水泥穩(wěn)定再生基層混合料設(shè)計及性能研究

長應(yīng)海

（甘肅省臨夏公路管理局，甘肅 臨夏 731100）

水泥穩(wěn)定再生基層混合料設(shè)計及性能研究

長應(yīng)海

（甘肅省臨夏公路管理局，甘肅 臨夏 731100）

為實現(xiàn)瀝青路面材料再生循環(huán)利用，提高道路修筑質(zhì)量，對廢舊瀝青路面材料作為道路基層進(jìn)行了配合比設(shè)計及路用性能研究。提出了原材料技術(shù)要求，參照半剛性基層路面設(shè)計方法，進(jìn)行了水泥穩(wěn)定再生基層混合料設(shè)計，并對其路用性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：回收瀝青路面材料應(yīng)滿足一定技術(shù)要求才能用于水泥穩(wěn)定再生基層；應(yīng)嚴(yán)格按照配合比設(shè)計方法進(jìn)行混合料設(shè)計；設(shè)計的水泥穩(wěn)定再生基層可應(yīng)用于道路修建。

瀝青路面材料；水泥穩(wěn)定再生基層；配合比設(shè)計；路用性能

0　引言

隨著公路交通的快速發(fā)展，國、省干線公路網(wǎng)逐步形成，新建公路的比重逐年減少，改建、大修工程比例不斷擴(kuò)大。目前我國僅干線公路大中修工程中，每年產(chǎn)生的瀝青路面廢舊材料高達(dá)1.6億t，水泥路面廢舊材料高達(dá)3 000萬t，但路面材料循環(huán)利用率尚不到30%［1］?！笆濉惫佛B(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要要求廢舊路面循環(huán)利用率達(dá)到40%，國、省道廢舊路面循環(huán)利用率達(dá)到70%，故路面材料循環(huán)利用尤為必要［2］。

目前，道路建設(shè)存在建設(shè)資金短缺、廢舊料堆放及污染等問題，如果采用冷再生技術(shù)，將瀝青面層和基層舊料再生利用到道路建設(shè)中去，不僅可以節(jié)約大量筑路材料，充分利用舊路材料，還有利于節(jié)約能源，避免環(huán)境污染，降低工程造價。而且，高等級公路路面材料一般都選用了優(yōu)質(zhì)的玄武巖，把這種舊瀝青路面材料用在道路建設(shè)中能夠很好地提高路面結(jié)構(gòu)強度［3］。

水泥穩(wěn)定冷再生基層是采用舊瀝青路面面層或基層材料，摻加一定的水泥、新集料（需要時），水拌和后攤鋪并進(jìn)行碾壓養(yǎng)生后達(dá)到一定路用性能要求的一種路面基層或底基層結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)采用設(shè)計與施工緊密結(jié)合的半剛性基層設(shè)計理論，設(shè)計內(nèi)容包括舊路混合料分析、配合比設(shè)計、設(shè)計參數(shù)確定、厚度計算等，在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價的基礎(chǔ)上提出設(shè)計方案。本文結(jié)合一級公路瀝青路面廢舊材料應(yīng)用于道路再生基層進(jìn)行研究，為廢舊材料循環(huán)利用提供科學(xué)依舊。

1　試驗原材料

1.1回收瀝青路面材料（RAP）

回收的RAP粒徑規(guī)格基本一致，沒有大的團(tuán)塊［4］。經(jīng)檢測RAP料和新集料各項指標(biāo)均能滿足相關(guān)技術(shù)要求。圖1為回收瀝青路面材料（RAP）。

圖1　回收瀝青路面材料（RAP）

1.2填料及水

普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可以用于路面基層施工，禁止使用因外界影響而變質(zhì)的水泥［5］。宜采用強度等級為32.5以上的水泥；水泥各齡期強度、安定性等應(yīng)達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)要求；要求水泥初凝時間3 h以上、終凝時間不小于6 h。

