（材料学专业论文）水泥稳定再生骨料混合料抗冲刷性能研究.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 现今我国道路的基层主要采用半刚性基层材料，由于其抗冲刷能 力不足而导致路面破坏的现象时有发生，关于水泥稳定再生骨料新型 半刚性材料抗冲刷性能的研究而又鲜见报道。鉴于此，本文较系统地 研究了水泥稳定再生骨料基层材料抗冲刷性能。主要研究内容与结论 如下： 1 、在分析国内外现有的基层冲刷试验装置优缺点的基础之上， 提出了新型的基层材料冲刷试验装置。新研制的道路基层材料抗冲刷 试验装置性能优良，能精确控制冲刷次数、试验压力、电机转速，其 中冲刷次数的误差为o ，试验压力显示误差最大的为1 2 6 ，最小 的仅0 4 2 。试验机还兼有操作简便、制造费用相对低、占地面积小、 工作噪音小等优点。此装置还适合其它类型基层材料的冲刷试验，现 已获准了国家实用新型专利； 2 、通过设计正交试验确定了装置的试验参数，提出了与之配套 的试验方法，试验结果表明，其试验最佳参数为工作压力o 5 m p a ， 电机转速2 0 0 r m i n ，冲刷总次数2 4 0 0 0 次，在后期的研究中，大量的 试验也证明了此试验参数的选择是合理科学的； 3 、采用剔除法和直接调配相结合的方法能调配出满足规范的混 合料级配。通过对不同再生骨料掺量、不同水泥剂量下水泥稳定再生 骨料混合料的力学性能研究，水泥剂量5 时，各配比的7 d 强度均能 达到规范要求的3 5 m p a ，且击实试验结果表明，水泥稳定再生骨料 混合料中再生骨料掺量与干密度和含水率都存在很好的线性相关性， 线性相关系数分别为0 9 4 1 8 4 和0 9 4 1 5 7 。水泥剂量对水泥稳定再生 骨料混合料无侧限抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量有显著的影响； 4 、水泥剂量对水泥稳定再生骨料混合料的抗冲刷性能有显著影 响，增加水泥用量有利于提高水泥稳定再生骨料混合料的抗压强度， 同时能改善其冲刷性能。但权衡各方面，建议水泥稳定再生骨料混合 料水泥剂量不能过高，其适宜范围为5 6 之间； 5 、9 8 、9 7 和9 5 三种压实度中，9 8 压实度的混合料抗冲刷 性能最好。且呈现随着压实度提高其抗冲刷性能相应增强的规律，因 此，对于高等级高速公路水泥稳定再生骨料基层，建议压实度至少 9 8 以上，这样既能保证其强度的增长，而且有利于其抗冲刷性能的 硕士学位论文摘要 提高； 6 、不同级配对水泥稳定再生骨料混合料的抗冲刷性能研究结果 表明，规范要求的中限级配的水泥稳定再生骨料混合料的强度最高， 而且其抗冲刷性能最优； 7 、随着龄期的增长，水泥稳定再生骨料混合料抗冲刷性能得到 明显提高。在早期，试件的强度虽然达到了规范要求，但是其抵抗冲 刷作用的能力却很弱，在冲刷7 3 2 0 次后，试件局部块状的试件被冲 刷掉，导致试验无法再进行。但养护龄期从9 0 d 后，其强度和冲刷量 变化均不大； 8 、使用a n s y s 软件和有限元知识建立水泥混凝土路面因冲刷 而导致破坏的有限元模型，来定量评价水泥稳定再生骨料混合料的抗 冲刷性能。用k 表示试验冲刷量与临界冲刷量的比值，来作为水泥稳 定再生骨料混合料的抗冲刷性能评价指标，将其分为差、满足要求、 良、优四个级别，能直观科学的区别水泥稳定再生骨料混合料的抗冲 刷性能； 9 、为保障水泥稳定再生骨料混合料质量，提出了系统的质量保 证体系及施工导则。 关键词：再生骨料，水泥稳定再生骨料，半刚性基层材料，抗冲刷性 能，试验装置 a b s t r a c t n o w a d a y ss e m i r i g i db a s em a t e r i a li so f t e na p p l i e d t ob a s e - c o u r s ei n c h i n a b u ti t sa n t i e r o s i o np e r f o r m a n c ei si n s u f f i c i e n ts ot h a tt h ec e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n tw r e c ka n dt h ea n t i - e r o s i o np e r f o r m a n c eo fn e w c e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i r i g i db a s em a t e r i a li s r a r e r e p o r t e d a c c o r d i n gt ot h a t ，a n t i e r o s i o np e r f o r m a n c eo fc e m e n t s t a b i l i z e d r e c y c l e da g g r e g a t es e m i r i g i db a s em a t e r i a li ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di n t h i sp a p e r t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 an e wa p p a r a t u sf o ra n t i e r o s i o ne x p e r i m e n tw a sp r o d u c e db y a n a l y s i sf o rt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe x i s t i n ga p p a r a t u s e s t h en e wa p p a r a t u sh a se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，c a nc o n t r o lt h ee r o s i o n n u m b e rp r e c i s e l y , t e s tp r e s s u r ea n dm o t o rs p e e d t h ee r r o ro fe r o s i o n n u m b e ri so t h em a x i m u me r r o ro ft e s tp r e s s u r es h o w e di s1 2 6 ，a n d t h em i n i m u mi so n l y0 4 2 b e s i d e s ，t h ea p p a r a t u sh a ss i m p l eo p e r a t m n ， l o wc o s t ，s m a l la r e a ，l o wn o i s ea n do t h e ra d v a n t a g e s t h ea p p a r a t u si s a l s os u i t a b l ef o ro t h e rt y p e so f b a s em a t e r i a la n t i e r o s i o nt e s t ，t h ep a t e n t a p p l i c a t i o no fw h i c hh a sb e e na p p r o v e d 2 t h r o u g ht h ed e s i g no fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ld e t e r m i n e dt h e r u n n i n gp a r a m e t e r s ，t h eb e s tr u n n i n gp a r a m e t e r sf o rt h et e s tp r e s s u r ei s o 5m p a ，m o t o rs p e e di s2 0 0r m i n ，t h et o t a le r o s i o nn u m b e ro fs c o u r i n g i s2 4 0 0 0 i nt h el a t t e rs t u d y , al a r g en u m b e ro ft e s t sh a v ep r o v e dt h a t t h e s et e s tp a r a m e t e r sa r er e a s o n a b l ea n ds c i e n t i f i c a n ds u p p o r t i n gt e s t m e t h o df o rt h e s ep a r a m e t e r si sp r o p o s e d 3 u s e 也em e t h o dc o m b i n e dw i t ht h er e j e c t i o nl a wa n dd i r e c t a d j u s t m e n tt oa d j u s tt h ea g g r e g a t eg r a d e ，w i t ht h ec e m e n td o s a g eo f5 t op r e p a r ec e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i r i g i db a s em a t e r i a l ， t h e7 df l e x u r a ls t r e n g t ho fw h i c h c a ns a t i s f yt h es t a n d a r d3 - 5 m p a r e q u e s t ， a n dt h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t e n to fr e c y c l e da g g r e g a t e h a sg o o dl i n e a rc o r r e l a t i o nb e t w e e nb o t hd r yd e