張 翯 宋長(zhǎng)清 姚 軍

（蘇州新億泰建材有限公司，江蘇 蘇州 215143）

0 引言

我國(guó)每年產(chǎn)生的建筑垃圾約24億噸，資源化利用卻僅為1.2億噸，利用率為5%，遠(yuǎn)低于歐美國(guó)家的90%[1]。近幾年我國(guó)加大了對(duì)建筑垃圾的再利用力度，其中將建筑垃圾破碎成再生骨料應(yīng)用于道路基層成為了熱點(diǎn)。但是再生骨料壓碎值大、吸水率高，再生骨料的干縮及疲勞性能變化較大，規(guī)律不明顯，因此一般的利用率僅為50%[2]。通過(guò)摻加纖維可以有效地改善水泥穩(wěn)定再生碎石的干縮及疲勞性能。因此，本文主要對(duì)不同摻量下玄武巖纖維、聚丙烯纖維的水泥穩(wěn)定再生碎石混合料的干縮及疲勞性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了變化規(guī)律，從而為后續(xù)的工程實(shí)踐提供一定的參考。

1 試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）骨料。試驗(yàn)再生骨料取自蘇州新億泰建材有限公司，由老舊房屋拆除后經(jīng)過(guò)破碎而成，天然骨料來(lái)自安徽興源，經(jīng)破碎篩分后，按照粒徑范圍分為粗、中、細(xì)三類，其中再生料粒徑為9.5～31.5mm（粗）、4.75～9.5mm（中）、0～4.75mm（細(xì)），天然料的粒徑為9.5～31.5mm（粗）、4.75～19.0mm（中）、0～4.75mm（細(xì)）。對(duì)六種再生骨料進(jìn)行吸水率、壓碎值、針片狀含量等性能檢測(cè)，結(jié)果如表1。

表1 骨料性能檢測(cè)結(jié)果

（2）水泥。水泥為蘇州市售的天山牌P·042.5水泥，依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)水泥性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2。

表2 水泥性能指標(biāo)

（3）纖維。試驗(yàn)所用的玄武巖纖維和聚丙烯纖維均為市售的標(biāo)準(zhǔn)纖維，其基礎(chǔ)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 纖維基礎(chǔ)性能檢測(cè)結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

（1）再生骨料級(jí)配合成。根據(jù)JTG/TF20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》中水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的推薦級(jí)配C-B-3，將三種再生骨料代替部分天然骨料，搭配天然粗骨料設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石基層材料級(jí)配，其中再生骨料占總質(zhì)量的60%。采用的級(jí)配為再生細(xì)骨料∶再生中骨料∶再生粗骨料∶天然粗骨料=30∶25∶5∶40，合成級(jí)配如圖1所示。

圖1 水泥穩(wěn)定再生碎石級(jí)配設(shè)計(jì)曲線

（2）擊實(shí)試驗(yàn)。對(duì)設(shè)計(jì)的級(jí)配配比進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，水泥用量為4.5%，按照標(biāo)準(zhǔn)可以得出此級(jí)配下的最大干密度為2.016kg/m3，最佳含水量為6.32%。

1.3 性能測(cè)試

試驗(yàn)主要研究不同纖維摻量的水泥穩(wěn)定再生碎石的干縮及疲勞性能，試件成型、養(yǎng)護(hù)和測(cè)試方法參考《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE51-2009)。水泥穩(wěn)定再生碎石中玄武巖纖維和聚丙烯纖維的摻量分別為0、3‰、6‰、9‰。疲勞性能試驗(yàn)采用澳大利亞UTM-130型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，見(jiàn)圖2，選取0.7、0.75與0.8三組應(yīng)力比進(jìn)行，主要參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表4。

圖2 疲勞試驗(yàn)加載示意圖

表4 疲勞試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 纖維摻量對(duì)干縮性能的影響

水泥穩(wěn)定再生碎石在水分蒸發(fā)和水泥水化兩種作用下，水分不斷地減少而產(chǎn)生了收縮，干縮試驗(yàn)就是通過(guò)測(cè)量干縮變化值來(lái)反應(yīng)試件的收縮性。圖3和圖4表征了單一纖維摻量的干縮量變化規(guī)律。

