再生矿渣胶结料稳定混合料强度研究.pdf
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1、对再生骨料替换率为 60%、80%和 100%的矿渣和水泥胶结料稳定混合料进行强度试验研究。结果表明,与同条件的水泥相比,使用矿渣胶结料的再生混合料 7 d 的无侧限抗压强度可提高 75%以上,间接拉伸强度可提高 50%以上;在矿渣胶结料用量为4.0%时,再生骨料为100%的试件强度可达到 5.1 MPa,满足高速公路和一级公路路面基层重交通强度要求。关键词:矿渣胶结料;再生骨料;再生混合料;强度中图分类号:U 414 文献标识码:A引言近年来,再生水泥稳定混合料作为道路基层材料已经被认可和应用,但是随着再生骨料用量的增加,水稳碎石的强度逐渐下降1-2。为进一步增加再生骨料的使用,许多学者研究
2、了替代率为 100%时水稳碎石的力学强度,徐驰3在 P 42.5 水泥用量为 4.0%、5.0%和 6.0%时测得其 7 d 无侧限抗压强度为 3.5 MPa、4.1 MPa 和 4.4 MPa;李清富等4使用同样比例的水泥测得强度为 3.5 MPa、4.3 MPa 和 5.0 MPa。从数据上看,要达到高速公路和一级公路路面基层重交通强度 4.0 6.0 MPa的要求5,水泥用量须在 5%以上。但高用量的水泥会使材料干缩量增加,容易出现裂缝,同时水泥生产过程碳排放量高,环境污染大。试验拟采用新型高活性激发剂来激发粒化高炉矿渣的活性,让活性组分与熟料、石膏反应,生成高强度水化产物,从而制备出力
3、学性能优异、耐腐蚀的新型矿渣胶凝材料。由于大量使用粒化高炉矿渣(80%),且不含高水化放热矿物 C3S 和 C3A,其水化放热量远小于 P O 水泥,所以该胶结料具有极低的碳排放,约为 80 kgt-1,仅为 PO 42.5 水泥的10%15%。1 试验与材料1.1 矿渣胶结料该原料来自于北京智华通科技有限公司,如图 1 所示,由 20%激发剂和 80%高炉矿渣粉混合而25Research&Application of Building Materials成,其基本性能见表 1。图 1 矿渣胶结料表 1 矿渣胶结料性能指标检测结果试验项目比表面积/m2 kg-1抗压强度/MPa 抗折强
4、度/MPa 凝结时间/min3 d28 d3 d28 d初凝终凝规定值30017.0 42.53.56.5180360实测值44722.445.84.912.1182370 注:规定值来自于 GB 1752007通用硅酸盐水泥 通过表中数据可知,所使用矿渣胶结料初凝和终凝时间符合标准,抗压强度和抗折强度合格,各项性能指标符合 JTG/T F202015公路路面基层施工技术细则的要求5,可以使用。为了进一步探究矿渣胶结料的水化性能,对其水化产物进行电镜扫描,结果如图 2 所示。图 2 电子显微镜扫描图图 2(a)中可以看到,存在错综复杂的网状和席状组织,并有成簇的倾向,像杂乱的纤维结构,这是典型
5、的 C-S-H(水化硅酸钙)凝胶体,同时图中有六方薄板层状的晶体,呈不太规则的形状甚至大的板状堆积形状,这是 Ca(OH)2晶体。图 2(b)中,存在大量的六方棱柱体和针棒状晶体,棱面清晰,说明水化物中含有钙矾石。从微观形貌可以看出,该矿渣胶结料水化产物致密,有不规则的结晶体,晶粒大小不一,联结紧密。1.2 水泥试验所用水泥为苏州天山牌 P O 42.5 水泥,检测其安定性、抗压强度、抗折强度和凝结时间等性能指标见表 2。表 2 水泥性能指标检测结果试验项目比表面积/m2 kg-1安定性/mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa 凝结时间/min3 d28 d3 d28 d初凝终凝规定值3005.
6、0 17.0 42.5 3.5 6.5 180360实际值3551.025.048.84.77.1324405 注:规定值来自于 GB 1752007通用硅酸盐水泥 通过表中数据可知,所水泥凝结时间和安定性合格,且各项性能指标符合 JTG/T F202015 要求5,可以使用。1.3 骨料所选再生骨料和天然骨料来源于苏州新亿泰建材有限公司,其基本性能指标均满足 JTG/T F202015 要求5,具体见表 3 和表 4。表 3 再生骨料性能检测结果骨料粒径/mm针片状含量/%表观密度/g cm-3吸水率/%压碎值/%含泥量/%粗9.531.57.711.797.6114.940.73中4.75
7、19.06.612.349.5218.780.27细04.75 2.7910.81 JTG/T F202015要求301 表中“”为不需要检测的数据表 4 天然骨料性能检测结果骨料粒径/mm针片状含量/%表观密度/g cm-3吸水率/%压碎值/%含泥量/%粗9.531.514.761.952.1813.350.20中4.7519.05.392.412.8815.670.93细04.75 2.863.44 JTG/T F202015要求15301 表中“”为不需要检测的数据1.4 级配设计选择 3 个级配再生骨料与水泥配料,其中再生骨料替换率为 60%、80%和 100%,编号分别为RCA60、
8、RCA80 和 RCA100。作为对比,选择 3 个相同级配的再生骨料与矿渣胶结料配料,再生骨料替换率同为 60%、80%和 100%,编号为 SCA60、SCA80和 SCA100,采用的 3 个合成级配如图 3 所示。图 3 再生骨料合成级配曲线击实试验选取了 3 个不同的胶结料用量,分别35建材技术与应用 4/2023为 4.0%、4.5%和 5.0%,使用内掺法对各个级配进行击实试验,得到不同胶结料用量的最大干密度和最佳含水量,如图 4 和图 5 所示。图 4 再生混合料最大干密度图 5 再生混合料最佳含水量由图可以看出,矿渣胶结料用量越多,最佳含水率越大,最大干密度越大;再生骨料用量
9、越多,最佳含水率变大,最大干密度变小。从数据上分析,在再生骨料替换率为 60%时,矿渣胶结料试件比水泥试件干密度最大增长为 3.0%,最佳含水率最大增长为 2.8%;在再生骨料替换率为 80%和 100%时,这两个值分别为 4.9%、21.1%和 4.7%、8.0%,增长呈现出先变大再变小的趋势,在再生骨料替代率为80%时达到了峰值。2 结果与讨论2.1 无侧限抗压强度按照 JTG E512009公路工程无机结合料稳定材料试验规程6中 T0843-2009、T0845-2009 和T0805-1994 相应的试验方法对试件进行制作、养护和无侧限抗压强度试验,结果如图 6 所示。图 6 不同胶结
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