n s i t ya n dm o i s t u r e c o n t e n t ，t h ec o r r e l a t i o nc o e m c i e n ti sh i g h c e m e n tc o n t e n th a so b v i o u s e f f e c to nc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t eu n c o n f i n e dc o m p r e s s i o n t e s t ，u n c o n f i n e dc o m p r e s s i v ee l a s t i cm o d u l et e s t ，s p i t t i n gs t r e n g t ht e s t 4 c e m e n t d o s a g e h a so b v i o u si n f l u e n c e o na n t i e r o s i o n 1 1 1 硕士学位论文 摘要 p e r f o r m a n c eo fc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i - r i g i db a s e m i x t u r em a t e r i a l ，w h i c hc a nb ee n h a n c e db yi n c r e a s i n gt h ec e m e n t d o s a g e c o n s i d e r i n gt h ea n t i e r o s i o np e r f o r m a n c ea n do t h e ra s p e c t s ，w e p r o p o s et h a tt h ec e m e n td o s a g eo fc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t e s e m i - r i g i db a s em i x t u r em a t e r i a lc a nn o tb et o oh i g h ，t h er a n g eo fc e m e n t c o n t e n ti sa b o u t5 t o6 5 t h eb e s ta n t i e r o s i o np e r f o r m a n c ew i t hd e g r e eo fc o m p a c t i o n a b o u t9 8 ，9 7 a n d9 5 i st h ed e g r e eo f c o m p a c t i o n9 8 w h i c hs h o w s t h er u l et h a tw i t ht h ed e g r e eo fc o m p a c t i o ni n c r e a s i n g ，t h ea n t i e r o s i o n p e r f o r m a n c ec o r r e s p o n d i n g l yi n c r e a s e t h e r e f o r e ，w ep r o p o s et h a tt h e d e g r e eo fc o m p a c t i o na tl e a s tm o r et h a n9 8 a p p l yt oh i g h - g r a d e h i g h w a yc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t eb a s e ，w h i c hc a ne n s u r et h a t t h eg r o w t ho ft h es t r e n g t ha sw e l la st h ei m p r o v e m e n to fa n t i e r o s i o n p e r f o r m a n c e 6 t h er e s u l tw h i c hi sa b o u tt h ea n t i e r o s i o np e r f o r m a n c eo fd if f e r e n t g r a d i n gt oc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i - r i g i db a s em a t e r i a l s h o w st h a tc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i - r i g i db a s em a t e r i a l o ft h em i d d l e - c l a s sl i m i tg r a d i n ga g r e e dw i t ht h er e q u e s to ft h ec o d eh a s t h eh i g h e