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掺再生砖集料水泥稳定碎石力学性能研究

2024-07-22 9 上传者：管理员

摘要：为了改善掺再生砖集料水泥稳定碎石的力学性能，研究了不同强化剂类型和掺量对再生砖集料的强化效果，并在此基础上研究了掺再生砖集料水泥稳定碎石的力学强度。结果表明：有机硅树脂在降低再生砖集料压碎值、吸水率和提高粘附性性能远远优于硅烷偶联剂和水玻璃溶液；随着再生砖集料掺量的增加，掺再生砖集料水泥稳定碎石无侧限抗压强度逐渐降低，而劈裂强度却逐渐提高。

关键词：
再生砖集料
力学强度
强化剂
有机硅树脂
水泥稳定碎石
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近年来我国建筑业发展迅速，产生了大量的建筑垃圾，主要包括残渣、废混凝土、碎砖、木屑和钢筋等[1,2]。目前，建筑垃圾主要的处理手段未填埋和堆放，不仅占地面积大浪费土地资源，而且污染严重[3]。与此同时，道路建设需要大量的骨料，因此利用建筑垃圾生产再生集料可以有效缓解天然集料短缺的难题，也有助于解决建筑垃圾处理问题[4]。现阶段，再生混凝土由于良好的物理力学性质已被广泛应用于道路建设，而再生砖块却鲜有研究，原因在于砖块表面丰富的裂纹和微孔隙，导致其吸水率和压碎值偏高、而密度较低，极大地限制了砖集料的再生应用[5]。为了提高砖集料的再生利用价值，可采用一定的物理化学方法对再生砖集料表面进行处理，但不同处理工艺的效果差异较大，鉴于此，本研究采用不同处理工艺对再生砖集料进行表面处理，分析处理工艺对砖集料技术指标的改善效果，并研究了处理后再生砖集料在水泥稳定碎石的应用，具有实际工程价值。

1、原材料与试验方法

1.1原材料

(1）水泥

水泥为P·O42.5缓凝水泥，技术指标见表1。

(2）天然集料

天然集料取自山西省太原市石灰岩，技术指标见表2。

(3）再生砖集料

本研究使用的粘土砖块取自太原某建筑垃圾处理厂，经过鄂式破碎机破碎筛分后形成具有一定级配的再生砖集料，再生砖集料的物理力学指标见表3。

表3可以看出，再生砖集料密度低、压碎值和吸水率高，不满足规范对水泥稳定材料性能的要求，主要原因在于砖块来源为粘土烧结砖，原材料密度不高，其次砖块在使用过程中以及破碎筛分过程中造成的损伤，产生了众多微裂纹，增大了再生砖集料的压碎值和吸水率。

1.2级配

本文采用《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）中骨架密实级配进行研究，级配筛孔通过率列于表4。

1.3试验方案

本文研究了不同处理工艺对砖集料技术指标的改善效果以及对水泥稳定砖块性能的提升效果差异。分别使用机硅树脂溶液、硅烷偶联剂、有机硅树脂三种强化产品，对再生砖集料进行表面处理，研究不同强化剂掺量对再生砖集料压碎值、表观相对密度、吸水率和粘结性等级的影响，优选出最佳强化剂类型和掺量，并在最佳强化剂掺量下研究了再生砖集料掺量对水泥稳定碎石力学强度的影响，采用无侧限抗压强度试验和劈裂强度试验，评价了水泥稳定砖集料的力学性能。两种力学试验流程参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）进行。

表1水泥技术指标

表2集料技术要求

表3再生砖集料的物理力学指标

表4骨架密实级配

图1强化剂对再生砖集料物理力学性质的影响

2、试验结果与讨论

2.1再生砖集料的强化技术

研究强化剂类型和掺量对再生砖集料物理力学性质的影响，试验结果如图1所示。

如图1所示，三种强化剂对再生砖集料的物理力学性质有明显的改善，原因在于强化剂可以通过不同的方式改善砖集料表面特性，封闭开口孔隙、减小微裂缝等，但三者的改良效果不尽相同，原因在于三者对再生料的改性机理不同。

图1(a）可以看出，再生砖集料压碎值随强化剂掺量的增大迅速下降，掺量为3%时吸水率下降速率降低，有机硅树脂的改良效果明显高于其他两种强化剂，掺量为4%时，可以将再生料吸水率降低至3%以下，几乎与天然集料接近。

图1(b）可以看出，再生砖集料吸水率随强化剂掺量的增大迅速下降，掺量超过3%时，下降速率趋缓，其中有机硅树脂对再生料强化效果最好，压碎值降低约17%，有效提高了再生料的力学强度。

