環保型固化劑在公路工程路面冷再生底基層中的應用

趙亞軍

（蘭州乾元交通規劃設計咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730000）

目前，環保型固化劑主要用于將現有道路黃土固化作為路面基層或底基層，原理是將固化劑添加至土體中固結后成為板體，替代現有傳統使用水泥穩定類材料作為路面基層。從其綜合造價方面考慮，土體分布廣、單價低，可降低筑路成本。現有傳統石灰、水泥等筑路材料的開采、生產占用大量土地資源，同時消耗石灰石和煤炭資源，積極研究推廣綠色環保型材料，循環利用可再生技術勢在必行。本項目主要為全深式冷再生基層中采用環保型固化劑代替水泥，從環保、筑路成本、路用性能、抗壓強度以及水穩性等各方面綜合評價。

1 項目概況

S201 線上川鎮至中川鎮段公路位于蘭州市永登縣和蘭州新區境內，是景泰縣通往蘭州新區和蘭州市的一條重要公路。近年來，隨著國家級新區——蘭州新區的大力發展，使得該公路交通量急劇增加，運輸量日益增大，加之2017 年景中高速公路開工建設，該公路承擔大量建筑材料和道路建設砂石材料的運輸，重載車輛顯著增多，加快了該段道路的破壞。

近年來，雖多次養護維修，但部分路段路面、排水設施和涵洞等構造物出現嚴重病害，局部路段路面出現龜裂、塊裂、剝落等現象，已經嚴重影響省道201 線道路的安全運營，急需進行養護維修，以保障該線路的安全通暢。

本 次 改 造 路 段 為K116+200～K123+380 段、K131+370～K134+370 段,全線對現有路面進行全深式冷再生作為路面底基層（厚度20cm），添加劑為環保型高強穩定固化劑。

2 環保型高強穩定固化劑的應用

2.1 環保型高強穩定固化材料優點

（1）造價低。環保型高強穩定固化材料造價比水泥穩定碎石低，同時不用大量外運土方。

（2）施工速度快。環保型高強穩定固化材料可縮短施工工期，添加固化劑后，初期短時間內可達到設計強度要求值，施工周期短，可減少項目投資，提高社會經濟效益。

（3）整體性強。環保型高強穩定固化材料固化后形成板體，在車輛荷載作用下，板體整體受力，將上部荷載均勻地傳遞至路面基層、底基層，有效提高基層、底基層的承載能力，從而提高基層、底基層使用壽命。

（4）應用范圍廣。環保型高強穩定固化材料可用于路基出現軟基或翻漿路段，使路面底部基礎穩固，保證路面基層、底基層具有良好的整體穩定性。

（5）水穩定性強、抗凍融性強，溫度收縮性能好。使用環保型高強穩定固化材料會增強路面基層的強度、剛度和劈裂強度，抗水、抗腐蝕損害較好。但循環凍融作用下，路面基層耐久性較差，影響使用性能，后期研究中對于添加環保型高強穩定固化材料后路面的耐久性研究至關重要。

（6）沉降小。添加固化劑后，路面后期強度較高，提高了路面整體承載能力，保證后期路面不出現沉降或減少工后沉降量。

2.2 與普通水泥添加劑工程造價對比

（1）本項目設計中利用現有舊路面實際路面材料，北京市政路橋實驗室對摻加環保型高強穩定固化材料的混合料進行室內配合比實驗（擊實試驗），采用環保型高強穩定固化材料產品型號為：CG-2-1型。建議優化配合比為:現有舊路材料∶水泥∶CGJ固化劑=97%∶3%∶0.01%。

（2）設計單位委托華強試驗檢測公司對現有舊路面進行篩分試驗，根據粗集料試驗檢測報告結論，現有路面粗集料符合《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）要求，現有路面全深式冷再生作為底基層時，建議摻配碎石10%～15%，水泥摻量按照3%進行控制。

（3）實際設計過程中，對采用傳統型普通水泥添加劑與添加環保型高強穩定固化材料兩方案進行了工程造價對比，具體對比情況見表1。

經兩方案比選，降低水泥摻量2%，添加環保型高強穩定固化材料0.01%與傳統的添加（10%～15%）碎石+5%水泥相比工程造價降低5.67 元/平方米，綜合考慮環保、路面結構強度、施工工期、工程投資、減少水泥碎石用量等情況，維修改造項目采用添加環保型固化劑作為推薦方案進行全深式冷再生底基層設計。