s ts t r e n g t ha n dt h eb e s ta n t i e r o s i o np e r f o r m a n c e 7 a st h eg r o w t ho fa g e ，a n t i e r o s i o np e r f o r m a n c ei m p r o v e d i nt h e e a r l yd a y s ，a l t h o u g ht h es t r e n g t ho fs p e c i m e n sa c h i e v e st h es p e c i f i c a t i o n s ， t h ea b i l i t yo fr e s i s t i n gt h ee r o s i o ni sw e a k a f t e re r o d i n gs p e c i m e n s7 3 2 0 t i m e s ，t h ep a r t i a ls p e c i m e ni sb ee r o d e d f r o mt h ea g eo f 9 0d ，i t ss t r e n g t h a n de r o s i o nc h a n g e sl i t t l e 8 u s i n ga n s y s t oe s t a b l i s hm o d e l ，u s i n gt h ekt oi n d i c a t et h er a t i o o ft e s te r o s i o na n dc r i t i c a le r o s i o n ，a n dd i v i d i n ga n t i e r o s i o np e r f o r m a n c e o fc e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e da g g r e g a t es e m i r i g i db a s em a t e r i a li n t op o o r , m e d i u m ，g o o d ，e x c e l l e n tf o u rl e v e l s ，w h i c hc a nf a c i l e l yd i s c o v e r yt h e d i s t i n c t i o no fa n t i e r o s i o np e r f o r m a n c eb e t w e e nv a r i a n tm a t e r i a l s 9 t og u a r a n t e et h ec o n s t r u c t i o n q u a l i t yo fc e m e n ts t a b i l i z e d r e c y c l e da g g r e g a t es e m i - r i g i db a s em a t e r i a l ，p u tf o r w a r dac o m p r e h e n s i v e a n ds y s t e m i cq u a l i t ya s s u r a n c es y s t e ma n dc o n s t r u c t i o ng u i d e l i n e s k e yw o r d sr e c y c l e dc o a r s ea g g r e g a t e ，c e m e n ts t a b i l i z e dr e c y c l e d i v 硕士学位论文 摘要 a g g r e g a t e ，s e m i - r i g i d b a s em a t e r i a l ，a n t i e r o s i o n p e r f o r m a n c e ， e x p e r i m e n ta p p a r a t u s ； v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：巫年月卫日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：导师签名日期：上生年月日 硕士学位论文第一章绪论 1 1 问题的提出及意义 第一章绪论 据统计，欧共体废弃混凝土的排放量从1 9 8 0 年的5 5 0 0 万吨增加到目前的 1 6 2 0 0 万吨；美国每年有6 0 0 0 万吨废弃混凝土；日本每年有1 6 0 0 万吨废弃混 凝土；德国每年拆除的废弃混凝土约o 3 万吨人；而我国每年仅施工建设所产 生和排出的建筑废渣就有4 0 0 0 万吨【l 捌。随着水泥混凝土路面维修改造量的增 加，废弃混凝土量将显著增加，如以一条路幅宽度9 m ，板厚2 4 c m 的二级公路 计算，l 公里水泥混凝土路面改建能产生的废弃混凝土为2 1 6 0 m 3 ，若改造十几 公里或几十公里，则废弃混凝土的量可达上万立方米甚至几十万立方米。如此 巨量的废弃混凝土不仅处理费用惊人，而且还需要占用大量的空地存放，浪费 耕地，导致更为严重的二次污染【3 。