再生水泥穩定碎石試驗研究與工程應用

■李麗慧馬金柱王運中

（1.許昌學院　土木工程學院，許昌　461000；2.河南萬里路橋集團有限公司，許昌　461000）

再生水泥穩定碎石試驗研究與工程應用

■李麗慧1馬金柱1王運中2

（1.許昌學院土木工程學院，許昌461000；2.河南萬里路橋集團有限公司，許昌461000）

利用道路改建工程中水泥穩定碎石基層銑刨破碎而成的再生集料，進行了再生水泥穩定碎石配合比設計。試驗表明，再生水泥穩定碎石級配較好，可以全部用于再生水泥穩定碎石基層中，回收的水泥穩定碎石銑刨料摻加35%的天然碎石，可以達到設計要求，滿足工程應用的需求，工程應用效果良好。

水泥穩定碎石再生配合比設計無側限抗壓強度雙層連鋪

1　引言

水泥穩定碎石基層具有強度高、剛度大、整體性強、耐久性好等特點，是我國高等級公路基層和底基層廣泛應用的一種結構型式［1］。我國每年都有大量的公路及城市道路因達到設計使用年限和由于交通量的迅速增長或超載等原因提早發生破壞的路面都需要進行改造［2-3］。路面改造工程產生大量的廢舊水泥穩定碎石，如果將其作為建筑垃圾廢棄，將加劇建筑垃圾所帶來的深遠影響；如果回收、破碎成再生集料用于水泥穩定碎石基層中，不僅能從根本上解決廢棄水泥穩定碎石的處置問題，而且可以節省天然集料資源，緩解集料供求矛盾，有利于生態環境的保護。本研究以河南地區某道路工程大修項目為依托，進行水泥穩定碎石基層配合比設計，并應用于該項目中，以探討河南地區再生集料再生水泥穩定基層的可行性。

2　原材料試驗

2.1再生集料

再生集料為河南某道路改建工程中舊水泥穩定碎石基層的銑刨料。經過試驗測得再生集料的壓碎值為27.6%。滿足規范對水泥穩定碎石集料的技術要求，但是強度低于天然集料。究其原因：由于再生粗集料表面水泥砂漿含量較高且粘結較弱，導致再生粗集料較天然粗集料易破碎。所以強度低于天然集料。由銑刨料組成的再生集料級配組成見表1。從表1可以看出19mm以上粒徑所占比例較少。

表1　再生集料級配

2.2天然集料

由于水泥穩定碎石再生集料中大粒徑所占比例偏少，而且物理力學性能往往不均勻［4］，離散性較大，在施工過程中，可能出現粗細料離析、強度不均勻等質量問題［5］。因此，本項目以再生集料為主，摻加一定比例的天然集料，以改善其級配，提高再生水泥穩定碎石的品質。摻加的天然集料粒徑為9.5～19mm的碎石。

2.3水泥

水泥為許昌豫新P.O32.5水泥，初凝時間為166min，終凝時間為262min，滿足《通用硅酸鹽水泥標準》GB175-2007要求。

3　配合比設計

3.1集料組成設計

高等級公路宜用骨架密實型水泥穩定類材料基層。以再生骨料為主要成分 （級配曲線見圖1），擬配制成3種比例骨架密實型級配水泥穩定碎石集料，分別為45%碎石+55%再生集料 （簡稱1#集料）、40%碎石+60%再生集料（簡稱2#集料）和35%碎石+65%再生集料（簡稱3#集料）。根據混合料篩分結果（見表2和圖2），三種級配的集料基本都符合《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034—2000）（簡稱規范1）［6］和《公路瀝青路面設計規范》［JTGD50—2015］（簡稱規范2）［7］對高等級公路水泥穩定碎石的集料級配要求，結合經濟因素和環境保護方面的因素，選擇3#集料進行配合比設計。