3 環保型高強穩定固化劑的應用

本項目施工前期，施工單位根據項目實際情況，對現有舊路路面鉆芯取樣并進行了室內試驗，將現有路面全深式冷再生作為底基層，路面材料按照現有舊路材料∶水泥∶CGJ 固化劑=97%∶3%∶0.01%作為比例進行摻配，同時擬采用3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0% 水泥作為5 組試驗確定最大干密度、最佳含水量和7d 無側限抗壓強度值。

3.1 確定最大干密度和最佳含水量

根據需要，按照四分法準備5 個試樣，結合以往工程經驗，摻入水泥：固化劑劑量采用3.0% ∶0.01%、4.0% ∶0.01%、5.0% ∶0.01%、6.0%∶0.01%、7.0%∶0.01%共5 組，摻量按照外摻法進行計算，選擇重型擊實試驗方法進行試驗，將試樣分3 次裝入桶中，每層擊實98 次后，將試樣面層拉毛然后再裝入套筒中，重復上述方法，擊實完成后試樣不能高出6mm，用修土刀沿套筒內壁削刮，使試樣與套筒脫離后，削平試樣與套筒齊平，拆除底板，稱量，然后從試樣中心處取樣測其含水率。計算試件的最大干密度、最佳含水量等。經過試驗確定不同水泥劑量下的最大干密度與最佳含水量如表2 所示。

3.2 無側限抗壓強度試驗

路面材料按照現有舊路材料∶水泥∶CGJ 固化劑=97%∶3%∶0.01%作為比例進行摻配，并根據擊實試驗所得的最大干密度和最佳含水量，按照97%壓實度控制密度，采用靜壓法制備試件，按照試驗規程要求，試件為圓柱體（尺寸為φ150mm×150mm），制作完成后采用塑料袋密封，要求在溫度20±2℃，濕度≥95%條件下養護，時間為7d（養生6d，浸水1d），測定7d 無側限抗壓強度值，并計算干密度等其他各項指標值，具體各項指標匯總表如表3 所示。

3.3 最優配合比的確定

將測得的無側限抗壓強度代表值與其相應的灰劑含量進行線性回歸，可得如下關系式：

X=0.8 705+1.4 459Rc，相關系數：0.9 988；式中：X-灰劑含量（%）；Rc-無側限抗壓強度代表值（MPa）。不同水泥含量對應抗壓強度的回歸曲線如圖1 所示。

表1 普通水泥添加劑與摻加環保型高強穩定固化材料工程造價對比

表2 不同水泥劑量下的最大干密度與最佳含水量

表3 無側限抗壓強度等各項指標匯總表

圖1 不同水泥摻量下7d 無側限抗壓強度值

4 具體配合比說明

取7d 無側限抗壓強度代表值≥2.5Mpa，根據無側限抗壓強度試驗結果及回歸曲線計算結果，結合無機結合料水泥最小劑量要求，室內試驗滿足設計強度的水泥劑量為3%。

綜合分析實驗過程中原材料性能、材料試件的制作方法和具體施工過程中的控制要求，并結合JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》中相關要求。施工時實際采用的水泥劑量應比室內試驗確定的劑量多0.5%～1.0%，最后確定該現場施工水泥劑量3.5%（較傳統使用水泥作為添加劑減少1.5%）。若原材料發生變化時，應重新進行無機結合料配合比設計。施工項目部試驗人員反饋，添加固化劑后，冷再生底基層早期強度增加較快（3d 無側限抗壓強度能達到2.7MPa 左右），可以降低具體項目投資，同時縮短施工周期。

5 結語

通過該項目的具體設計及施工，對冷再生底基層中摻加環保型固化劑進行了研究，測定了摻加不同水泥、固定固化劑摻量下無側限抗壓強度、試件壓實度等技術指標，具體結論如下：

（1）無側限抗壓強度值測定表明，采用環保型固化劑后，冷再生底基層早期強度增長迅速，將縮短項目施工工期，節省投資，踐行了“經濟適用、綠色環保”的理念。

（2）通過該項目的實施，提出了添加環保型固化劑后，冷再生底基層材料組合配合比設計，為項目區內其他項目提供了重要參考依據，應總結施工中關鍵技術要點和質量控制要求。考慮該新型材料規劃及在國內研究應用時間較短，還存在諸多問題需要解決。

（3）應考慮獨一性、普遍性，因各地區地質條件和路面結構使用的材料復雜多變，同時采用不同成分的固化劑產生的差異性很大，效果不同。建議地區項目施工需要結合當地實際情況推薦具有針對性的環保型固化劑。

（4）應通過具體項目或實踐進一步研究添加環保型固化劑后路面的抗水性能、耐久性，及時改善存在的弊端，避免適用效果不理想。