摘要：本文主要论述了再生集料的特性和再生集料用于水泥稳定碎石技术的一些探索性研究。首先对再生集料的各项物理性能指标进行了试验和分析，通过试验发现再生集料特别是再生细集料对水泥稳定碎石强度的影响非常大。同时，对再生集料的用法和用量进行了探索，以及延时成型强度的下降情况。最后验证了再生集料用于水泥稳定碎石的耐久性能，发现掺再生集料的水泥稳定碎石强度发展良好，耐久性能十分优异。
关键词：再生集料；水泥稳定碎石；路面基层；配合比；耐久性
1 引言
半刚性基层是目前我国主要的基层结构形式。半刚性基层材料主要有两种：其一是粉煤灰—石灰的二灰稳定碎石，其二是水泥稳定碎石。采用水泥稳定的碎石基层具有强度高、刚度大、整体性强、耐久性好、干温缩较小、易于施工、水稳性和抗冻性好以及抗行车疲劳性能较好等优点，因而得到推广和应用。
而同时在城市化进程中，废弃混凝土是城市发展的负担，再生混凝土集料用于水泥稳定碎石，可以用以道路建设，对环境有不造成二次污染。
本研究拟在研究再生集料特性的基础上，探索了再生集料对水泥稳定碎石性能影响，为其在工程应用中提了供理论依据。
2 试验方法
2.1 原材料
水泥：采用海螺P.O32.5普通硅酸盐水泥，其物理力学性能见表1。
天然集料：采用粒径为19~9.5mm，9.5~4.75mm，4.75~2.36mm及2.36mm以下四档的石灰岩，压碎值8.5%。
2.2 试验方法
试件成型采用重型击实成型，试件尺寸为Ф15cm，高度15cm的圆柱体，试件从试模内脱出后立即用塑料薄膜包覆，并送至相对湿度大于95%，温度为25±2℃的养护室保温保湿养生到规定龄期。养生6天后浸水24h，测其7d无侧限抗压强度，并对同批试件测其长期无侧限抗压强度，观察其强度增长趋势。同时测定其延时强度，以确定延时成型对强度影响。
基层材料的耐久性能目前还没有统一的试验规程。材料的抗冻性能通过一定次数的冻融循环作用后的强度下降情况来表征；水稳定性能通过在水中一段时间后的强度变化来表征；抗硫酸盐侵蚀性能通过在5%Na2SO4溶液中浸泡一段时间后的强度变化来表征。
3 结果与讨论
3.1 再生混凝土集料的特性
再生混凝土取自上海沪太路水泥混凝土面层，其强度测试结果如表2。
注：试样为取芯，抗压强度测试为Ф10cm试样，劈裂强度测试为Ф15cm试样。
3.1.1 粒形与表面构造
再生粗集料的外观略为扁平同时带有较多棱角，外观介于碎石与卵石之间。再生粗集料的这种外形将会降低新拌拌和物的工作性。
再生粗集料的表面较为粗糙，孔隙较多，天然粗集料的表面则相对光滑。肉眼可以看到再生粗集料表面大都附着或多或少的水泥砂浆。
3.1.2 吸水率
表３给出了天然及再生粗集料的吸水率试验结果。试验结果表明，再生粗集料的24h吸水率显著高于天然粗集料，约为天然粗集料的6倍。吸水率增大的主要原因是再生粗集料表面附着部分水泥砂浆，其孔隙率高，表现为吸水率增大。由于再生粗集料吸水率高[1]，为使其拌制的混凝土获得与普通混凝土相同的工作性，需要增加拌合水的用量。再生粗集料的高吸水率通常被认为是其相对于天然粗集料最重要的特征。
表３同时给出了再生粗集料的吸水率随时间的变化关系，可以看出再生集料吸水速率大于天然粗集料。对于再生粗集料，10min可达到饱和程度的77%左右，30min达到饱和程度的82%以上，1h达到饱和程度的90％。而天然粗集料10min只达到饱和程度的62％，1h才达到饱和程度的76％。
3.1.3 表观密度
天然与再生粗集料的表观密度测试结果列于表4。由表4可以看出，与天然粗集料相比，再生粗集料的表观密度降低10%。再生粗集料密度降低的原因主要是其表面水泥砂浆含量较高的缘故。再生粗集料密度降低将导致再生混凝土的密度和弹性模量降低。
3.1.4 含泥量
