[發(fā)明專利]一種水泥穩(wěn)定再生集料基層或底基層的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410625633.1
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN104389253B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)小平;劉永紅;侯月琴;宿秀麗;劉陵慶
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號(hào): E01C3/04
• 分類號(hào): E01C3/04
• 代理公司: 西安睿通知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)61218
• 代理人: 惠文軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑垃圾再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種水泥穩(wěn)定再生集料基層或底基層的設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)背景

建筑垃圾是指建(構(gòu))筑物建設(shè)與拆除、路面建設(shè)與翻修、混凝土生產(chǎn)和工程施工等狀況下產(chǎn)生的固體廢棄物。土木工程建設(shè)與拆除會(huì)產(chǎn)生大量建筑垃圾，我國正處于建設(shè)高峰期，每年產(chǎn)生的建筑垃圾達(dá)6億噸，其中廢棄的水泥混凝土占60％以上。

再生集料(Recycled Concrete Aggregate,RCA)是指建筑垃圾中的廢棄水泥混凝土經(jīng)分揀、剔筋、破碎、分級后形成的粒徑小于40mm的集料，包括再生粗集料(4.75mm≤粒徑＜40mm)和再生細(xì)集料(粒徑﹤4.75mm)。自二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，歐美等發(fā)達(dá)國家相繼開展了建筑垃圾路用的研究，主要用于路面基層、路肩和路基，在少數(shù)情況下用于面層，美國有超過20個(gè)州在公路建設(shè)中采用再生骨料。中國各級政府部門鼓勵(lì)建筑垃圾的資源化利用，全國人大于1995年11月通過了《城市固體垃圾處理》，要求“產(chǎn)生的部門必須交納垃圾處理費(fèi)”，但由于各種原因，我國目前仍有巨量的建筑垃圾被直接運(yùn)往城市郊區(qū)露天堆放或簡單的填埋，不僅占用了大量的土地，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。另一方面，我國大規(guī)模的公路建設(shè)需要耗用大量石料，路面混合料中90％以上是集料，普遍選用玄武巖、花崗巖、石灰?guī)r等優(yōu)質(zhì)集料，隨著修筑公路過程中大量使用，高質(zhì)量集料已被消耗殆盡，使得路面集料供需矛盾日益突出，價(jià)格越來越高。因此，利用再生集料替代天然集料進(jìn)行路面建設(shè)，不僅能緩解天然集料緊缺的情況，同時(shí)也有助于解決建筑垃圾的處理問題，可以起到一箭雙雕的作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，是目前處理城市化過程中代謝大量建筑垃圾最為有效的途徑。

水泥穩(wěn)定類材料具有強(qiáng)度高、板體性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于我國公路路面基層與底基層的建設(shè)。傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定類材料由水泥與天然集料(或細(xì)粒土)按比例混合而成。為了再生利用建筑垃圾，近年來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穩(wěn)定再生集料，用于修筑路面基層或底基層。現(xiàn)階段我國尚沒有水泥穩(wěn)定再生集料的設(shè)計(jì)方法，在常規(guī)的使用方法中往往是按照現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D50-2006的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的，該方法的過程如下：首先選擇水泥、碎石等材料并檢驗(yàn)其技術(shù)性能，根據(jù)級配要求確定礦料組成；然后選擇4-5個(gè)水泥劑量，進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)確定混合料的最大干密度和最佳含水量；按照所確定的最大干密度和最佳含水量成型試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，測試其7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，根據(jù)水泥劑量與7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線，確定水泥劑量，要求7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的代表值不小于《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)中表6.1.5的規(guī)定值。

相比天然集料，再生骨料表面存在微裂縫與空隙，具有更高的表面粗糙度，這就在一定程度上提高了集料間的摩阻力；其次，再生骨料含有具備一定活性的硅酸鹽，這些活性物質(zhì)與水泥水化產(chǎn)物中的Ca(OH)₂發(fā)生火山灰反應(yīng)，生成水硬性產(chǎn)物進(jìn)而形成附加強(qiáng)度；最后，再生骨料表面比天然碎石更粗糙、且有很多孔隙，混合料拌和過程中，水泥漿更易滲入RCA表面及內(nèi)部空隙，進(jìn)而提高界面強(qiáng)度，以上因素導(dǎo)致水泥穩(wěn)定再生集料與傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定類材料在力學(xué)特性、疲勞特性、剛度特性等方面存在較大差異，如果按照上述方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)存在以下問題：(1)強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不合適，表現(xiàn)為強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)過高，有時(shí)過低。設(shè)計(jì)強(qiáng)度過高，不僅會(huì)導(dǎo)致水泥劑量偏大，而且會(huì)影響混合料的抗裂性與經(jīng)濟(jì)性；設(shè)計(jì)強(qiáng)度過低，則會(huì)直接影響水泥穩(wěn)定碎石基層的承載力和耐久性。(2)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度、模量和抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，而混合料設(shè)計(jì)的唯一指標(biāo)為7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，因此混合料設(shè)計(jì)時(shí)無法考慮路面結(jié)構(gòu)對材料性能的要求，結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)相脫節(jié)，使得設(shè)計(jì)的混合料并不能有效控制路面結(jié)構(gòu)開裂。

套用現(xiàn)有《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2006)的設(shè)計(jì)方法會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的水泥穩(wěn)定再生集料基層或底基層具有較小的承載力、路面結(jié)構(gòu)與水泥穩(wěn)定再生集料的性質(zhì)相脫節(jié)，以致路面容易開裂且耐久性不足。因此針對建筑垃圾再生集料本身的技術(shù)性質(zhì)探索出合理的水泥穩(wěn)定再生集料底基層或底基層的設(shè)計(jì)方法是正確使用建筑垃圾再生有效途徑，有利于建筑垃圾再生集料在公路建設(shè)中的推廣使用，是消納城市建筑垃圾的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容