7 】；另外，混凝土的生产需要大量粗细骨料， 随着对砂石的不断开采，天然骨料亦趋于枯竭，且其开采的成本十分高昂，对 自然生态环境的破坏也十分严重【睨2 1 。因此，对废弃混凝土的有效利用是水泥 混凝土路面整治过程中一项亟待解决的问题，如果这个问题得到解决，它不仅 会带来显著的经济效益，而且能带来显著的社会效益和环境效益。 将道路维修或改造的废弃混凝土加工成符合规范要求的再生骨料重新应用 在道路的基层，既节约了集料运输费用，同时又节省了废料占用的土地费用， 这个举措是变费为宝行之有效的途径。目前，我国绝大部分道路的基层多采用 水泥稳定粗粒土，由于很多原因导致已建公路通车3 - - 5 年就会出现路面唧泥、 破裂等病害，这些病害出现的原因之一是半刚性基层材料抗冲刷能力设计不足， 而导致半刚性基层材料抗冲刷能力设计不足的原因：一是目前国内外关于道路 基层材料抗冲刷性能的试验装置在结构设计及功能设计上存在的缺陷。二是很 。多试验装置与实际冲刷现象联系较少，很难准确的对半刚性基层材料进行定量 研究。正因为如此，现行我国规范也没有提出关于基层材料抗冲刷性能的具体 评价标准以及规范化的试验，只是简单的提出道路基层材料应具有一定的抗冲 刷性能；同时，随着我国经济的发展，车辆重量增加和交通量的增大对路面的 承载能力要求越来越高，也对基层材料的抗冲刷性能提出了更高的要求。 众所周知，破碎后的再生骨料与天然骨料相比，其大部分物理性能较差、 成分相对复杂多样、吸水率高、级配很难满足基层材料相关规范要求等特点。 因此，如果要将再生骨料应用于基层，保证其具有良好的抗冲刷性能，设计新 的基层材料冲刷试验装置来研究水泥稳定再生骨料混合料的抗冲刷性能，具有 硕士学位论文第一章绪论 十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 再生骨料研究现状及应用状况 国外对再生骨料的研究起步较早，特别是美国、日本和欧洲等发达国家， 对再生骨料和再生混凝土基本性能的研刭2 3 j 】已相当多，这些基本性能包括物 理性能、化学性能、力学性能、结构性能、工作性能和耐久性能等。研究成果 表明再生混凝土基本能满足普通混凝土性能的要求，其应用于工程结构是可行 的。到目前为止，已召开过三次有关废弃混凝土再利用的专题国际会议，提出 混凝土必须绿色化。在加拿大渥太华举行的“水泥和混凝土工业可持续发展国 际会议”将“利用回收的混凝土作为骨料和其它再生结构材料 这一技术列为 交流专题之一。在2 0 0 1 年中期，可持续发展研究机构( s r l ) 为再生混凝土骨料 提供了环保标准( e c o - - l a b e l ) ，发达国家在再生骨料混凝土方面的开发利用 发展很快，并己成为发达国家所共同研究的课题。有些国家，如日本、美国、 瑞士等，还采取立法形式来保证此项研究和应用的发展。 在美国政府制定的超级基金法中规定：“任何生产有工业废弃物的企业， 必须自行妥善处理，不得擅自随意倾倒。这个法规的出炉给再生混凝土的发展 提供了法律保障。自1 9 8 2 年起，美国在a s t m c 3 3 8 2 “混凝土骨料标准”中 将破碎的水硬性水泥混凝土包含进了粗骨料中。大约在同一时期，美国军队工 程师协会( s o c i e t yo f a m e r i c a nm i l i t a r ye n g i n e e r s ，s a m e ) 也在有关规范和指南中 鼓励使用再生混凝土骨料。据美国联邦公路局统计，美国现在己有超过2 0 个州 在公路建设中采用再生骨料，2 6 个州允许将再生骨料作为基层材料，4 个州允 许将再生骨料作为底基层材料，将再生骨料应用于基层和底基层的2 8 个州级机 构中，有1 5 个制定了关于再生骨料的规澍3 7 】。他们在鼓励再生混凝土利用的 同时，还对再生混凝土的性能做了系统性的研究和试验。例如佛罗里达州交通 厅试图使破碎的旧混凝土在最大程度上得到利用，并且在佛罗里达大学中进行 试验，室内试验首先对r c a 和天然集料的物理性质分别进行了测试和比较， 然后按照6 种不同的配合比制成水泥混凝土试件，测试其抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度，试验结果表明：研究的r c a 具有同天然集料相比非常优良的性质， 并且能满足大多数道路机构对混凝土集料的规范要求；在9 个试验路段中，4 个为不同厚度r c a 基层上修筑柔性路面，另外5 个是r c a 基层上修筑刚性路 面，柔性路面基层材料中是可以掺加r c a 的；此外，新墨西哥州立大学通过 室内试验研究了r c a 基层在重复挠曲荷载作用下的弹性模量和疲劳特性。主 要结论【3 8 】是：加筋试件的平均永久累积应变是非加筋试件的2 0 多倍，显示 2 硕士学位论文 第一章绪论 了在重复荷载下延度的明显增长；在重复荷载下，大多数试件的动弹性模量 缓慢降低，损伤程度最多达到2 5 时就开始或接近破坏；在基层材料中掺加 4 ( 按重量计) 的纤维对减小疲劳损伤的积累速度是有效的；可以说，美国的再 生混凝土技术趋于成熟，在许多的工程中使用再生骨料已是屡见不鲜。 