再生粗集料与天然粗集料的含泥量试验结果列于表8。由表8可见，再生粗集料的含泥量高于天然粗集料，但其含泥基本上是非粘土质的石粉，含泥量可放宽至2.0％，可以满足《标准》的要求。这主要是由于再生集料的破碎工艺所致，由于含泥量过高会对混凝土的性能产生不利的影响，如强度降低，收缩增大等，因此拌制混凝土前应该采取措施降低其含泥量。
3.1.5 针片状颗粒含量
粗集料中颗粒长度大于该颗粒所属粒级平均粒径2.4倍者称为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者称为片状颗粒。粗集料中针片状颗粒过多时，会影响混凝土的和易性，并对混凝土的耐久性产生不利影响。天然及再生粗集料的针片状颗粒含量试验结果列于表4。可以看出，再生粗集料的针片状颗粒含量较天然粗集料稍高，但差别不大，能够满足《标准》的要求（针片状颗粒含量≤15%）。
3.1.6 压碎值指标
压碎值是表征集料抵抗压碎的能力的指标。天然及再生粗集料压碎指标值试验结果列于表5。由表5可见，再生粗集料的压碎指标值显著高于天然粗集料，为其3倍左右，表明再生粗集料的强度低于天然粗集料，这主要是因为再生粗集料表面水泥砂浆含量较高且粘结较弱，导致再生粗集料较天然粗集料易破碎。
注：再生集料压碎值是5批料，取10个样测试结果的平均值
3.2 再生集料对水泥稳定碎石性能的影响
3.2.1 再生集料掺量对水泥稳定碎石7天无侧限抗压强度的影响
首先按嵌挤原理确定各级集料用量，先确定粗集料用量；然后粗集料的空隙由次一级颗粒所填充；其余空隙又由再次一级颗粒所填充。这种既有嵌挤、又填充的集料在理论上应该是摩阻力、凝聚力和密实度最好的混合料。表6是各档集料用量组成。
由上表可知，采用级配1#的集料组成的紧密密度最大，可以采用此集料组成可以配制出体积稳定性佳、强度高的水泥稳定碎石。
采用1#集料级配配制各种再生集料掺量水泥稳定碎石强度测试结果见表７。
由试验结果可以看出，当水泥用量一定时，水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度随再生集料用量增加而下降。当再生集料用量一定时，水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度随水泥用量增加而提高。这是由于再生集料表面附着一定量砂浆。增加了水泥稳定碎石混合料的界面，而界面是混合料中最薄弱的环节，从而造成整个体系的抗压强度下降。
3.2.2 再生集料级配对水泥稳定碎石强度的影响
根据以上实验结果发现再生集料掺量为30%时，水泥稳定碎石在水泥用量为6%，其7d无侧限抗压强度3.2MPa，不能满足特重交通的要求[2,3]；水泥用量7%时强度可达5.7MPa，可以满足特重交通的要求。但水泥用量超出规范范围[4]。为了降低水泥用量对再生集料级配作进一步调整，具体级配见表8。
对于以上两种再生集料级配制备的水泥稳定碎石得出的7d无侧限抗压强度列于表9。
注：再生集料掺量为30%。
由表中结果可以看出再生集料级配及粒径对水泥稳定碎石强度影响非常大。当再生集料中含有粒径小于4.75mm，特别是含有大量粒径小于2.36mm的颗粒时，所配制的水泥稳定碎石强度非常低，而当再生集料使用规格仅为19~9.5mm和9.5~4.75mm两档时，强度提高非常明显。在水泥用量5%，再生集料掺量30%的水泥稳定碎石中，二者强度相差近4MPa．这是由于在再生集料中小于2.36mm的细集料基本上是数你砂浆，其强度相对于天然集料要小得多。
3.2.3 再生集料用于水泥稳定碎石的延时强度
