聚丙烯纤维改善再生水稳碎石力学性能研究

史殿瑞，黄小芬

广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510507

0 引言

将建筑垃圾应用于水稳碎石基层中，具有良好的社会经济效益。但建筑垃圾压碎值大、吸水率高，对再生水稳碎石的路用性能造成不利的影响，进而限制了建筑垃圾的实际应用［1-2］。肖杰［3］、孙吉书［4］的研究表明：建筑垃圾吸水率大、压碎值高，随着建筑垃圾掺量的增大，再生水稳碎石的路用性能逐渐降低。马士宾［5］、杨明［6］等人发现水泥稳定碎石中掺加聚丙烯纤维可以既经济又高效地改善其路用性能，为提高再生水稳碎石基层的使用寿命，推广再生水稳碎石的广泛应用提供技术支撑。

1 原材料及试验方案

1.1 原材料

试验所用的水泥为42.5普通硅酸盐水泥，建筑垃圾的压碎值为30.6%，吸水率为6.96%（粗集料）、9.04%（细集料）。再生水稳碎石的级配如表1所示。

表1 碎石和建筑垃圾的设计级配 %

所用聚丙烯纤维弹性模量为2.9GPa，断裂延伸率为21%。

1.2 试验方案

通过再生水稳碎石的组成设计试验优选出纤维的掺量和长度，并通过7d、90d抗压强度、28d抗弯拉强度，研究纤维对再生水稳碎石力学性能的影响。试验方法均参考《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）。

2 再生水稳碎石混合料组成设计

取建筑垃圾掺量为100%，水泥剂量为4.5%，纤维掺量为0.06%、0.09%、0.12%、0.15%，纤维长度为9mm、15mm、24mm，进行7d抗压强度试验，试验结果如表2所示。

表2 再生水稳碎石7d抗压强度 MPa

由表2可知，随着纤维长度的增大，再生水稳碎石的7d抗压强度先增大后减小，当纤维长度为15mm时，再生水稳碎石的7d抗压强度最大。随着纤维掺量的增大，再生水稳碎石的抗压强度先增大后减小，纤维掺量为0.09%时，再生水稳碎石的抗压强度最大。基于以上研究，本文选取建筑垃圾掺量为0、25%、50%、75%、100%，水泥剂量为4.5%，纤维长度为15mm，纤维掺量为0、0.09%，进行再生水稳碎石的力学性能试验研究。

3 力学性能试验

3.1 抗压强度

抗压强度试验结果如表3所示。

表3 再生水稳碎石的抗压强度试验结果

由表3可知，随着建筑垃圾掺量的增大，再生水稳碎石的抗压强度逐渐减小。不掺加纤维时，100%建筑垃圾掺量再生水稳碎石的7d抗压强度、90d抗压强度分别比普通水稳碎石减小了19%、15.3%。这是因为建筑垃圾的压碎值较大，集料表面孔隙较多，对再生水稳碎石的抗压强度造成了不利的影响。掺加纤维后，再生水稳碎石的抗压强度增大，建筑垃圾掺量为100%时，掺纤维再生水稳碎石的7d抗压强度、90d抗压强度比不掺纤维的再生水稳碎石增大了13.7%、9.7%。纤维在水稳碎石中呈均匀的乱向分布，起到了加筋作用和桥接作用，增强水稳碎石抵抗荷载破坏的能力。

3.2 抗弯拉强度

28d抗弯拉强度试验结果如表4所示。

由表4可知：随着建筑垃圾掺量的增大，再生水稳碎石的28d抗弯拉强度逐渐减小。不掺加纤维时，100%建筑垃圾掺量再生水稳碎石的28d抗弯拉强度比普通水稳碎石减小了32.6%。这是因为建筑垃圾的压碎值较大，实际级配偏细，对再生水稳碎石的抗弯拉强度造成了不利的影响。掺加纤维后，不同建筑垃圾掺量再生水稳碎石的抗弯拉强度均增大，建筑垃圾掺量为100%时，掺纤维再生水稳碎石的28d抗弯拉强度比不掺纤维的再生水稳碎石增大了16.1%。纤维在再生水稳碎石中呈均匀的乱向分布，起到了加筋作用和桥接作用，增强了再生水稳碎石抵抗荷载破坏的能力。

表4 再生水稳碎石的抗弯拉强度试验结果

4 结论

（1）掺加聚丙烯纤维后，再生水稳碎石的力学性能均有不同程度的提高。建筑垃圾掺量为100%时，掺纤维再生水稳碎石的7d抗压强度、90d抗压强度、28d抗弯拉强度分别比不掺加纤维的再生水稳碎石增大了13.7%、9.7%、16.1%。

（2）随着建筑垃圾掺量的增大，再生水稳碎石的力学性能逐渐降低。不掺加纤维时，100%建筑垃圾掺量的再生水稳碎石的7d抗压强度、90d抗压强度、28d抗弯拉强度分别比普通水稳碎石减小了19%、15.3%、32.6%。