混合料拌制應(yīng)采用可飲用水。

2　配合比設(shè)計流程

水泥穩(wěn)定再生基層配合比設(shè)計方法參照半剛性基層的配合比設(shè)計方法［6］。

2.1確定新集料的添加比例及級配

提取出RAP中的瀝青，對RAP集料進(jìn)行篩分，根據(jù)集料的篩分試驗結(jié)果確定其級配。是否需要添加新料取決于用上述方法確定的舊集料的級配。

大部分冷再生施工都不需要添加新集料，而且是否添加新集料也不僅僅取決于回收的舊料的級配，因為在冷銑刨時細(xì)集料會被壓聚成帶棱角的粗集料，而且這些粗料不會被交通車輛碾碎。僅當(dāng)舊料中瀝青過多或希望提高混合料的結(jié)構(gòu)強度時，可添加新集料。此外，許多路面使用的是當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的劣質(zhì)集料，若要使新路面強度達(dá)到設(shè)計要求，必須增加新集料和破碎石料以提高其結(jié)構(gòu)強度。

2.2確定最佳含水量和最大干密度

首先確定不同水泥添加量，選擇不同的外加水量拌和后擊實，根據(jù)擊實試驗，確定不同水泥用量時的最大干密度和最佳含水量，用以評價試件的壓實度并作為施工質(zhì)量控制的參數(shù)。

根據(jù)最佳含水量和計算的干密度制備試件，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗時，作為平行試驗的最少試件數(shù)量應(yīng)不小于表1規(guī)定的個數(shù)。如試驗結(jié)果的偏差系數(shù)大于表1中規(guī)定的值，則應(yīng)重做試驗。如不能降低偏差系數(shù)，則應(yīng)增加試件數(shù)量。

表1　水泥穩(wěn)定冷再生基層強度試驗試件數(shù)量

水泥穩(wěn)定再生基層的強度要求同于水泥穩(wěn)定碎石，見表2。

表2　水泥穩(wěn)定再生基層強度標(biāo)準(zhǔn)

3　配合比設(shè)計

3.1集料級配確定

RAP必須進(jìn)行粗細(xì)料的級配分析。在冷再生混合料設(shè)計中主要將回收顆粒作為“黑色碎石”（或集料）來對待。根據(jù)對銑刨料的篩分結(jié)果及級配要求，添加了一部分新集料，以3%水泥添加量為例，混合料級配見表3。

表3　水泥穩(wěn)定再生混合料級配

3.2擊實試驗確定最佳用水量和最大干密度

銑刨料∶新料∶水泥=75∶22∶3時的干密度與含水量關(guān)系見表4，關(guān)系曲線見圖2，水泥用量為3%時最佳含水量為6.5%，最大干密度為2.120 g/cm3。

表4　水泥用量3%時再生基層含水量與干密度關(guān)系表

圖2　水泥用量3%時再生基層含水量與干密度關(guān)系曲線

銑刨料∶新料∶水泥=74∶22∶4時的干密度與含水量關(guān)系見表 5，關(guān)系曲線見圖3，水泥用量為4%時最佳含水量為6.8%，最大干密度為2.142 g/cm3。

銑刨料∶新料∶水泥=73∶22∶5時的干密度與含水量關(guān)系見表6，關(guān)系曲線見圖4，水泥用量為5%時最佳含水量為7.0%，最大干密度為2.174 g/cm3。

表5　水泥用量4%時再生基層含水量與干密度關(guān)系表

圖3　水泥用量4%時再生基層含水量與干密度關(guān)系曲線

表6　水泥用量5%時再生基層含水量與干密度關(guān)系表

圖4　水泥用量5%時再生基層含水量與干密度關(guān)系曲線

根據(jù)不同水泥摻量匯總其最佳含水量與最大干密度的關(guān)系見表7，關(guān)系曲線見圖5。

表7　水泥穩(wěn)定再生基層最佳含水量與最大干密度匯總表

圖5　水泥穩(wěn)定再生基層最佳含水量與最大干密度曲線

4　水泥穩(wěn)定再生基層混合料路用性能試驗研究

4.1水泥摻量對混合料強度影響

不同水泥劑量時，水泥穩(wěn)定再生混合料的7 d無側(cè)限抗壓強度變化情況如圖6所示。從圖6可以看出，隨著水泥摻量增加，再生混合料強度逐漸提高。并且在常用水泥用量范圍內(nèi)（4%左右），混合料的抗壓強度能夠達(dá)到農(nóng)村公路基層7 d抗壓強度的要求。