由圖3可知，通過(guò)與未摻加纖維比較，摻加纖維可以明顯改善試件的抗收縮性能，玄武巖摻量為3‰時(shí)減少了16%，摻量為6‰時(shí)減少了24%，摻量為9‰減少了19%，試件的收縮量在第1d時(shí)變化在10μm以下，第2d到5d每日收縮量相對(duì)平穩(wěn)，前3d收縮量占了7d收縮總量的40%。第6d變化較大，第7d時(shí)變化微小，纖維摻量的增加與改善試件收縮性能并不成正比，抗收縮性能呈現(xiàn)先上升后下降的規(guī)律。摻量為6‰時(shí)在第7d的收縮量最小，僅為57μm，抗收縮性能最明顯，當(dāng)摻量9‰時(shí)抗收縮性能相比于6‰下降，出現(xiàn)了拐點(diǎn)。圖4表現(xiàn)出了和圖3相同的規(guī)律，摻聚丙烯纖維的試件抗收縮性強(qiáng)于未摻加纖維的試件，隨著摻量從0增大到6‰再到9‰，抗收縮性能出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。兩種6‰纖維摻量相比，玄武巖明顯優(yōu)于聚丙烯纖維。

圖3 摻玄武巖纖維再生碎石干縮變化圖

圖4 摻聚丙烯纖維再生碎石干縮變化圖

綜上分析，水泥穩(wěn)定再生碎石由于水分蒸發(fā)和水泥水化兩種作用，混合料的水分會(huì)不斷地減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間力的作用導(dǎo)致材料礦物晶體成凝膠體，而材料層間水及碳化收縮差會(huì)導(dǎo)致水穩(wěn)材料產(chǎn)生體積收縮[3]。隨著纖維摻量的增加，試件的抗收縮性并沒(méi)有不斷增大，而是出現(xiàn)了拐點(diǎn)。這是因?yàn)槔w維具有較大的柔性，而水泥穩(wěn)定碎石是半剛性材料，適量的纖維可有效減小收縮，但是過(guò)多的纖維會(huì)使水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)提供粘結(jié)作用的面積減小，收縮增大[4]。

2.2 纖維摻量對(duì)疲勞性能的影響

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》T0856-2009，疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5和圖6。

圖5 不同種類水泥穩(wěn)定再生碎石疲勞次數(shù)

從圖5中可以看出，8種再生骨料中，在不用的應(yīng)力比條件下，與全天然骨料試件相比，添加6‰玄武巖纖維的試件抗疲勞次數(shù)最高，接近全天然骨料試件，其次是同比例的聚丙烯纖維試件。圖6顯示，在三種應(yīng)力比下對(duì)比同一類纖維摻量，6‰纖維摻量時(shí)，聚丙烯纖維抗疲勞次數(shù)均小于玄武巖纖維，0.70、0.75、0.80三種應(yīng)力比分別下降了5%、3%、3%。隨著纖維摻量的增加，6類試件疲勞次數(shù)都呈現(xiàn)出了先增大后減小的規(guī)律，在纖維摻量為6‰時(shí)出現(xiàn)了拐點(diǎn)，表現(xiàn)出了和干縮試驗(yàn)相同的規(guī)律。

圖6 水泥穩(wěn)定再生碎石疲勞次數(shù)隨纖維摻量變化圖

綜上分析，纖維帶有一定的延性，在彎曲破壞過(guò)程中，因?yàn)槔w維的摻入，可以延緩了塑性裂縫的產(chǎn)生，能夠在混凝土開(kāi)裂后起到抑制裂縫發(fā)展的作用[5]。但纖維比水泥穩(wěn)定碎石混合料彈性模量小，受力不同步，影響到均勻性和和其他性能，只有在受到極大應(yīng)力時(shí)才會(huì)發(fā)揮作用[6]，所以摻量增加性能反而有所下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)玄武巖纖維和聚丙烯纖維摻量3‰、6‰、9‰的試件進(jìn)行干縮和疲勞試驗(yàn)，得出摻加纖維可有效改善水泥穩(wěn)定再生碎石的收縮和抗疲勞性能，尤以摻量為6‰玄武巖纖維改善效果最佳，兩種纖維在摻量為6‰時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，干縮和疲勞特性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。