[发明专利]一种水泥稳定再生集料基层或底基层的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑垃圾再利用技术领域，具体公开了一种水泥稳定再生集料基层或底基层的设计方法。

技术背景

建筑垃圾是指建(构)筑物建设与拆除、路面建设与翻修、混凝土生产和工程施工等状况下产生的固体废弃物。土木工程建设与拆除会产生大量建筑垃圾，我国正处于建设高峰期，每年产生的建筑垃圾达6亿吨，其中废弃的水泥混凝土占60％以上。

再生集料(Recycled Concrete Aggregate,RCA)是指建筑垃圾中的废弃水泥混凝土经分拣、剔筋、破碎、分级后形成的粒径小于40mm的集料，包括再生粗集料(4.75mm≤粒径＜40mm)和再生细集料(粒径﹤4.75mm)。自二次世界大战结束后，欧美等发达国家相继开展了建筑垃圾路用的研究，主要用于路面基层、路肩和路基，在少数情况下用于面层，美国有超过20个州在公路建设中采用再生骨料。中国各级政府部门鼓励建筑垃圾的资源化利用，全国人大于1995年11月通过了《城市固体垃圾处理》，要求“产生的部门必须交纳垃圾处理费”，但由于各种原因，我国目前仍有巨量的建筑垃圾被直接运往城市郊区露天堆放或简单的填埋，不仅占用了大量的土地，而且会造成严重的环境污染。另一方面，我国大规模的公路建设需要耗用大量石料，路面混合料中90％以上是集料，普遍选用玄武岩、花岗岩、石灰岩等优质集料，随着修筑公路过程中大量使用，高质量集料已被消耗殆尽，使得路面集料供需矛盾日益突出，价格越来越高。因此，利用再生集料替代天然集料进行路面建设，不仅能缓解天然集料紧缺的情况，同时也有助于解决建筑垃圾的处理问题，可以起到一箭双雕的作用，具有良好的经济效益与社会效益，是目前处理城市化过程中代谢大量建筑垃圾最为有效的途径。

水泥稳定类材料具有强度高、板体性好等优点，广泛应用于我国公路路面基层与底基层的建设。传统水泥稳定类材料由水泥与天然集料(或细粒土)按比例混合而成。为了再生利用建筑垃圾，近年来有研究者采用再生集料部分或全部替代天然集料以配制水泥稳定再生集料，用于修筑路面基层或底基层。现阶段我国尚没有水泥稳定再生集料的设计方法，在常规的使用方法中往往是按照现行《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006的设计方法进行的，该方法的过程如下：首先选择水泥、碎石等材料并检验其技术性能，根据级配要求确定矿料组成；然后选择4-5个水泥剂量，进行击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量；按照所确定的最大干密度和最佳含水量成型试件，标准养生，测试其7d无侧限抗压强度，根据水泥剂量与7d无侧限抗压强度的关系曲线，确定水泥剂量，要求7d无侧限抗压强度的代表值不小于《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中表6.1.5的规定值。

相比天然集料，再生骨料表面存在微裂缝与空隙，具有更高的表面粗糙度，这就在一定程度上提高了集料间的摩阻力；其次，再生骨料含有具备一定活性的硅酸盐，这些活性物质与水泥水化产物中的Ca(OH)₂发生火山灰反应，生成水硬性产物进而形成附加强度；最后，再生骨料表面比天然碎石更粗糙、且有很多孔隙，混合料拌和过程中，水泥浆更易渗入RCA表面及内部空隙，进而提高界面强度，以上因素导致水泥稳定再生集料与传统水泥稳定类材料在力学特性、疲劳特性、刚度特性等方面存在较大差异，如果按照上述方法进行设计，会存在以下问题：(1)强度设计标准不合适，表现为强度设计标准有时过高，有时过低。设计强度过高，不仅会导致水泥剂量偏大，而且会影响混合料的抗裂性与经济性；设计强度过低，则会直接影响水泥稳定碎石基层的承载力和耐久性。(2)在传统设计方法中，水泥稳定碎石的劈裂强度、模量和抗拉强度结构系数是路面结构设计参数，而混合料设计的唯一指标为7d无侧限抗压强度，因此混合料设计时无法考虑路面结构对材料性能的要求，结构与材料设计相脱节，使得设计的混合料并不能有效控制路面结构开裂。

套用现有《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的设计方法会导致设计出的水泥稳定再生集料基层或底基层具有较小的承载力、路面结构与水泥稳定再生集料的性质相脱节，以致路面容易开裂且耐久性不足。因此针对建筑垃圾再生集料本身的技术性质探索出合理的水泥稳定再生集料底基层或底基层的设计方法是正确使用建筑垃圾再生有效途径，有利于建筑垃圾再生集料在公路建设中的推广使用，是消纳城市建筑垃圾的有效途径。

发明内容