道路基層水泥穩定碎石材料的再生利用

魏文建

（中鐵七局集團鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

水泥穩定碎石基層是一種半剛性的基層材料，具有整體性好、強度高、透水性小的特點，水泥穩定碎石道路基層材料的再生利用可以節約大量的材料，節省工程投資，保護環境,減少新材料的開采，避免水土流失，梳理良好的社會形象，具有顯著的經濟效益、環境效益和社會效益。

高等級公路主要有瀝青路面和混凝土路面兩大類，目前我國高等級公路路面材料的再生技術已經相對完善，形成了系統的再生工藝，但由于基層材料的使用壽命較長，進入大修期較晚，所以對基層材料的再生利用沒有引起足夠的重視。

1 水泥穩定碎石基層

1.1 水泥穩定碎石基層性能要求

水泥穩定碎石基層對溫度和濕度的變化較為敏感，在強度形成過程中和運營期間不可避免的會產生干縮裂縫和溫縮裂縫，引起路面產生反射裂縫，加劇路面破壞，所以基層鋪筑時要采用合理的結構層次、厚度、模量、材料等。

基層起到承重和擴散荷載應力的作用，水泥穩定碎石基層材料性能要滿足強度、剛度、誰穩定性、冰凍穩定性、抗沖刷性能、抗裂性能、抗疲勞性能等。

1.2 水泥穩定碎石的組成結構

混合料的結構是指組成材料之間相互作用特點，顆粒的相對分布、相互聯系的狀況。水泥穩定碎石的路用性能和其本身的結構特點有很大關系，其結構特點能反映出混合料的受力特性，當結構特點變化時，混合料的力學特性也會相應發生變化。其結構可以分為以下三種。

懸浮密室結構，通常采用連續密級配，細骨料較多，粗骨料之間接觸少，不能形成骨架，懸浮在細顆粒之間，具有較高的粘結力，摩擦角下，強度主要有粘結力控制，外部荷載作用下容易發生破壞。

骨架空隙結構，這種結構中粗骨料較多，細骨料較少，體內空隙大，具有較大的摩阻力，粘結力較小，強度主要有摩阻力確定，基層受材料性質的影響較小，抗收縮能力強，耐久性不好。

骨架密實結構，這種結構綜合另外兩種結構的特點，在粗骨料形成的骨架中填充細骨料，具有較好的粘結力和摩阻力，力學性能、抗收縮性、抗裂性、抗沖刷性和疲勞性能較好。

2 舊水泥穩定碎石基層材料性能分析

2.1 水泥穩定碎石廢料特點

廢舊物料的水溫強度和穩定性和新材料有很大不同，舊骨料的吸水性較好，在同樣的配合比下，水灰比會相對減小，有利于增加基層強度，包裹水泥砂漿表面會有微小的縫隙，水泥顆粒容易進入，增加粘結力，大粒徑粗骨料在銑刨時會產生新的斷面，表面粗糙，使得級配更加的連續。

2.2 再生骨料的性質特點及級配驗證

再生骨料可以分為再生粗骨料和再生細骨料，再生粗骨料主要為表面包裹著水泥砂漿的石子，其粘附水泥砂漿的多少和水泥穩定碎石的強度等級和骨料種類有很大關系，水泥含量越高，骨料表面粘附水泥漿越多。再生細骨料為破碎后附著水泥砂漿的石屑。

再生骨料的級配驗證要采用國家方孔標準篩進行篩分和稱重，粗骨料和石屑中能夠有破碎新茬的能達到總量的30%，并大多都能被水泥砂漿附著，表面包裹砂漿的石子顆粒本身存在很大的差異性，骨料的表面較為粗糙，棱角多。水泥穩定碎石廢料一定條件下比新的材料更加適用于道路基層，完全可以利用廢棄材料作為施工的基層材料。

2.3 再生骨料對再生水泥穩定碎石強度機理分析

混合料在壓實成型后有固相、液相和氣相三部分組成，三部分共同作用形成水泥穩定碎石的強度和剛度，決定水泥穩定碎石混合料強度的主要因素是顆粒間的粘結力和內摩阻力，水泥砂漿和細骨料組成提供粘結力，和砂漿的強度沒有直接關系，粗骨料的骨架結構提供內摩阻力，受到骨料顆粒形狀和摩阻系數等因素影響。