表2　3種比例的集料通過下列方篩孔的質量百分率

圖1　再生集料級配曲線

圖2　3種比例的集料級配曲線

3.2最佳含水量的確定

采用水泥用量為 4.0%，進行擊實試驗，確定最佳干密度和最佳含水率，無側限抗壓強度設計要求大于等于3.5MPa。采用擊實法成型試件。試件從試模內脫出后，立即用塑料薄膜包覆，置于養護室標準養護6d，浸水1d后，進行7d無側限抗壓強度試驗。擊實試驗結果見表3。

表3　擊實試驗結果

經過擊實試驗，得到再生水泥穩定碎石的最佳干密度為2.232g/cm3，最佳含水量為7.4%。

3.3無側限抗壓強度

按最佳含水量采用重型擊實法制作試件，養生后的再生水泥穩定碎石的無側限抗壓強度為4.7MPa，達到了設計強度目標值≥3.5MPa的要求。

4　工程應用

河南地區某道路屬于城市次干路，但是，與外環路相連，重載車輛通行量較大。該路為瀝青混凝土路面，基層結構為18cm5%水泥穩定碎石+18cm4%再生水泥穩定碎石。由于舊路基層水泥穩定碎石銑刨產生的集料有限，并且在收集過程中有一定損失，所以只在底基層中進行了應用，收集的集料全部利用。底基層采用以35%天然碎石+65%再生集料，4%水泥的配合比。

舊路水泥穩定碎石基層銑刨后，運至拌和場進行廠拌再生。由于雙層連鋪技術有利于減少基層裂縫、提高基層的整體穩定度和強度、縮短工期、減少養生時間和成本、增加層間黏結［8］，所以該項目在鋪筑了試驗段后，采用水泥穩定碎石基層雙層連鋪技術施工。施工過程中，為了達到層間連續，增加上下層黏結的目的，盡量控制上下基層的作業間距，下基層以50m為一段，下基層攤鋪、壓實結束后，立即進行上基層的施工，上下基層施工的時間間隔不超過3h。壓實作業采用靜壓2遍，振動壓實4遍，靜壓2遍。施工7d后，進行芯樣鉆取。芯樣完整良好，上下基層連接緊密，整體好，芯樣強度全部合格，均達到設計強度目標值≥3.5MPa的要求。

通車2年后，全面調查路況，未發現路面有開裂及其他病害，與同期新建道路相比，路面質量更優。表明水泥穩定碎石雙層連鋪技術應用效果良好，以再生集料為主的水泥穩定碎石可用于路面底基層。

5　結語

（1）再生集料大粒徑比例偏少，添加一定比例天然集料可改善其級配；

（2）4%水泥用量，65%再生集料+35%天然集料，再生水泥穩定碎石的配合比，可滿足底基層設計要求；

（3）水泥穩定碎石雙層連鋪技術應用效果良好，達到了預期的效果；

（4）再生水泥穩定碎石路用性能良好，具備推廣的可行性。

［1］黃科，李東，孫家瑛.再生集料對水泥穩定碎石路基層性能影響［J］.華東公路，2008（2）：67-69.

［2］郭忠印，李立寒.瀝青路面施工與養護技術（第一版）［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］孔斌.水泥穩定碎石冷再生基層技術應用研究［D］.重慶交通大學，2010.

［4］高啟聚，謝祥根.廢棄路面水泥混凝土再生利用的試驗研究［J］.中南公路工程，2006，31（3）：151-154.

［5］孫家瑛，蔣華欽.摻再生集料的水泥穩定碎石路面基層施工與應用［J］.2009，30（4）：40-43.

［6］JTJ034—2000，公路路面基層施工技術規范［S］.

［7］JTGD50—2015，公路瀝青路面設計規范［S］.

［8］底杰.水泥穩定碎石基層雙層連續攤鋪技術研究［J］.交通世界，2016，（6）：26-27.

許昌學院產學研橫向項目：寬域再生水泥穩定碎石研究與應用（2015CXY12）

許昌市科技局項目：水泥穩定碎石基層雙層連鋪技術的研究（201603）