重庆交通大学 土木工程学院重庆市 400074
摘要：本文以遂资眉高速公路水泥稳定碎石材料就地循环再应用项目为依托，将挖除的水泥稳定碎石料加工再生粗骨料，掺入机制砂配置机制砂再生混凝土用于现场施工；结合机制砂、再生粗骨料特点及FDN型萘系高效减水剂分子作用机理，相较于其它单一类型减水剂，该减水剂对机制砂再生混凝土改善效果最好；通过试验得到一组用于高速公路基层的C20机制砂再生混凝土基准配合比用于现场施工，为类似工程积累经验。
关键词：机制砂;再生混凝土；Bolomey理想级配曲线；高速公路路基
0引言
本文所述的机制砂再生混凝土(Manufactured Sand of Recycled Concrete，MRC)是指细骨料采用机制砂，粗骨料部分或全部采用再生骨料，与水、水泥按照一定比例配制成的新型混凝土[1]。机制砂是一种资源节约型建筑原材料，原材料来源丰富、环境危害小且粒径大小可人为控制，机制砂的应用能达到提高资源的综合利用率，减少对自然环境破坏的效益，且作为混凝土细骨料代替天然砂投入到生产建设中，在环境保护、资源合理利用方面有天然砂不能比拟的优势。
国内学者对机制砂混凝土的力学性能及机制砂的相关特性做了大量的研究，验证了机制砂混凝土在实际工程中应用的可行性。本文通过遂资眉高速公路水泥稳定碎石材料就地循环应用项目，将机制砂和水泥稳定碎石料加工的再生骨料，配置成强度等级为C20的MRC，取代普通水泥稳定碎石用于高速公路基层，为新型环保建筑材料MRC的研究应用积累一定的经验。
1.工程概况
水泥稳定碎石材料作为一种半刚性路面结构材料，因其修建成本低、整体性好被广泛用于高等级公路基层。工程试验选取遂资眉高速公路遂宁至资阳段中某一40m开裂路段为试验路段。一般情况下，开裂路段整修期间，挖出的水泥稳定碎石材料通常被用来填筑路基或废置处理，造成农田大量占用且破坏生态环境。本试点工程将该高速公路开挖段水泥稳定碎石材料加工为再生粗骨料，掺入机制砂按一定比例配置为满足要求的MRC作为路基材料使用，提升道路基层的承载强度，改善因道路基层挖补施工产生的建筑垃圾低附加值利用甚至零利用的现象，最大程度减少生态环境破坏。
2.RAC室内试验
2.1试验原材料及性质指标
本文选用水泥为32.5级复合硅酸盐早强水泥；细骨料为机制砂，粒径为0-5mm，中砂、吸水率2.5%，细度模数3.0；粗骨料为高速公路挖补段施工现场原有水泥稳定碎石材料破碎、筛分再生骨料，粒径5-26.5mm；外加剂为高和牌粉末状FDN型高效减水剂；表1中给出了再生粗骨料和机制砂的级配筛余率数据。可知，试验时采用的骨料级配良好。
表1粗细骨料筛余率
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2.2室内试验方案设计及萘系高效减水剂作用原理分析
由于机制砂中石粉含量、制造再生骨料破碎机械的外力作用使再生骨料内部存在大量微裂纹及再生骨料表面包裹水泥砂浆等，都会从微观上影响MRC的界面过渡区的结构，而界面过渡区结构从根本上决定了机制砂再生混凝土性能。为此机制砂再生混凝土的配比设计，以添加外加剂优化配比为着手点，从微观角度来改善界面过渡区结构，以此来提高机制砂再生混凝土的整体性能。
本文所选用高和牌粉末状FDN型萘系高效减水剂，该减水剂主要成分为β-萘磺酸甲醛聚合物，属非引气型萘系高效减水剂。相较于其他减水剂，FDN型高效减水剂是一种阴离子表面活性剂，含大量亲水基团磺酸基，对水泥颗粒有较强的分散吸附作用，能破坏水泥水化过程中形成的絮凝结构，释放其中包含的自由水，以增强水泥颗粒间的润滑作用[8]。就FDN型减水剂分子能够破坏水泥水化形成的絮凝结构而言，延缓了混凝土结晶终凝速度，使释放出的自由水分子与机制砂中石粉及未反应的水泥颗粒有时间充分结合水化析晶，生成不同状态的水泥水化产物和水化碳铝酸钙及其它水化产物晶体，相互交错攀连，使再生骨料、机制砂及界面过渡区紧密联系，密实混凝土内部结构[2-3]。
2.3试验结果分析及现场施工
在实际工程中，常用的混凝土强度发展经验公式为朱伯芳院士[4]提出的混凝土强度与龄期关系见公式（1），m取0.1727。MRC抗压强度实测值与混凝土强度预测曲线对比见图1.
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经测试，按设计配合比拌制的混凝土拌合物坍落度在25-50mm范围内，和易性满足《公路水泥混凝土路面施工技术细则》(JTG/TF30-2014)要求。对1、2、3、7、14、28d各测试龄期分别浇筑150mmx150mmx150mm标准立方体试件，并测试对应龄期试件抗压强度，将三组不同配比的机制砂再生混凝土的抗压强度值与混凝土强度预测曲线对比，选出一组最优配比作为基准配比指导现场施工。
现场施工严格参照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中关于公路基层水泥稳定材料拌和、运输、摊铺及养生等相关规定，完成机制砂再生混凝土作为水泥稳定碎石材料的现场施工。为评价施工MRC的强度，施工过程中留置MRC的试件进行养护。测定其28d抗压强度为22.31Mpa，满足高速公路基层的强度设计要求。
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图 1 实测值与MRC早期抗压强度预测值对比
3.结论
（1）通过试验及现场测定得到一组配合比为水泥∶水∶机制砂∶RCA∶减水剂=1∶0.64∶2.85∶2.73∶0.0042其中RCA为5-26.5mm再生粗骨料，满足设计强度需求的C机制砂再生混凝土；
（2）通过对比混凝土强度预测曲线得出，FDN型萘系高效减水剂对于机制砂再生混凝土的性能有一定的改善作用。
参考文献
[1]颜从进.机制砂特性对混凝土性能的影响研究[D].重庆大学,2014.
[2]顾德珍,熊大玉,卢璋.萘系减水剂作用机理模型——对水泥水化动力学及水泥石结构影响研究[J].混凝土及加筋混凝土,1986(06):14-24.
[3]蒋玉梅,刘江涛,李荣.萘系高效减水剂的研究进展[J].化学世界,2017,58(02):124-128.
[4]朱伯芳.混凝土极限拉伸变形与龄期及抗拉、抗压强度的关系[J].土木工程学报,1996(05):72-76.
作者简介
尚栋（1994-），男，汉族，山西临汾人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：土木工程材料。