日本由于是一个国土面积小，资源匮乏的岛国，因此它在建筑垃圾再生利 用研究方面起步早，发展也比较完善，在2 0 0 0 年其再生利用率已达到为8 1 。 日本政府早在1 9 7 7 年就制定了再生骨料和再生混凝土使用规范，并相继在各 地建立了处理建筑垃圾的再生利用工厂，生产再生水泥和再生骨料，其产生规 模最大的每小时可加工l o o t 3 9 】；1 9 9 0 年，日本国土资源部联合有关部门实施了 建设循环再生法，以控制废弃物的生产，减少其数量；1 9 9 1 年，日本政府又 制定了资源重新利用促进法，规定建筑垃圾必须送往“再资源化设施”进行 处理；日本建设省在1 9 9 2 年提出了“控制建筑副产品排放和建筑副产品再利用 技术开发”的5 年计划，并于1 9 9 6 年1 0 月制订了“再生资源法”旨在推动建筑副 产品的再利用，为废弃凝土等建筑副产品的资源化利用提供法律和制度的保障 【删。日本已经对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、干缩性、耐冻性等性质 做了系统的研究，并以吸水率和安定性为指标把再生粗骨料分为3 类，再生细骨 料分为2 类( 不考虑冻融耐久性) ，再生骨料混凝土分为3 类。根据再生骨料混凝 土的分类，对其适用性进行了划分1 4 ，如表1 1 表1 3 。 表1 1 再生骨料的品质 种类 i i i 结构物 i 桥梁下部工程，隧道护壁 砌块，道路附属物基础、水沟、排水槽、重力护壁， 填埋混凝土、重力桥墩、海岸防波堤 基础垫层，非结构用混凝士，简易虏屋混凝上基础 硕士学位论文第一章绪论 废弃混凝土的再利用最早开始于欧洲，二次世界大战之后，苏联、日本、 德国等国家重建家园，就注意到了废弃混凝土的问题并开始了再生混凝土的研 究开发与利用。1 9 7 6 年，以当时的西德、比利时和荷兰为主成立了“混凝土解 体与再利用委员会”，开始研究废弃混凝土的消化与再生利用，并且将废弃混凝 土再生骨料用于高速道路等实际工程。北欧各国，如丹麦、芬兰、冰岛、挪威、 瑞典等国于1 9 8 9 年实施了统一的北欧环境标准【4 2 1 。现将欧洲一些主要国家关于 再生骨料研究现状分述如下： 丹麦、荷兰等一些石料紧缺、依赖进口天然骨料的国家，十分重视建筑废 料的再生利用【4 3 1 。 荷兰是最早开展再生混凝土研究和应用的国家之一。在2 0 世纪8 0 年代荷兰 就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混 凝土的规范。该规范规定了利用再生骨料生产上述混凝土的明确的技术要求， 并指出如果再生骨料在骨料中的含量( 重量) 不超过2 0 ，那么混凝土的生产就 完全按照普通天然骨料混凝土的设计和制备方法进行。其代夫特理工大学对无 结合料基层中掺有r c a 时的特性与级配、混合料组成等因素的关系进行了大量 试验。结果表吲删：若级配中细料含量大，则表现出较大的粘结力，粘结力 也受养护时间、级配组成等因素的影响，而所有的影响因素中，压实度对粘结 力的影响最大；高r c a 含量导致模量值的增大，养护时间也会对其产生一定 影响，而最大的影响因素仍然是压实度；抵抗永久变形的能力主要受级配、 压实度、混合料组成等因素的影响，其中，压实度产生的影响最大，混合料组 成次之，级配影响最小。 丹麦在1 9 9 0 年产生1 2 2 0 万吨建筑拆除废料，其中就有8 2 0 万吨被回收利用， 回收利用率达6 7 2 。另外，丹麦还于1 9 9 0 年颁布法规修正案允许再生骨料在 适宜环境下用于某些特定的结构。该修正案将回收的混凝土按强度分为2 类：其 中强度为2 0 m p a 以下的为第l 类。而强度为2 0 - - 4 0 m p a 的为第2 类。在使用这些 再生骨料过程中，要求各类骨料达到一定的技术要求。 德国目前将再生混凝土主要应用于公路路面。德国l o w e rs a x o n g 的一条双 层混凝土公路采用了再生混凝土，该混凝土路面总厚度2 6 c m ，底层混凝土1 9 c m 采用再生混凝土，面层7 e m 采用天然骨料配制的混凝土。德国钢筋委员会1 9 9 8 年8 月提出了“在混凝土中采用再生骨料的应用指南 ，要求采用再生骨料的混 凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准。 奥地利的有关试验表明，采用5 0 的再生骨料配制的混凝土，其强度值可 达到b 2 2 5 3 0 0 ( 奥地利标准) ，而抗盐冻侵蚀性也有所提高，同时发现再生骨料 混凝土的弹性模量降低。 4 硕士学位论文第一章绪论 法国c s t b 公司是欧洲首屈指的“废物及建筑业”集团，专门统筹在欧洲 的“废物及建筑业 业务。法国还利用碎混凝土块和碎砖生产出了砖石混凝土 砌块，所得混凝土块测定结果符合与砖石混凝土材料有关n b n b 2 1 - - 0 0 1 ( 1 9 8 8 ) 标准。 俄罗斯在再生骨料混凝土方面进行过大量的研究工作，并取得了一定的成 绩【4 ”。俄罗斯的研究证明，经球磨机活化的再生骨料质量有很大提高，例如碎 石压碎指标降低1 2 以上，可用于生产钢筋混凝土构件。