第 32卷第 6 期 2015 年 12 月 华 东 交 通 大 学 学 报 J ournal of E ast China J iaotong University V 01.32 NO.6 D ee .,20 15 文章编号 :1005—0523 (2015 )06—0067—07 水泥稳定三渣基层回收料的收缩性能 常 康 ,李立寒 ,汪于凯 ( 1.同济大学道路与交通212程教育部重点实验室 ,上海 201804;2.青岛市市政212程设计研究院有 限责任公司 ,山东 青 岛 266000) 摘要 :采用上海地 区早期用二灰碎石( 简称三渣) 基层回收料部分或全部替代天然集料用 于水泥稳 定碎石基 层建设 中。为 了研 究水泥稳定三渣基层 回收料 收缩性能 ,基于干缩应 变、失水 率、干 缩 系数等指标 ,考虑三渣 回收料掺量 、水泥剂 量等 因素 的影 响,对其收缩特性进行 了室内试验研 究。井对比分析 了水泥稳定三渣基层回收料与普通水泥稳定碎 石收缩性 能的差异 。试验结 果表 明:暴 露时间、失水率、三渣回收料掺量及水泥用量等 因素 ,均对水泥稳定三渣基层 回收料 的收 缩变形特性产生明显影响 : 普通水泥稳定碎 石混合料 的收缩性能优于水泥稳 定三渣基层 回收料。 关键词 :三渣基层 回收料 :水泥稳定碎 石 :收缩性能 中图分类号 :U416.26 文献标志码 :A 20 世纪 80 年代初 ,上海率先开发 了石灰粉煤灰稳定碎石基层 ,并将其广泛应用于各类等级道路的基层 中,早期的石灰粉煤灰稳定碎石基层俗称三渣基层【l-2],其 中的主要材料为 35 70 mm粗粒径 的石料 ,开级 配 ,空隙高 ,石灰粉煤灰的质量约占总量的 35%。近几年 ,在 日益增加的交通量和环境 因素作用下 ,三渣基层 产生 了较为严重的病害现象 ,养护、维修问题 日渐凸显 ,产生了大量的三渣基层废料 。 目前 ,大部分三渣基层废料采用填埋 、露天堆放等方法予以处置 ,不仅耗用 了大量耕地及垃圾清运等建 设经费 ,还造成 了严重的环境污染。同时据调查 ,每年约有 12%的旧路需要从基层开始 ,将原有 旧料挖除弃 置 ,再用新材料重新铺设对路面进行改造 ,这种传统旧路改造方法导致成本增加 、资源浪费等问题[3_51。对其 进行再生利用 ,对节省投资、保护环境等方面具有显著 的经济效益和环境效益。近些年来 ,我国部分学者和 研究机构开始对三渣基层 回收材料的再生技术展开研究 ,研究主要涉及 两方面的内容 ,一方面是针对再生 方案 的研究 ,包括将三渣 回收料用作刚性基层的集料或用作半刚性基层 的集料【 3卅:另一方面是针对再生混 合料基本力学性能的研究 ,但未涉及再生混合料收缩性能的研究【 5 。将三渣基层 回收料用于水泥稳定碎石 基层建设 中,但该类基层致命的缺陷是容易产生裂缝 ,从而导致路面其它病害 ,裂缝产生的原因与混合料 的 收缩性能有关[71。鉴于此 .为合理有效的将三渣基层 回收料用于基层建设 中,有必要对水泥稳定三渣基层 回 收料的收缩性能进行研究 。为了分析水泥稳定三渣基层回收料 的收缩性能 ,并 了解三渣回收料掺量 、水泥剂 量等 因素对混合料变形性能的影 响.依据相关的试验规范展开 了一系列研究 ,期望此研究成果对实际工程 中三渣回收料在水泥稳定碎石基层中的合理应用有所贡献。 1 试 验材料与试 验方法 1.1 试 验材 料 水泥采用江苏太仓海螺牌 32.5 复合硅酸盐水 泥 ,其性质满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175- 2007) 的要 求 ,水泥的技术指标见表 1。试验 中采用 的天然集料为普通 的石灰岩集料 。 收稿 日期 :2015—06—14 作者简介 :常康( 1990一 ) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为路基 路面工程 ;李立寒( 1957一 ) ,女 ,教授 ,研究 方向为路基路 面。 