和表观密度性能对比
图1 再生集料与天然集料外观对比
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表4和图2可知，掺入再生集料后，无论哪种掺和比下，水泥稳定碎石强度变化趋势符合普通的水泥稳定碎石抗压强度增长规律，0到7d 抗压强度增长最快，中间龄期强度增长减慢，28 天抗压强度基本达到了最终抗压强度的 80%。

对不同再生集料替代率下水泥稳定碎石强度对比，替代率从0、25%、50%、75%、100%逐步增加时，与替代率为0对比， 7d 抗压强度分别下降了7.2%、16.9%、25.3%、32.6%，28d 抗压强度分别下降了5.7%、12.2%、20.3%、26.1%，60d 抗压强度分别下降了4.1%、6.9%、15.9%、23.1%，试验结果表明，再生集料含量越大，再生集料水泥稳定碎石的强度下降越大。

这是因为再生集料由于硬化砂浆和微裂缝的存在，强度小于天然集料，在再生利用中会成为薄弱点，会造成再生集料水泥稳定碎石的强度下降。

此外，由表4也可知，与抗压强度相反，随着再生集料比例的增加，水泥稳定碎石的7d 、28d 和60d 抗压强度的变异系数逐步增加，这是因为再生集料表面附着砂浆的存在，且这种砂浆状态具有随机性，从而导致新的界面结合后薄弱位置分布不均匀，表现为试件强度测试时差异性变大，造成再生集料水泥稳定碎石的变异性较大。

3 结 论
文中对不同替代率再生骨料水泥稳定碎石性能进行了
研究，对再生骨料性能和再生骨料水泥稳定碎石抗压强度进行测试，研究结果表明，与天然骨料对比，再生骨料外观结构、吸水率、表观密度等都弱于天然碎石，但满足规范要求；再生集料含量越大，再生集料水泥稳定碎石的强度下降越明显，替代率为100%时，相比天然骨料水泥稳定碎石，7d 、28d 和60d 抗压强度分别下降了32.6%、26.1%和23.1%，满足基层应用要求，适当再生集料替代，具有环保性和经济效益。

参考文献
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[6] 陈湘华. 水泥混凝土路面破碎后再生集料路用性能研究
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能研究[J ]. 青海交通科技, 2020 (1) : 76-80+99.
[8] 盛燕萍. 基于抗冲刷性能的水泥混凝土路面半刚性基层
材料组成设计研究[D ]. 西安:长安大学, 2010.[9] 焦建伟. 再生骨料混凝土在道路工程中的试验研究[D ].
南京: 南京理工大学, 2013.收稿日期：2023-02-08
作者简介：闫庆尧，学士，高级工程师，主要从事高速公路
施工管理和设计。

表4 再生集料掺量对水稳碎石抗压强度影响
图2 再生集料掺量对水稳碎石抗压强度发展规律对比
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