再生集料用于水泥稳定碎石基层中的抗疲劳性能研究.docx

          再生集料用于水泥稳定碎石基层中的抗疲劳性能研究                    摘要：本文以建筑废弃物再生集料为主要研究对象，开展建筑废弃物再生集料基本性能试验，以及水泥稳定再生混合料的无侧限抗压强度、抗弯拉疲劳性能的研究探究不同变量对于水泥稳定再生混合料性能的影响规律，得到在不同等级路面、不同交通等级下基层与底基层的推荐用料方案该文以再生集料为主要研究对象，开展再生集料应用于水泥稳定碎石基层中无侧限抗压强度、弯拉强度、疲劳性能的研究根据威布尔双参数模型，建立不同再生集料掺量与砖混凝土比例下的疲劳方程分析水泥剂量、再生集料掺量以及砖混凝土比例对水泥稳定再生混合料力学性能的影响关键词：建筑废弃物；再生集料；力学性能；疲劳性能引言随着中国城市化建设如火如荼进行，大量的建筑固体废弃物产生和堆积，侵占了有限的土地资源，同时威胁居民健康据不完全统计，中国建筑垃圾每年的产量高达18亿ｔ，约占城市垃圾总量的40%在最近10年中，道路工程所需的天然骨料需求远远超出了中国的可供应能力到2030年底，中国将建成4700km的高速公路和100000ｋｍ 的国道将建筑固体废弃物经过再利用可得到用于水稳基层的再生集料，这一举措将有效缓解环境污染与资源浪费问题。

目前，再生集料在道路工程中的应用主要包括在路面面层、路面基层及底基层和路基填筑等方面在美国，再生集料应用统计中，修筑路面基层占主要部分，比重高达68%与天然集料相比，再生集料具有粒形较差、裂纹较多、空隙率较高、堆积密度小等特点以再生集料作为主要研究对象，分析了其对水稳再生混合料劈裂抗拉强度的影响在同样的水泥剂量下，再生混凝土的抗压强度会降低12%-25%；杨可桢通过研究表明：随着再生集料替代率的增加，水泥稳定再生混合料的无侧限抗压强度、间接拉伸强度和抗压回弹模量降低干缩性能也随着再生骨料含量的增加而下降，而渗透性能随着再生骨料含量的增加而增加但在一定合适掺量的再生集料下，仍能满足高速公路及一级公路的路面基层要求1原材料性能1.1原材料和集料级配根据规范对道路用水泥质量标准要求，通过《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》试验方法，对水泥性能指标进行检测，结果满足规范要求试验用天然集料为石灰岩根据《公路工程集料试验规程》试验方法对建筑固体废弃物再生粗集料的性能指标进行试验分析，混合料级配采用《公路路面基层施工技术细则》中骨架密实型级配中值，具体见表1通过下列筛孔（ｍｍ）的质量百分率／％级配 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075上限 100 86.0 58.0 32.0 28.0 15.0 3.0下限 100 68.0 38.0 22.0 16.0 8.0 0中值 100 77.0 48.0 27.0 22.0 11.5 1.52试验方案2.1弯拉强度、疲劳寿命试验参照击实试验结果，根据规范的方法进行梁式试件的成型，此次研究中弯拉试验与疲劳试验均采用中梁试件。

并按照标准养生，龄期90d，最后1d浸水按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中试验方法开展分点加压弯拉强度试验试验前的准备工作是先将球形支座以及左右两个圆柱体压头涂上机油，使得支座可以灵活地转动将梁式试件放置在压块上，并注意保持荷载加载的方向使成水泥稳定再生混凝土7d无侧限抗压强度随着水泥剂量的增大逐渐增大对于再生集料掺量为25%，砖混凝土比例为1:9的情况，水泥剂量从4％增至5％时，7ｄ无侧限抗压强度从3.57ＭＰａ增至4.31ＭＰａ，增加了20.73％且随着再生集料掺量及砖混凝土比例的增加，7ｄ无侧限抗压强度增长率逐渐增大在再生集料掺量为75％，砖混凝土比例为3：7的情况，其增长率为43.13％随着再生集料掺量的增加，水泥稳定再生混合料7ｄ无侧限抗压强度逐渐减小由此可见，随着再生集料掺量的增加，砖混凝土比例对于水泥稳定再生混合料的强度性能影响逐渐明显，这是由于再生集料掺量增加，在同样砖混凝土比例的情况下，试件中实际的再生砖集料增多而由表１中粗集料基本性能试验可以得到，再生砖集料吸水率高，空隙率大，强度也较差，所以在掺量过多时，会使得混合料的强度明显下降在《公路沥青路面设计规范》中对不同结构层（基层、底基层），在交通荷载（极重、特重、重、中等、轻）下，不同的公路等级（高级公路、一级公路、二级公路、二级以下公路）中水泥稳定类材料的７ｄ无侧限抗压强度进行了规定。