水泥穩定碎石是水泥砂漿、骨料、骨料和砂漿界面的三相結合體，其強度也是由三者共同作用決定的，再生骨料對再生水泥穩定碎石的強度影響主要表現在再生骨料的外形特征影響，界面結合的影響、水化作用的影響、吸水率的影響以及再生骨料自身強度的影響。再生骨料表面粗糙、比表面積增大，吸水率高，拌合時會吸收一定的水分，降低水灰比，從而提高強度。

3 再生水泥穩定碎石配合比設計及性能分析

3.1 級配理論綜述及組細骨料的級配特點

良好的級配狀態是在最小孔隙率的情況下保證骨料之間處于緊密的狀態，最大限度的發揮其結構強度效應，常用的級配有連續級配和間斷級配兩種。連續級配是不同粒徑的粒料按照一定的比例組成，級配曲線平順光滑，又可以分為連續密級配和連續開級配。間斷級配則是去除幾個分級，形成不連續的混合料。常用的級配理論有最大密度曲線理論和粒子干涉理論。

骨料由于粒徑不同會引起混合料之間的粘結力和內摩阻力的不同，從而影響水泥穩定碎石混合料的強度，將骨料分為粗骨料和細骨料可以較好的對骨料質量進行控制，有利于分析混合料的結構。粗骨料的作用是形成排列緊密的多級空間骨架結構，細骨料的功能為填充粗骨料的空隙，穩定骨架結構，并影響混合料成型后的強度和收縮性。

3.2 混合料的配合比設計

混合料配合比設計時可以根據級配標準進行，但實際工程使用和理論計算存在一定的差異性，計算得到的級配范圍有時不能應用于所有的篩孔，實際施工時也會根據公路不同部位，通過試驗做出相應的調整。

最佳混合料配合比除了要求水泥穩定碎石中的粗骨料能夠緊密排列，還要求密室的水泥砂漿將整個骨架粘結成整體，配合比設計時要使粗骨料、細骨料、水泥和水按照最佳的比例摻合。

3.3 再生混合料的性能分析

穩定性能分析，再生材料的穩定性包括抗凍性能和抗沖刷性能。基層材料為空隙材料，在凍融循環作用下，內部的空隙水會凍脹產生附加應力對空隙壁造成壓力，這種壓力的大小還和水的流動距離，凍結速度等有關。溶液部分結冰時還會引起一定的滲透壓力，從而造成基層的破壞。水泥穩定碎石再利用后不僅受到靜態水的作用，同時受流動水的影響，當進入到路面結構內的水不能及時排除時，就會造成基層材料的膨脹，在荷載的作用下形成很大的動水壓力，對基層材料造成沖刷破壞。

抗收縮性能，收縮性能包括溫度收縮和干濕收縮。在溫度變化時，混合料的之間的熱脹冷縮性能不同，產生內應力，表現在固相顆粒之間相互牽制和制約，溫縮性能和時間有一定的關系，找出規律能夠更好的養護，加強其使用性能。干縮性能是由于混合料體內水分的減少，在毛細管張力、吸附水和分子之間的作用力、層間水的作用下產生的。

力學性能分析，不同水泥含量的水泥穩定碎石其強度隨著齡期的增加而增長，水泥含量越高，抗壓強度越高。回彈模量的增長規律和強度的增長規律基本一致，取決于原材料本身的模量和組成結構形式等，在初期由于膠結材料沒有形成較高的強度，回彈模量主要由材料組成結構和原材料本身模量決定，隨著反應進行，顆粒之間的粘結連接不斷增強，回彈模量也相應增大。

［1］馬君毅.冷再生舊瀝青路面材料在基層中的應用研究[D].長安大學，2005，6.

［2］胡立群.半剛性基層材料結構類型與組成設計研究[D].長安大學，2004，5.

［3］張亞梅，秦鴻根，孫偉.再生混凝土配合比設計初探[J].混凝土與水泥制品，2002（01）：7-9.

［4］郭忠印，李立寒.瀝青路面施工與養護技術[M].北京:人民交通出版社，2003，11：293-314.