瀝青路面水泥就地冷再生基層路用性能研究

隋嚴(yán)春侯登高

1濟(jì)南市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（250101）2濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán))有限責(zé)任公司（250000）

瀝青路面水泥就地冷再生基層路用性能研究

隋嚴(yán)春1侯登高2

1濟(jì)南市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（250101）2濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán))有限責(zé)任公司（250000）

為有效回收利用舊瀝青路面材料，保證水泥就地再生結(jié)構(gòu)層的使用性能，對(duì)舊瀝青路面銑刨材料的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)分析，對(duì)水泥就地冷再生基層進(jìn)行了材料組成設(shè)計(jì)，并測定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗收縮性能、抗沖刷性能等。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加水泥的舊瀝青路面材料冷再生結(jié)構(gòu)層力學(xué)指標(biāo)能夠滿足規(guī)范要求，并且具有良好的抗收縮裂縫與抗沖刷性能。

水泥就地冷再生；無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；抗收縮性能；抗沖刷性能

0 前言

近年來，隨著我國公路事業(yè)的飛速發(fā)展，公路網(wǎng)日趨完善，新修公路比例逐漸減少，公路建設(shè)的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)向道路改建和大修工程。傳統(tǒng)的道路翻修技術(shù)多采用拆除重建的方式，這在造成資源浪費(fèi)的同時(shí)還將占用很多土地，破壞生態(tài)環(huán)境。水泥就地冷再生技術(shù)可以100%利用舊路材料，是一項(xiàng)符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的節(jié)能環(huán)保措施[1]。

但由于舊路銑刨料的組成不同，其所形成的冷再生材料的組成也將存在差異，若直接作為道路基層使用，須進(jìn)一步對(duì)其強(qiáng)度及路用性能指標(biāo)進(jìn)行研究[2～4]，從而為冷再生路面設(shè)計(jì)提供有益的參考。

1 原材料

1.1 舊路銑刨料

舊路銑刨料為泰安市泰樓路大修工程施工現(xiàn)場銑刨的舊瀝青路面材料和二灰土基層材料。將取回的材料充分拌合后，用四分法取樣，分別進(jìn)行壓碎值試驗(yàn)及篩分試驗(yàn)[5]。壓碎值試驗(yàn)結(jié)果見表1。采用水篩法進(jìn)行篩分試驗(yàn)，測定舊路面銑刨料的顆粒級(jí)配及粗細(xì)程度，以評(píng)定其工程可行性，為其配合比設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù)，其篩分結(jié)果見表2。

表1 舊路面銑刨料壓碎值試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知,舊路銑刨料的壓碎值為23%,滿足規(guī)范[6]要求，可以對(duì)其進(jìn)行再生利用。

表2 舊路面銑刨料篩分結(jié)果

根據(jù)舊瀝青路面銑刨料的篩分結(jié)果和規(guī)范[6]中的相關(guān)規(guī)定，繪制舊瀝青路面銑刨料的顆粒級(jí)配和規(guī)定級(jí)配上下限曲線，見圖1。

圖1 級(jí)配曲線圖

試驗(yàn)結(jié)果表明:

1）舊瀝青路面銑刨料的顆粒級(jí)配符合規(guī)范[6]要求。

2）雖然通過0.6 mm篩孔的細(xì)料接近規(guī)范規(guī)定的級(jí)配下限，但考慮到冷再生材料用于較低等級(jí)的公路基層，重交通工具較少，完全可以滿足路面的使用性能。

1.2 水泥

水泥采用山東寧陽魯珠集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的PC32.5水泥，其詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 PC32.5強(qiáng)度等級(jí)水泥技術(shù)指標(biāo)

2 水泥冷再生材料的配合比設(shè)計(jì)

不改變舊瀝青路面銑刨料的原顆粒級(jí)配，直接使用水泥對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定（水泥的摻量為3.5%、4.5%、5.5%），通過室內(nèi)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)及7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)[7]確定就瀝青路面銑刨料的最佳含水率、最大干密度和水泥用量。水泥冷再生材料試驗(yàn)結(jié)果見表4及圖2～圖4。

表4 水泥冷再生基層材料力學(xué)指標(biāo)

圖2 水泥摻量與最佳含水率的關(guān)系

圖3 水泥摻量與最大干密度的關(guān)系

圖4 水泥摻量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果表明:

1）水泥冷再生材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足規(guī)范[6]要求。說明該水泥冷再生材料可以直接用作泰樓路大修工程的基層。

2）由圖2及圖3可以看出，隨著水泥劑量的增加，最大干密度和最佳含水率也不斷增加。這是由于水泥劑量的增加使得水化反應(yīng)所需的水不斷增加，且水泥的密度要大于混合料的密度。

3）考慮舊瀝青路面銑刨料顆粒級(jí)配情況，從圖1中分析，舊瀝青路面銑刨料的顆粒級(jí)配滿足規(guī)范要求,再結(jié)合表4中無側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析，該水泥冷再生基層采用碎0～31.5 mm（冷再生）、水泥（外摻）比例為100:4.5，最佳含水率為7.0%，最大干密度為2.15 g/cm3，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值為4.60 MPa。

