適用于農村公路養護維修的再生骨料混凝土性能改善研究

趙再海

（江口縣交通運輸局）

隨著農村公路使用年限的增加，路面破損問題日益突出，需要進行養護維修。傳統的混凝土路面在維修過程中會產生大量的廢料，這些廢料不僅占用土地資源，還會對環境造成不可逆的污染，因此，如何妥善處理這些廢料成為了一個重要的問題[1]。同時，農村公路的養護維修工作也面臨著新的挑戰，需要尋找一種更加環保、高效、可持續的解決方案。

在這個背景下，研究一種能夠改善再生骨料混凝土性能的方法變得至關重要。再生骨料混凝土是一種利用廢棄混凝土塊經過破碎、清洗和分級處理后得到的材料，再與水泥、水和其他添加劑混合而成的混凝土[2]。這種混凝土不僅可以減少對自然資源的依賴，還可以減少對環境的污染，是一種具有重要現實意義的建筑材料。

1 適用于農村公路養護維修的再生骨料試劑浸泡改善

在農村公路養護維修的施工現場，再生骨料混凝土的性能對于路面的質量和耐久性具有至關重要的影響。為了進一步提高再生骨料混凝土的性能，采用化學試劑對其進行改善。在眾多的化學試劑中，初步選擇了水玻璃、聚乙烯醇和納米二氧化硅作為改善試劑[3]。圖1 為三種化學改善試劑的基本形態示意圖。

圖1 三種化學改善試劑的基本形態示意圖

水玻璃是一種含有硅酸鈉的化學物質，具有較好的粘結性和耐久性。將其與再生骨料混合，通過水玻璃的粘結作用，提高再生骨料之間的粘結力，從而提高再生骨料混凝土的抗壓強度和抗折強度。

聚乙烯醇是一種具有良好柔韌性和耐久性的高分子材料。將其添加到再生骨料混凝土中，利用其柔韌性提高再生骨料混凝土的抗裂性能，抑制裂紋的擴展，從而提高再生骨料混凝土的耐久性和抗疲勞性能[4]。

納米二氧化硅是一種高穩定性的納米材料[5]。將其添加到再生骨料混凝土中，利用其高活性提高再生骨料混凝土的界面性能，從而提高再生骨料混凝土的力學性能和耐久性。

三種試劑對再生骨料改善后，將綜合對比結果記錄如表1所示。

表1 三種試劑對再生骨料改善綜合對比結果

結合表中的內容可以看出，水玻璃試劑作為一種改善再生骨料混凝土性能的手段，具有較低的改造成本。相較于聚乙烯醇和納米二氧化硅試劑，水玻璃在水溶性方面具有顯著優勢，可以在常溫狀態下進行操作，減少了對施工周期的負面影響[6]。圖2為經水玻璃改善后再生骨料物理性質變化趨勢圖。

圖2 經水玻璃改善后再生骨料物理性質變化趨勢圖

綜合上述分析，決定選用水玻璃作為最佳的改善試劑。結合圖2可以看出，水玻璃濃度為25%時，再生骨料的壓碎值最低。為了確保改善效果達到最佳，進行了進一步的實驗，將水玻璃的濃度設置為25%，浸泡時間設置為1小時。

通過實驗驗證，我們發現當水玻璃濃度為25%時，再生骨料混凝土的性能得到了顯著提升。在浸泡時間為1 小時的情況下，水玻璃能夠充分滲透到再生骨料表面，與骨料發生反應，從而提高再生骨料混凝土的抗壓強度、抗折強度等關鍵性能指標[7]。同時，這種改善方法具有較好的經濟性和可行性，適合在農村公路養護維修中推廣應用。

2 再生混凝土配合比優化

在利用化學試劑完成對再生骨料的改善后，對再生混凝土配合比進行優化設計。適用于農村公路養護維修的再生骨料混凝土材料基本性質如表2所示。

表2 再生骨料混凝土材料基本性能記錄

在優化再生混凝土配合比時，首先需要確定混凝土的配制強度，C35 等級混凝土的強度為35MPa，結合下述公式計算得出混凝土的配制強度：

fcu,0=fcu,k+ 1.648σ⑴

式中：fcu,0代表混凝土的配制強度；fcu,k代表混凝土的立方體抗壓強度標準值；σ代表混凝土的強度標準差。在設定再生混凝土的水膠比時，針對再生粗骨料吸水的特點，結合普通混凝土的配比設計規范，對其進行了相應的調整。這主要是由于回收的粗集料具有很高的吸水性，它對混凝土的水膠比有很大的影響。

回歸系數反映了骨料、水泥、水等材料對混凝土性能的影響。在再生混凝土中，由于使用了再生粗骨料，這些骨料的吸水率較大，因此需要對回歸系數進行相應的調整，以適應再生粗骨料的特點。

具體來說，可以通過試驗方法來確定再生混凝土的回歸系數[8]。在試驗中，我們可以分別使用再生粗骨料和普通粗骨料來制備混凝土，并對其性能進行測試。通過對比兩組混凝土的性能，我們可以得到再生粗骨料對混凝土性能的影響，從而對回歸系數進行調整。除了調整回歸系數外，我們還可以采取其他措施來改善再生混凝土的性能。例如，可以加入適量的外加劑來改善再生混凝土的流動性、保水性和硬化性能等。此外，還可以通過優化再生粗骨料的粒徑和級配來提高再生混凝土的強度和耐久性。再結合下述公式，確定單位體積水泥的用量：