圖6　不同水泥摻量的穩(wěn)定再生混合料無側(cè)限抗壓強度

4.2齡期對混合料強度影響

抗壓回彈模量和劈裂強度是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計和力學(xué)計算的重要參數(shù)，混合料抗水損性能也是試驗需要考慮的重要因素，通過研究抗壓強度與劈裂強度、回彈模量間的變化規(guī)律，掌握參數(shù)之間的換算關(guān)系，從而縮短試驗周期，獲得與現(xiàn)場一致的設(shè)計參數(shù)。為此，不同配比的混合料進(jìn)行各齡期抗壓強度、15℃劈裂強度、回彈模量、凍融劈裂強度比試驗，試驗結(jié)果見表8。

表8　不同齡期水泥穩(wěn)定再生混合料強度

通過分析表8數(shù)據(jù)可以得知，隨著齡期的增加，水泥穩(wěn)定再生混合料強度、模量和抗水損性能都逐漸增加，如果室內(nèi)試驗采用7 d的數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以推算出28 d、90 d的抗壓強度、劈裂強度及回彈模量。

4.3溫度對混合料強度的影響

含有舊瀝青的水泥穩(wěn)定再生混合料性能既不同于瀝青混合料，也不同于半剛性基層材料，而是一種兼有瀝青和水泥特征的復(fù)合有機水硬性材料。3.2節(jié)分析了齡期對混合料強度的影響，此節(jié)考慮到瀝青的溫度敏感性，為了掌握再生混合料的強度隨使用溫度的變化，分別對7 d齡期的水泥穩(wěn)定再生混合料在不同溫度（20℃、30℃、40℃、50℃和60℃）下進(jìn)行抗壓強度試驗，試驗結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，隨著測試溫度的升高，水泥穩(wěn)定再生混合料強度將有不同程度的降低，說明水泥穩(wěn)定再生混合料中的瀝青發(fā)揮了作用，表現(xiàn)出柔性特征。

圖7　不同試驗溫度時混合料抗壓強度

5　結(jié)語

通過對水泥穩(wěn)定再生混合料室內(nèi)配合比設(shè)計及路用性能的研究，得出如下主要結(jié)論：

（1）水泥溫度再生混合料設(shè)計時應(yīng)先確定舊料的性能，采用最大干密度和最佳含水量確定最佳水泥用量及水用量。

（2）設(shè)計的水泥穩(wěn)定再生基層材料路用性能滿足道路基層技術(shù)要求。隨著水泥摻量加大，水泥穩(wěn)定再生混合料的強度也隨之增大，采用4%的水泥摻量即可滿足相關(guān)技術(shù)要求。

（3）隨著齡期的增加水泥穩(wěn)定再生料抗壓強度、抗拉強度、模量、抗水損性能均有不同程度提高，可根據(jù)7 d齡期試件強度推算出混合料是否滿足設(shè)計要求。

（4）隨著測試溫度的升高，水泥穩(wěn)定再生混合料的強度有所下降，再生混合料表現(xiàn)出剛?cè)岵?jì)的復(fù)合有機水硬性材料特征。

［1］楊風(fēng)英，陳文鋒.水泥穩(wěn)定再生混合料路用性能試驗研究［J］.公路工程，2011（1）:127-133.

［2］楊君宇，孫秉華.水泥穩(wěn)定冷再生基層的實踐應(yīng)用［J］.青海交通科技，2011（3）:45-48.

［3］趙亞蘭.水泥穩(wěn)定再生碎石路用性能研究［J］.公路與汽運，2013（5）:166-170.

［4］張建暉，尹健，凌華.水泥穩(wěn)定再生骨料混合料力學(xué)性能研究［J］.城市道橋與防洪，2009（8）:194-197，260.

［5］劉濤.水泥冷再生基層技術(shù)研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2011.

［6］JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范［S］.

U414

A

1009-7716（2016）06-0288-04

2016-02-22

長應(yīng)海（1969-），男，甘肅臨夏人，高級工程師，從事道路施工與管理工作。