由以上实验结果可知采用合适的集料级配，再生集料用于水泥稳定碎石是可行的。当水泥用量为5%时，其7d无侧限抗压强度可达5MPa以上，完全满足重交通对路基材料的强度要求[3,5]。但水泥稳定碎石从生产摊铺到压实有一定的时间间隔，因此水泥稳定碎石延时成型对无侧限抗压强度影响就至关重要。实验采用水泥掺量为5％，天然集料与再生集料比例为7:3时，并且再生集料使用规格为19～9.5mm和9.5～4.75mm两档。各延时成型时间对水泥稳定碎石强度影响见图1。
由图中结果可知，随成型时间推迟，水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度下降，当水泥稳定碎石拌和后3小时成型。其7d强度下降幅度达25％左右，而2小时后成型强度损失仅为10％左右。由此可以认为水泥稳定碎石以拌和到碾压成型的时间必须控制在2小时以内，这样才能确保水泥稳定碎石的质量[6]。
3.2.4 再生集料用于水泥稳定碎石的耐久性能
耐久性是水泥稳定碎石最重要的性能之一。长期以来水泥稳定碎石的使用环境都充满着影响其耐久性的有害物质，从而造成水泥稳定碎石实际使用寿命的缩短，表10列出再生集料置换率30%和40%，水泥用量5%的水泥稳定碎石耐久性测试结果[7]。
由实验结果知，随再生集料用量增加，水泥稳定碎石耐久性能下降。在本实验范围内，掺30%再生集料水泥稳定碎石在5%硫酸钠溶液中浸泡30天无侧限抗压强度提高33%；在干湿循环50次的条件下强度提高7%。由此可以认为掺再生集料水泥稳定碎石具有十分强的抗硫酸盐侵蚀能力和抗干湿循环能力。
由抗冻融循环能力测试结果可知，经过50次冻融循环后，掺再生集料水泥稳定碎石的强度损失小于10%，可以认为其已满足路面基层所需要的抗冻要求。
4 结论
(1) 再生混凝土集料带有较多棱角和孔隙，从而使其局部强度过低且易吸水，压碎值最大达29.4%，吸水率比天然集料大5~6倍。
(2) 在水泥稳定碎石中掺加再生集料会降低其7天无侧限抗压强度，并且随再生集料用量增加而下降。粒径小于4.75mm，特别是小于2.36mm的再生集料对强度影响非常大。
(3) 当再生集料用19~9.5mm和9.5~4.75mm两档来配制水泥稳定碎石，在水泥用量5%时其7d无侧限抗压强度可达5MPa以上。
(4) 掺再生集料的水泥稳定碎石无强度没有倒缩现象，耐久性能十分优异。
参考文献：
[1] 徐亦冬,姜珂,周士琼.再生骨料与再生混凝土技术新动向与评述[J].新型建筑材料,2005,09:34-37.
[2] 李小重.水泥稳定碎石基层的级配优化[J].中外公路, 2005, 25(4):64-67.
[3] 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006) [S].北京:人民交通出版社,2006.
[4] 宋少华,杨晓勇,许志鸿,孙兆辉,李淑明,孙洪燕.水泥稳定碎石基层合理强度的探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2006,4:51-54.
[5] 李淑明,许志鸿.水泥稳定碎石基层的最低劈裂强度和抗压强度[J].建筑材料学报,2007,10(2):177-182.
[6] Otsuki N, Miyazato S, Yo-W. Influence of Recycled aggregate on interfacial transition zone, strength, chloride penetration and carbonation of concrete[J]. Joural of materials in civil engineering, ASCE, 2003,9/10:443-451.
[7] 梅传江,牛朋.水泥稳定碎石基层路用性能研究[J].公路交通科技,2002,19(3):35-37.