式中：mc0代表單位體積水泥用量；mw0代表用水量；w/c代表水灰比。通過體積法的運用，計算得出砂石的具體用量：

式中：mg0代表單位體積粗集料用量；ms0代表單位體積細集料用量；ρc代表水泥的密度；ρga代表粗集料的表觀密度；ρsa代表細集料的表觀密度；ρw代表水的密度；α代表混凝土的含氣量比例；βs代表砂石用量比例。選用了萘系高效減水劑作為外加劑，但在混合料中加入減水劑后，其工作性能受減水率的影響較大。主要原因是減水劑在發揮其作用時，需要與混凝土漿體進行充分拌合，而在配合比試驗階段，通常采用人工拌合來調整配合比。再生粗骨料具有較高的吸水率和吸水速度，這也會對減水劑的效果產生影響。為了充分考慮再生粗骨料的特點，本試驗選用了較低的減水劑摻入量0.7%。這樣的選擇能夠更好地發揮減水劑的作用，提高再生粗骨料混凝土的工作性能和耐久性，以滿足實際工程的需要。

3 再生骨料高吸水率處理

在處理再生骨料高吸水率的問題上，通常有兩種方法。第一種方法是對再生骨料進行預濕處理。首先，將再生骨料浸漬在水中幾個鐘頭，直到骨料充分吸水并變得完全濕潤。然后，用毛巾擦拭或晾曬骨料，直至骨料完全干燥，達到所需的濕度條件。最后，將處理過的再生骨料用于混凝土的制備。

第二種方法是計算額外用水量后，在制備混凝土時，將額外用水量直接加入到總用水量當中。由于再生骨料的吸水率較高，這種方法可以確保在混凝土制備過程中，滿足骨料吸水的要求，同時保證混凝土的流動性和工作性能。

這兩種處理方式都有各自的優點和適用范圍。預濕處理可以確保再生骨料在混凝土中的濕度均勻，提高混凝土的工作性能和耐久性。而計算額外用水量并加入總用水量的方法，可以在滿足骨料吸水的同時，更好地控制混凝土的配合比和水膠比，從而優化混凝土的性能。對不同拌和方式混凝土工作性進行對比，如表3所示。

表3 不同拌和方式混凝土工作性對比

事實證明，采用提前預濕法處理再生骨料，無需長時間浸泡和晾干，提高了實驗效率，避免了水資源的浪費。在混凝土拌合過程中，這種方法不會因為短時間內水量過多而導致混凝土拌合物出現離析的現象，也不會對混凝土的和易性造成其他不利影響。

通過預濕處理，再生骨料可以充分吸收水分，避免在后續的混凝土制備過程中，將再生骨料的額外用水量算入總用水量而引起其他不利因素。這種方法能夠更好地控制混凝土的配合比和水膠比，從而優化混凝土的性能。

采用提前預濕法處理再生骨料，可以保證實驗數據的準確性，使試驗結果更具參考價值。這種方法在提高再生骨料混凝土性能的同時，也符合可持續發展的理念，為推動建筑廢棄物資源化利用提供了有效的技術手段。

4 改善效果分析

將通過上述方式改善后的再生骨料混凝土與改善前進行對比，將抗壓強度作為改善效果的評價指標，改善后與改善前相比，若抗壓強度更高，則說明改善方案更合理。根據上述論述，記錄兩種再生骨料混凝土在3～28d 養護時間內的抗壓強度，并將結果繪制成圖3所示。

圖3 改善前后抗壓強度對比圖

從圖3 可以看出，改善后與改善前相比，再生骨料混凝土的抗壓強度明顯提升，因此可以證明上述改善方案的有效性。在此基礎上，對改善前后再生骨料混凝土的劈裂強度進行對比分析。再生骨料混凝土的劈裂強度是指混凝土在受到拉應力時發生劈裂的抗力。由于再生骨料的抗拉強度較低，混凝土在受到拉應力時容易發生劈裂破壞。因此，再生骨料混凝土的劈裂強度是評估其抗裂能力的重要指標。同樣記錄在3～28d 養護時間內劈裂強度的變化，如圖4所示。

圖4 改善前后劈裂強度對比圖

從圖4 中可以明顯看出，經過改善后的再生骨料混凝土與未進行改善的對比，其抗裂強度得到了顯著提升。這一結果表明，通過采取相應的改善措施，我們成功地提高了再生骨料混凝土的抗裂能力，進一步驗證了改善方案的有效性。從圖4 中的數據對比可以看出，經過改善后的再生骨料混凝土的抗裂強度比未改善前有了明顯的提升。這表明我們所采取的改善方案對于提高再生骨料混凝土的抗裂能力是有效的。同時，這也為我們進一步探索再生骨料混凝土的優化設計和應用提供了有力的支持。

5 結論

綜上所述，本文研究了用于農村公路養護維修的再生骨料混凝土性能改善方法。在實際應用中，通過優化再生骨料混凝土的配合比和添加適量的高性能纖維，可以顯著提高其各項性能指標，滿足農村公路養護維修的需求。同時，該方法還具有節能減排和環保的優勢。