图1(c）可以看出，再生砖集料表观相对密度随强化剂掺量的增大逐渐增大，但增大幅度较小，原因在于强化剂的使用对再生砖集料的本质并未改变，仅通过化学手段封闭孔隙，因此密度提升有限，其中水玻璃溶液的改良效果最佳，密度提升约4%，用液体水玻璃溶液浸渍再生骨料,利用水玻璃与再生骨料表面的水泥水化产物Ca (OH)2反应生成的硅酸钙胶体能填充再生骨料孔隙,使再生骨料的密实度有所改善。

图1(d）可以看出，强化剂可以有效改善再生砖集料的粘附性，剂量为2%和4%的硅烷偶联剂和水玻璃溶液将粘附性从3级提高到4级，而4%的有机硅树脂则能提高到5级。

综上所述，压碎值、吸水率是再生砖集料是否可用于道路工程中的主要指标，有机硅树脂在降低再生砖集料压碎值、吸水率和提高粘附性性能远远优于硅烷偶联剂和水玻璃溶液，综合考虑经济效益和技术指标，选择3.0%的有机硅树脂作为再生砖集料的强化剂。

2.2再生砖水泥稳定碎石无侧限抗压强度

研究再生砖集料掺量和养生龄期对水泥稳定碎石无侧限抗压强度的影响，试验结果如图2所示，再生砖集料掺量选择0%、20%、40%、60%，养生龄期选择7 d、28 d和90 d。

图2掺再生砖集料水泥稳定碎石无侧限抗压强度

如图2(a）所示，随着再生砖集料掺量的增加，水泥稳定碎石无侧限抗压强度逐渐降低，降低幅度逐渐增大，掺量小于30%时，强度下降并不明显，15%掺量时的7d抗压强度还有轻微增大趋势。再生砖集料掺量为30%时，无侧限抗压强度下降了5.8%～6.2%，而掺量为60%时，无侧限抗压强度下降了约20%。

如图2(b）所示，随着养生龄期的增加，水泥稳定碎石无侧限抗压强度逐渐增大，28d养生龄期之前强度增长较快，大于28d时强度基本趋于稳定，且每条曲线趋向于一条水平渐近线，该渐近线代表强度为该再生砖集料掺量下水泥稳定碎石的极限强度，假设90d时强度基本达到极限强度，-28d强度约达到极限强度的94%。

2.3再生砖水泥稳定碎石劈裂强度

研究再生砖集料掺量对水泥稳定碎石劈裂强度的影响，试验结果如图3所示，再生砖集料掺量选择0%、20%、40%、60%。

图3掺再生砖集料水泥稳定碎石劈裂强度

如图3所示，随着再生砖集料掺量的增加，水泥稳定碎石劈裂强度逐渐增大，掺量小于30%时强度增长趋近于线性增大，而后增长幅度降低。劈裂强度增长规律与抗压强度差异较大，原因在于再生砖集料虽然压碎值和吸水率较大，但此两者对劈裂强度的影响较小，而砖集料经有机硅树脂溶液强化后，黏附性增大，高于天然石灰岩。此外，再生砖集料表面粗糙，棱角多，与水泥浆的界面强度增大，因此劈裂强度逐渐增大，而掺量较高时强度增长趋缓原因在于砖集料自身强度小于界面强度，砖块成为了劈裂薄弱面，因此强度增长趋缓。

3、结论

研究了再生砖集料强化工艺以及掺再生砖集料水泥稳定碎石的力学强度，主要结论如下：

(1）有机硅树脂在降低再生砖集料压碎值、吸水率和提高粘附性性能远远优于硅烷偶联剂和水玻璃溶液，综合考虑经济效益和技术指标，选择3.0%的有机硅树脂作为再生砖集料的强化剂。

(2）随着再生砖集料掺量的增加，掺再生砖集料水泥稳定碎石无侧限抗压强度逐渐降低，而劈裂强度却逐渐提高。

(3）随着养生龄期的增加，掺再生砖集料水泥稳定碎石无侧限抗压强度逐渐增大，28d养生龄期之前强度增长较快，大于28d时强度基本趋于稳定。

参考文献:

[1]秦小艳.建筑废弃物分类及其对环境污染影响关联因素分析研究[D].重庆:重庆大学,2012.

[2]李跃矩,林志伟,孙可伟,等.建筑废弃物在道路结构层材料中的应用研究[J].环境科学与技术,2010(S2):352-354.

[3]侯月琴.水泥混凝土再生集料在沥青路面中的应用研究[D].西安:长安大学,2014.

[4]胡幼奕,张朋,赵婧.当前我国砂石行业面临的问题及对策[J].中国建材,2021(1):128-130.

[5]雷斌,徐原威,熊进刚.路面面层用建筑垃圾再生粗骨料混凝土基本力学性能[J].南昌大学学报,2016,40(3):287-291.

文章来源:张沛.掺再生砖集料水泥稳定碎石力学性能研究[J].科学技术创新,2024,(16):143-146.