根据图２无侧限抗压强度试验结果，可以得到在重交通荷载作用下，不同公路等级及结构层所对应的水泥剂量，再生集料掺量以及砖混凝土方案适配方案3试验结果及分析3.1疲劳寿命分析水泥稳定碎石的疲劳寿命结果体现出比较明显的离散性从能量的角度来分析，疲劳损伤过程实质上是一种能量耗散的过程其随机性主要体现在材料结构内部以及外部的随机性材料内部的随机性会导致材料及结构的弹性模量、断裂韧性、弯拉强度等的不唯一性从外部因素来看，荷载大小以及加载方式、试件成型及养生条件等都会导致结构或材料疲劳性能的随机性为了更加直观客观地反映材料的疲劳性能，分析多变量下的疲劳性能变化规律，建立更加准确的疲劳方程，宜采用威布尔分布模型进行数据拟合，得到不同方案下水泥稳定再生混合料疲劳拟合方程在３种不同再生集料掺量下，随着砖混凝土比例增大，水泥稳定再生混合料的疲劳寿命减小这是由于再生砖集料孔隙率大，自身强度缺陷明显等原因，导致水泥稳定再生混合料的疲劳寿命降低因此在实际项目施工过程中，要严格控制再生砖集料的比例在砖混凝土比例为1：9、2:8、3:7时，研究再生集料掺量对于水稳再生混合料疲劳性能的影响随着再生集料掺量的增加，水泥稳定再生混合料的疲劳寿命先增大后减小。

在再生集料掺量为25％，砖混凝土比例为1:9时，对应于４种不同的应力比，水泥稳定再生混合料的疲劳寿命均大于其他掺配方案也就是说一定量的再生集料有利于提高水泥稳定混合料的弯拉强度这主要是由于再生集料的表面较天然集料更粗糙，与水泥吸附力大；同时再生集料的孔隙率大，一定的空隙有利于在水化反应过程中的散热，从而在25％再生集料掺量，砖混凝土比例为1:9时，水泥稳定再生混合料的疲劳寿命最大，同时疲劳寿命随各砖混凝土比例的变化基本一致而随着再生集料不低于50％时，砖混凝土比例越大，疲劳寿命下降越明显结语：该文以建筑废弃物再生集料为主要研究对象，开展基本性能试验，在不同水泥剂量下，探究不同再生集料掺量以及砖混凝土比例下水稳再生混合料的无侧限抗压强度、抗弯拉疲劳性能研究结果表明：随着水泥剂量、再生集料的掺量以及砖混凝土比例的增加，水稳再生混合料的最大干密度减小，最佳含水率增大在最不利情况下，４％水泥剂量满足在重交通荷载下，二级及二级以下公路底基层的要求５％水泥剂量满足中等、轻交通下的高速公路、一级公路基层的要求参考文献[1]李培植，于静涛．再生细骨料不同取代率对混凝土强度的影响［Ｊ］．公路交通科技，2012（2）.[2]李家豪．建筑废弃物再生集料路用性能研究［Ｄ］．广州大学硕士学位论文，2016.[3]刘克非．建筑垃圾再生骨料用于道路基层的力学与干缩性能试验研究［Ｊ］．中外公路，2016（5）．[4]胡力群，沙爱民．水泥稳定废粘土砖再生集料基层材料性能试验［Ｊ］．中国公路学报，2012（3）．[5]孙吉书，窦远明，刘熙媛．水泥路面再生混凝土主要路用性能研究［Ｊ］．重庆交通大学学报，2014（1）．  -全文完-。