68 华 东 交 通 大 学 学 报 垒Ol 5 年 本文采用的三渣基层回收料来 自上海浦东新 区南六公路道路改建工程 ,该道路已服役 15 年 ,回收料经 反击 式破碎 处理 。三渣 基层 回收料 和天 然集料 的基本 性能 见表 2。 表 2 集料 的基本性能 T a b.2 B asic properties of ag grega tes 1.2 试验 方案 1.2.1 混合料 试验中设计了 2 组试件(NA 和 R ),其 中 NA 为普通水泥稳定碎石混合料 ,作为对照组;R 组用三渣 回收 料按照 60%、100%的比例( 质量分数 ,对应集料总量 )分别替代天然集料 ,相应 的水泥稳定三渣基层回收料 代号为 R一60 和 R一100。本文 中水泥稳定三渣基层回收料和普通水泥稳定碎石的级配均采用《公路沥青路面 设计规范》(ⅡG D50—2006)tsl中悬浮密实级配的中值 。悬浮密实级配设计要求见表 3。如无特别说明,水泥用 量均为 4.5%。研究水泥用量对水泥稳定三渣基层 回收料混合料干缩性能影响时 ,三渣回收料掺量取 60%, 水泥用量分别取 3%,4.5%,6%。 表 3 悬浮 密 实 型 集 料 级 配 T a b.3 G r ada ti ons of susp e nd- dense a gg r eg ates 1.2.2 试件成型 采用尺寸为 10 cmxl 0 emx40 cm 的中梁试件进行水泥稳定三渣基层回收料的干缩试验。根据重型击实 试验得出最大干密度及最佳含水量(4.5%水泥用量下各混合料击实试验结果见表 4) ,采用静压成型的方法 制备梁试件 ,压实度 98%。试件的成型与脱模均在压力试验机上进行 ,成型后放置 3~4 h 后脱模 ,试件脱模 后用塑料薄膜包裹 ,然后将其置于标准养生室进行养护。 表 4 4.5 %水泥用量 下混合料击实试验结果 T ab.4 C ompa cti on test r esul ts of mix tur e under 4.5 % cement cont e nt 70 华 东 交 通 大 学 学 报 2015 年 石 混 合 料 。 2) 当暴露时间低于 7 d 时 .混合料 RA一60 和 RA一100 的干缩应变较 为接近 .稍 大于对照组混合料 NA ,但随着暴露时间的延长 ,水泥稳定三渣基层 回收料 的干缩应变逐渐大于对照组 NA 混合料 。混合料 的 干燥收缩是由于内部含水量变化引起 的体积收缩 ,存在于混合料 中的水分包括表面结合水 、自由水 以及 晶体结晶水等 。不 同于普通水泥稳定碎石 ,水泥稳定三渣基层 回收料 内部除了水泥水化反应产生的结 晶 水外 ,其三渣 回收料表 面附着的灰浆( 石灰粉煤灰水化作用产物) 也可能产生一定量的结晶水 。干缩试验 早期 ,混合料试件发生的干缩变形主要是 因为混合料表 面的结合水 、自由水蒸发所引起 ,而短时间内水泥 稳定三渣基层回收料表面结合水及 自由水蒸发量差距较小 ,故其干缩变形较接近 ,但 由于最佳含水量较 高 ,所 以干缩应变大于普通水泥稳定碎石混合料 ,但差异不显著。随着混合料试件暴露时间的延长 ,混合 料试件 的自由水与大量结晶水不断蒸发 ,致使 自由水及结 晶水较多的水泥稳定三渣基层 回收料所 产生 的 干缩应变与普通水泥稳定碎石混合料之间的差距越大 ,三渣 回收料掺量越多 ,影响越显著。 水泥稳定三渣基层 回收料干缩系数与暴露时间的关系见图 4。由图 4 可知 ,试件的干缩系数随放置时间 以近似线性关系增大 ;与对照组 NA 混合料相 比,水泥稳定三渣基层 回收料的干缩系数相对较大 ;三渣 回收 料掺量越多,混合料的干缩系数越大;暴露时间达 25 d 时,干缩系数值趋于稳定 ,几乎不再增长。 