3 冷再生基層材料的路用性能試驗(yàn)

3.1 抗干縮性能試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定材料的干縮是因其內(nèi)部水份的減少而引起的宏觀體積收縮。

按以上確定的配合比制備中梁試件（尺寸：100 mm×100 mm×400 mm）,同時(shí)制備相同配合比的同級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石試件，與水泥冷再生材料形成比對(duì)試驗(yàn)，如圖5所示[8]。

圖5 干縮試驗(yàn)

干縮試驗(yàn)結(jié)果如表5所示:

表5 干縮試驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出，水泥冷再生材料的干縮系數(shù)要比同級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石小。分析原因，主要是由于舊路銑刨料中的瀝青減少了水泥冷再生材料內(nèi)部的孔隙，用水泥進(jìn)行穩(wěn)定后，水化產(chǎn)物將繼續(xù)增加，從而使得其內(nèi)部孔隙繼續(xù)減少，導(dǎo)致混合料內(nèi)部的水份不易蒸發(fā)，從而使得水泥冷再生材料具有良好的抗干縮性能。

3.2 抗溫縮性能試驗(yàn)

水泥冷再生材料的溫度收縮是不同顆粒構(gòu)成的固、液、氣三相在溫度降低時(shí)相互作用的結(jié)果。其溫縮裂縫可分為兩種,一是由于存在較大溫差，收縮應(yīng)變超過極限拉應(yīng)變而產(chǎn)生的開裂；二是在溫差的反復(fù)作用下形成的疲勞開裂。

成型中梁試件（尺寸:100 mm×100 mm×400 mm），同時(shí)制備相同配合比的同級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石試件，與水泥冷再生材料形成比對(duì)試驗(yàn)。然后將試件放到養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生6 d，最后一天取出試件飽水24 h，將試件放入溫度為105℃的烘箱中烘10～12 h[8]。

溫縮性能試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示:

圖6 溫縮性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明:

1）當(dāng)溫度低于15℃左右時(shí)，隨著溫度的降低，溫縮系數(shù)逐漸增大；高于15℃左右時(shí)，隨著溫度的升高，溫縮系數(shù)逐漸增大。由此可知，溫度過高或過低都對(duì)水泥穩(wěn)定材料的抗溫縮性能不利。

2）低溫情況下，水泥冷再生材料的抗溫縮性能較水泥穩(wěn)定碎石要差一些，但考慮到材料用于泰安地區(qū)，氣溫一般不會(huì)低于-10℃，所以低溫對(duì)其影響不大。

3.3 抗沖刷性能試驗(yàn)

半剛性基層的水損害是導(dǎo)致瀝青路面早期破壞的一個(gè)主要因素，也是一直以來我國半剛性基層面臨的一個(gè)技術(shù)難題。水泥冷再生材料是作為路面基層使用的，因此對(duì)其抗沖刷性能進(jìn)行研究是十分必要的。

采用MTS萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗沖刷試驗(yàn)，并與相同配合比的同級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。為了能更好地研究材料的抗沖刷性能，本文分三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行試驗(yàn)，且規(guī)定15 min/時(shí)段。首先對(duì)試件進(jìn)行預(yù)沖刷，這樣做可以減小因試件薄弱層造成的試驗(yàn)誤差。根據(jù)以往研究經(jīng)驗(yàn)，預(yù)沖刷時(shí)間選擇3 min[8～10]。

抗沖刷試驗(yàn)結(jié)果如表6所示:

表6 抗沖刷試驗(yàn)結(jié)果

通過前3 min的預(yù)沖刷排除掉最開始的不穩(wěn)定因素，然后再測其沖刷量。扣除預(yù)沖刷的時(shí)間，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)時(shí)間段內(nèi)的沖刷率變化不大，因此取第30 min的沖刷率作為冷再生材料的抗沖刷性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，28 d齡期水泥冷再生材料的沖刷率為1.60 g/min,與普通水泥穩(wěn)定碎石相比減少了68%，可以看出，冷再生材料的抗沖刷性能非常突出。這主要是由于舊路銑刨料中瀝青包裹了部分集料，減少了混合料中的孔隙，再經(jīng)水泥穩(wěn)定后，隨著水化產(chǎn)物的增加，內(nèi)部孔隙繼續(xù)減少，從而使其具有良好的抗沖刷性能。

4 結(jié)論

通過對(duì)水泥冷再生材料的力學(xué)指標(biāo)和路用性能進(jìn)行的大量試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論:

1）水泥冷再生基層材料的力學(xué)強(qiáng)度完全滿足路面設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，且早期強(qiáng)度較大，有利于施工。

2）水泥冷再生材料具有較好的路用性能，尤其是良好的抗收縮性能和抗沖刷性能使其作為路面基層使用更具現(xiàn)實(shí)意義。

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