俄罗斯还利用c 一3 超塑 化剂( 萘系产品) 、5 浓度的冰醋酸、3 浓度的盐酸溶液对再生骨料改性问题进 行研究，证明冰醋酸和盐酸都能在一定程度上改善再生骨料的表面活性。此外， 俄罗斯o s m a n g a z i 大学的研究者着重研究t r c a 混凝土的配合比设计以及新拌 混凝土的特性。他们确定出随r c a 含量不同，弹性模量和韧度的变化。研究还 发现，r c a 混凝土的密实度表现出与普通混凝土相反的特性。r c a 混凝土的密 实度是小于普通混凝土的。新拌r c a 混凝土的和易性较低，这是由于r c a 的高 吸水性引起的。随着r c a 含量在混合料中的增大，r c a 混凝土的抗压强度和弹 性模量都逐渐减小【4 5 1 。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，澳大利亚的墨尔本和悉尼等城市开始利用r c a 。 格里菲思大学的研究人员把抗压强度从1 5 - - 7 5 m p a 的旧混凝土破碎之后，重新 组合成符合基层材料规范要求的级配。三轴试件在压实后承受一天的重复荷载。 试验结果表明：( 1 ) 旧混凝土的抗压强度、r c a 中软弱物质含量和r c a 的片状 指数对回弹模量有重要影响，其中最重要的是破碎的结合料中软弱物质和片状 物质含量。( 2 ) 只要生产出的r c a 能始终满足质量标准，则完全可以作为一种 基层或底基层材。( 3 ) 认为r c a 的性能完全可以与用作基层材料的天然集料相 媲美。与其他材料相比，良好级配的r c a 在较低的应力下甚至有更高的回弹模 量。 韩国一家名为“利福姆系统”的装修公司成功开发出从废弃混凝土中分离 水泥，并使这种水泥能再生利用的技术。该公司从2 0 0 5 年下半年开始批量生产 这种再生水泥。他们首先把废弃混凝土中的水泥与石子、钢筋等分离开来，然 后在7 0 0 的高温下对水泥进行加热处理并添加特殊的物质，就能生产出再生 水泥。据称每1 0 0 吨废弃混凝土就能够获得3 0t 左右的再生水泥，这种再生水泥 的强度与普通水泥几乎一样，有些甚至更好，符合韩国的施工标准。而且这种 再生水泥的生产成本仅为普通水泥的一半，并且在生产过程中不产生二氧化碳。 这项技术目前已经在韩国申请专利。韩国平均每天都产生5 万多吨废弃混凝土， 而且水泥的原料石灰石资源也正在枯竭，因此，这项技术不仅有利于解决建设 中的废弃物问题，还能解决资源枯竭问题。 硕士学位论文第一章绪论 国内对r c a 的研究尚处于起步阶段，废弃混凝土的利用率低，绝大多数的 废弃混凝土被用来作为回填材料简单使用，或者是直接运往郊区堆放。这既没 有做到合理、有效地利用和回收资源，而且采取堆放需占用大量农田并导致更 为严重的二次污染。随着社会经济的发展，混凝土用量的增加，因开采砂石骨 料而造成的资源枯竭和环境破坏已成为人们关注的焦点，混凝土的可持续发展 与骨料危机的矛盾日益突出，也成为人们关注的焦点，国内数十家大学、研究 机构和许多学者就此开展了再生混凝土的研究，而且研究工作逐渐深入。例如 东南大学、华中科技大学、北京建工学院、沈阳建工学院等已经开展利用城市 垃圾制取烧结砖和再生混凝土技术的研发【4 3 】；长安大学、武汉科技大学、同济 大学、中南大学则开展了将水泥混凝土废弃物用于道路工程基层、面层、土基 及防护工程的研究。华中科技大学的杜婷【4 0 4 8 1 、西北工业大学的王莉莉【4 5 】和武 汉理工大学的肖开涛【l6 】等均提出了大力开发和利用再生混凝土的观点，对再生 混凝土的基本物理力学性能进行了研究，认为通过掺加活性超细矿物粉等外加 剂可以很大程度地提高再生混凝土的强度和耐久性，并对阻碍再生混凝土广泛 应用的主要原因进行了分析。同时，中南大学的李俊【4 6 】和池漪【47 】还分别对再生 骨料应用于道路路面的快速修补技术和再生骨料混凝土高强高性能化途径进行 了较系统的研究。李俊的研究结果表明：再生骨料快速修补混凝土在技术上是 可行的，用u f a 、适量激发剂及再生骨料配制的快速修补混凝土能够满足1 d 3 d 开放交通的要求，工作性能良好，并在经济上是合理的，还能带来显著的环 保效益和社会效益。池漪通过适当调整砂率、增大胶凝材料用量并掺入优化配 比的矿物掺合料可以成功配制工作性能满足要求的c 5 0 再生骨料自密实混凝 土，通过优化循环再生混凝土的配合比，可以提高再生骨料混凝土的循环次数， 实现废弃混凝土多次循环利用。这些研究无疑拓宽了再生骨料的应用范围，逐 渐开始从以再生骨料和再生混凝土的材料性能为研究对象的第一阶段走出，向 主要以再生骨料混凝土的结构性能为研究对象的第二阶段迈进。 我国政府制定的中长期科教兴国战略和社会可持续发展战略，也鼓励废弃 物的研究和应用，建设部将“建筑废渣综合利用列于1 9 9 7 年科技成果重点推 广项引4 引，在政府的鼓励下，再生骨料被越来越多的实际工程所采用。比如： 合宁高速公路、上海市中心的“华亭 和“霍兰”两项工程、同济大学校园内 的“再生路 、浙江省临海市7 5 省道大路线岭根至车口( k 2 0 + 0 5 0 l q 7 + 2 2 5 ) 7 2 公里路段、江苏省句茅公路附属工程、湖南长沙机场工程等。