1 2 00 i 0 00 0 X 80 0 60 0 40 0 艄 20 0 0 0 5 l 0 l 5 2O 25 3O 暴露时问/d 图 3 干缩应变与暴露时间的关 系 F i g.3 R ela ti onshi p betw een dr y shri nk a ge str a in and ex p osu r e tim e 16 0 140 2 120 100 纂 8O 鹱 60 LL- 40 j l 20 O 0 5 l O l 5 2 O 2 5 30 暴露时间/d 图 4 干缩 系数与暴露时间的关系 F ig .4 R el ati on sh i p b etw een d ry sh r i n k ag e coef f i ci en t a nd ex p osu r e tim e 2.2 失水 率对 混合料 干缩特 性的 影响 图 5 和 图 6 为水 泥稳定三渣基层回收料与对照组 NA 混合料的干缩应变 、干缩系数与失水率的变化 曲线。由图可知 :当 NA 混合料失水率小于 1.70%( 约为混合料最佳含水量 的 32.7%) 时,干缩应变和干缩 系数变化幅度较为平缓 ,此后 随着失水率的增加干缩应变和干缩系数迅速增大;当 RA一60 混合料小于 2.85%(约为混合料最佳含水量 的 28.5%)时 ,干缩应变和干缩系数变化幅度较小 ,此后随着失水率的增加干 缩应变及干缩系数迅速增大;当 RA一100 混合料失水率小于 4.32%( 约为混合料最佳含水量的 29.4%) 时 ,干 缩应变和干缩系数幅度较平缓 ,此后随着失水率的增加干缩应变和干缩系数迅速增大。以上结论表 明,无 论是水泥稳定三渣基层回收料还是对照组 NA 混合料 .在试件失水的初期 (失水量不超过最佳含水量 的 30%) ,试件的干缩应变和干缩系数较小 ,此后随着失水率的增加混合料的干缩应变和干缩 系数急剧增大 。 目前规范中并没有对水泥稳定类材料的收缩抗裂指标及要求作出明确规定 。相关研究文献表明 ,水泥 稳定碎石的收缩抗裂性并不能简单以干缩应变或干缩 系数评价 ,还应考虑水泥稳定碎石的极限拉应力及拉 应变。但总体而言 ,干缩应变小 、干缩系数小的水泥稳定类材料抗裂性更好。 综合 以上分析 ,为有效降低水泥稳定三渣基层回收料基层的干缩变形 ,提高水泥稳定三渣基层 回收料 基层 的收缩抗裂性能,在该类混合料基层施工完毕后 ,应该加强保湿措施 ,防止水分过快 、过多蒸发。 第 6 期 常 康 ,等 :水泥稳定三渣基层 回收料 的收缩性能 71 6o。 ⋯RA 。0 , 40 。} / 200 / oL l _:::二. . 图5 干 缩 应 变 与 失水 率 的关 系 F i g.5 R ela t i onshi p between dr y shr i nk a ge str a in and w ater lo ss r a te 16 0 12 0 × 纛 80 4 0 O 0 .0 2 。0 4 。0 6 .0 8.0 失水率/% 图 6 干缩系数与失水 率的关 系 F i g .6 R el at i onshi p betw een dr y shr i nk a ge coef f i c ient and w ater lo ss r a te 2.3 三渣 回收料掺量对混合料干缩特性的影响 不 同三渣回收料掺量下各混合料 的 30 d 累积失水率、30 d 累积干缩应变及 30 d 干缩 系数试验结果见 表 5,水泥用量 4.5%。分析表 5 数据可知 ,三渣回收料掺量是影响水泥稳定三渣基层 回收料干缩特性的关键 因素 ,随着三渣 回收料掺量 的增加 ,水泥稳定三渣基层 回收料 的 30 d 累积失水率 、30 d 累积干缩应变及 30 d 干缩系数均呈现增大的趋势 。如,对照组 NA 混合料 30 d 累积失水率 、30 d 累积干缩应变及 30 d 干缩 系数分别为 2.08%,170x10 和 82x10 ,三渣回收料掺量 60%的 RA一60 混合料各项干缩指标值增大约 2.0 倍 、2.9 倍及 1.4 倍 ;而回收料掺量 100%的 RA一100 混合料各项干缩指标值增大约 3.1倍 、5.6 倍及 1.8 倍。对 水泥稳定三渣基层 回收料各干缩指标与三渣 回收料掺量的相关性进行回归分析 ,分析结果见表 6。 表 5 混合料 30 d 干缩试验结果 T a b.5 3 0 d dry shr i nka ge test r esul ts of m ix tur e 表 6 混合料干缩指标 与三渣 回收料掺置的相关关系 T a b.6 C or r ela t i on between dr y shr i n k a ge i ndex es of m ix tur e a nd recy cled a gg r eg ate contents 注 :表 中 表 不 三 渣 回 收料 掺 量 ,Y 表 不 混 合 料 干缩 指 标 。 2.4 水 泥用 量对 混合料 干缩 特性 的影 响 水泥稳定三渣基层 回收料的 30 d 累积失水率 、30 d 累积干缩应变及 30 d 干缩系数 与水泥用量 的关系 曲线见图 7,三渣回收料掺量 60%,水泥用量为 3%,4.5%及 6%。由图可见 ,水泥稳定三渣基层 回收料 的失水 率 、干缩 应变 及 干缩系 数均 随着 水泥用 量 的增加 而 增大 。相 关研 究 表 明混合 料 的干 燥 收缩 与水 泥石 收缩 过 程相关 ,水泥石即水泥水化浆体 ,是由不同晶体组成 的多孔体 ,这些晶体可以吸附水 ,水泥用量越多 ,水化作 用产生的晶体物质越多,其吸附水增多,因此蒸发的水分变多 ,导致混合料的干缩变形增大。对水泥稳定三 渣基层 回收料各干缩指标与水泥用量的相关性进行 回归分析 ,分析结果见表 7。 72 华 东 交 通 大 学 学 报 2015 正 5s - 5 * 4 4 Io 3 表 7 混合料干缩指标与水泥用量的相关关系 T ab.7 C orrelation betw een dry shrinka ge index es of mixture and cement conten ts 注 :表 中 表 不 水 泥用 量 ,Y 表 不 混合 料 干 缩 指 标 。 3 结 论 通过室内试验研究了水泥稳定三渣基层 回收料的收缩性能,并与普通水泥稳定碎石混合料 的收缩性能 进行对比分析 .主要得到以下几方面结论 : 1) 水泥稳定三渣基层回收料与普通水泥稳定碎石混合料的失水率、干缩应变及干缩系数均随着暴露时 间的延长呈现增大的趋势 ;且混合料的失水率 、干缩应变与干缩系数早期增长幅度较快 ,后期增长趋 于平 缓。 2) 无论是水泥稳定三渣基层 回收料还是普通水泥稳定碎石混合料 ,当失水量不超过混合料最佳含水量 30%时,试件的干缩应变和干缩系数较小 ,此后随着失水率的增加混合料的干缩应变和干缩系数急剧增大 ; 为有效降低水泥稳定三渣 回收料的干缩变形 ,该类混合料在基层施工完成后 ,应立 即采取措施减缓混合料 中的水分蒸发 。 3) 当水泥用量 、暴露时间一定时 ,水泥稳定三渣基层 回收料的失水率 、干缩应变和干缩系数均大于普通 水泥稳定碎石混合料 ;随着三渣回收料掺量 的增加 ,水泥稳定三渣基层 回收料的失水率 、干缩应变和干缩系 数逐渐增大 ,且其各项干缩指标与三渣回收料掺量之间有很好的线性关系。 4) 水泥稳定三渣基层 回收料 的失水率 、干缩应变和干缩系数随着水泥用量 的增加呈现增大的趋势 ,且 其各项干缩指标与水泥用量之间有很好的相关关系。 参考 文献 : 【1】孙文州,张见官.半刚性基层材料 在上海地 区道路中的应用IJ 1.中国市政工程 ,2008( 4) :20—22. 【2】周净.上海地 区三渣基层的质量控制[J1.上海公路 ,2000 (4 ) :20—22. 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K ey wo rds :recycled lime f l y ash stabilized aggregate;cement stabilized aggregate;shri nkage perfor m ance (责任编辑 刘棉玲)