另外，上海 市建筑构件制品公司1 9 9 7 年开始利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混 凝土制作混凝土空心砌块，其产品各项技术指标完全符合上海市标准混凝土 小型空心砌块工程及验收规程( d b j 0 8 - - 2 0 3 - - 9 3 ) h o 这些工程对再生骨料 6 硕士学位论文 第一章绪论 的成功应用不仅起到了示范作用，也为我国再生骨料混凝土的发展作出了重要 的促进作用。 虽然我国在再生骨料应用方面取得了一定的成就，但还是任重道远。1 9 9 9 年我国混凝土用量居全球之冠【4 9 】。至0 2 0 0 3 年，全世界的水泥产量1 5 亿吨，中国 就消费了8 2 亿吨，相当于全世界5 5 的水泥都倒在中国的土地上。与此同时， 我国每年产生数以亿吨计的建筑垃圾【2 8 1 。有专家预测2 1 世纪初期将出现一个混 凝土结构破坏的高峰。再者，混凝土中砂石骨料占总重量的7 0 以上，其用量 十分巨大。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉而不受重视，被 认为是取之不尽的原材料而随意浪费。随着社会经济的发展、混凝土用量的增 大，因开采砂石骨料而造成的资源枯竭和环境破坏已成为人们关注的焦点【4 9 1 。 由于公路养护部门处理废弃混凝土的量巨大，公路底基层或基层混合料的 强度要求低，对天然骨料的需求量大，将再生骨料部分或全部代替天然骨料作 为水泥稳定再生骨料混合料应用于公路底基层或基层仍是其应用的主要领域。 如下列举了一些将再生骨料应用于道路基层或底基层的工点应用实例。 工点应用一：开封至兰考的水泥混凝土道路的改建工程 2 0 0 1 年，长安大学结合河南开封地区连接开封和兰考两地的水泥混凝土道 路的改建工程，在k 4 9 3 + 7 4 0k m 处，各铺筑了4 0 m 的二灰和水泥稳定的废弃 混凝土再生骨料的试验路段，取得了一定的成果。竣工和通车一年后的弯沉检 测结果表明，该试验路段与生产路段在本质上并未产生任何的差异，符合半刚 性基层材料的一般通性。其中水泥稳定的材料配合比为水泥：再生集料= 6 ： 9 4 ；二灰稳定配合比为石灰：粉煤灰：再生集料= 6 ：2 4 ：7 0 。 工点应用二：湖北省襄樊城区道路改扩建工程 湖北省襄樊公路总段在城区道路改建过程中，将废弃混凝土路面板破碎后 作为骨料，和5 0 的破碎卵石混合后应用于道路基层。在2 0 0 3 年改造总标段1 6 8 k m 的路面中，使用破碎混凝土面板( 再生集料) 作基层的路面共计1 4 2k m ，占总 长度的8 4 5 ，总用量达至u 3 7 0 3 1 8 m 3 ( 其中长虹路底基层使用1 0 6 3 5 3 m 3 ；邓城 大道底基层和基层分别使用1 0 5 1 8 7m 3 和8 1 7 4 8 m 3 ；春园东路底基层和基层分别 使用4 5 8 9 2 m 3 和3 1 1 3 8 m 3 ) 。其中底基层使用2 5 7 4 3 2 m 3 ，基层1 1 2 8 8 6 m 3 。使用 效果良好。具体使用情况见表1 4 。 工点应用三：义乌市上溪至佛堂公路工程改扩建工程 2 0 0 4 年4 月，义乌市交通建设公司利用再生骨料代替碎石进行了5 水泥稳 7 硕士学位论文第一章绪论 定层试验路段的铺筑，试验放在义乌市上溪至佛堂公路工程9 k + 3 9 0 9 k + 3 4 0 路 段，面积约6 5 0 m 2 ，对其压实度、弯沉值、7 天无侧限抗压强和耐久性进行了一 系列试验，试验结果表明铺筑的试验路段是成功的，利用再生骨料代替碎石使 用在道路半刚性基层上是完全可行的。此外，在0 3 省道义乌市龙回互通至金东 区段的水泥路面改造工程中，即利用再生骨料代替碎石作半刚性基层。经测算， 该工程采用再生骨料作为半刚性基层材料可节约碎石5 8 0 0 0 m 3 ，节约工程造价 6 9 60 0 0 元，节约永久性占地约3 0 亩，经济效益与社会效益非常可观。 工点应用四：京沪高速公路旧水泥混凝土路面维修工程 山东省京沪高速公路采用m h b 型重锤破碎机械在某公路上对旧水泥混凝 土路面板进行震裂稳压后，对破碎后的再生骨料采用灌入稳定的方法作基层， 再铺筑沥青路面的方法改造旧水泥路面取得了相当的成功。 工点应用五：湖北荆门公路局的水泥混凝土道路的改建工程 2 0 0 5 年5 月，湖北荆f - j 公路局的水泥混凝土道路的改建工程，铺筑了4 0 0 m 水泥稳定的旧水泥混凝土板再生骨料基层施压路段，获得了良好的试验结果。 这段试验路调整了级配，使级配成为骨架密实型结构，成型过程中应用振动压 路机，这段试验路的强度和其它各项指标都很好。 袁1 - , 1 襄樊城区部分路段使用破碎混凝土面板的情况 8 硕士学位论文 第一章绪论 1 2 2 基层材料抗冲刷性能研究现状 尽管早在5 0 年代，美国等一些国家就有报道，在水泥混凝土路面混凝土 板的接缝处，由于板在行车的作用下所产生的泵吸作用会造成道路基层的唧泥 现象，但是国外开展基层材料抗冲刷性能研究真正是始于8 0 年代。总的来说， 道路基层材料抗冲刷性能的研究尚属于较新的领域。 1 2 2 1 国外研究现状 在1 9 8 6 年，澳大利亚公路研究所采用加速加载设备在昆士兰州的试验路面 上进行了一系列的足尺路面加载试验，试