廠拌基層冷再生在嚴寒區改擴建工程中配合比設計研究

宋海宏 SONG Hai-hong

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，太原030024）

0 引言

冷再生可分為現場冷再生和廠拌冷再生兩種施工工藝，現場冷再生是利用專門的路面冷再生設備連續地完成冷再生的作業過程；廠拌冷再生則是把銑刨后的材料集中運至拌和場站后摻加部分新粗細集料，按比例加入一定量的水泥和水進行拌和，再進行攤鋪、碾壓的冷再生作業過程。

1 工程概況

琿烏高速三工區改擴建工程起點位于吉林市與長春市行政分界處，經由大頂子村，終點位于龍嘉機場，線路全長18.257km，原老路面出現龜裂、坑槽、橫縫、縱縫等多種病害，嚴重影響了交通安全性和舒適型，因此對該道路進行改造，其中老路基層采用水泥穩定廠拌冷再生。

2 配合比設計

2.1 設計要求

①用于高速公路和一級公路基層時，再生混合料級配應滿足JTG F41-2008《公路瀝青路面再生技術規范》級配范圍要求，見表1。

表1 無機結合料穩定冷再生混合料級配范圍

②用于高速公路和一級公路基層時，水泥穩定冷再生混合料無側限抗壓強度設計值要求不小于3.0MPa。

2.2 原材料的檢驗

①銑刨料。

因銑刨機及工藝的影響，銑刨料的粒徑大小不均，且存在大于31.5mm超粒徑顆粒，而基層用材料不允許有超31.5mm顆粒，故取料篩分時先過31.5mm篩，余下材料進行水洗篩分試驗，其各粒徑通過率見表2，根據篩分結果分析發現銑刨料4.75mm以上顆粒含量較多，達74.5%，其中9.5-19mm粒徑含量偏少，僅有19%，故對該冷再生需再摻加兩檔新料0～2.36mm石屑及9.5～19mm碎石，以改善礦料級配。

表2 銑刨料篩分通過率

②水泥。

采用P.O42.5緩凝水泥，廠家吉林亞泰水泥有限公司，其檢測結果見表3，各項指標滿足JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》要求，可用于廠拌冷再生施工。

表3 水泥技術性質

③粗集料。

粗集料為9.5～19mm碎石，廠家長春天富礦業有限公司，檢測結果見表4，其各項指標滿足JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》要求，可用于廠拌冷再生施工。

表4 粗集料的技術性質

④細集料。

細集料為0～2.36mm石屑，廠家長春天富礦業有限公司，檢測結果見表5，其各項指標滿足JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》要求，可用于廠拌冷再生施工。

表5 細集料的技術性質

2.3 級配設計

根據舊料基層銑刨料及添加新料的篩分結果進行級配合成，確定各檔材料的摻配比例，合成級配符合JTG F41-2008《公路瀝青路面再生技術規范》要求，合成級配見表6、級配曲線圖見圖1。

表6 合成級配

圖1 級配曲線圖

2.4 不同水泥劑量混合料的最大干密度及最佳含水率

以上述級配摻配比例，依據JTG E51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》T 0804方法分別以3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6%水泥劑量制備不同比例的混合料，用重型擊實法對混合料進行擊實試驗，確定各組成混合料的最佳含水率和最大干密度，見表7。

表7 不同水泥劑量對應的最大干密度及最佳含水率

由表可知：①冷再生混合料擊實所得最大干密度較普通水泥穩定碎石要偏小，最佳含水率要偏大，這是因為冷再生混合料中銑刨料摻量較大，級配不均，壓實效果不好，且銑刨料吸水率較大所致；②隨著水泥劑量的加大，最大干密度大致呈增長的趨勢，當水泥劑量6%時，最大干密度較5.5%劑量時變化很小，最佳含水率大致呈增加的趨勢，表明低水泥劑量時，最大干密度與水泥劑量呈較好的正線性關系，當水泥劑量達到一定時，最大干密度不再隨水泥劑量增加而增加，而含水率變化為水泥增長吸水量所致。

2.5 不同水泥劑量的無側限抗壓強度

根據不同水泥劑量確定的最佳含水率和最大干密度拌制混合料，并按規定98%壓實度靜壓制備水泥穩定混合料試件，在標準條件下養生6天，浸水24h后進行無側限抗壓強度試驗，結果見表8。

表8 對應不同水泥劑量的無側限抗壓強度

由表可知，隨著水泥劑量的不斷增加，水泥穩定冷再生混合料的無側限抗壓強度值也逐漸增大，但強度增長速率不大，同組13個試件無側限強度離散性較大，這與冷再生中銑刨料的級配有很大的關系，水泥劑量達到4%時，其強度平均值、代表值均能滿足規范設計值3.0MPa。

2.6 確定水泥劑量

綜上所述，考慮強度滿足設計要求及經濟合理性，采用4.0%水泥劑量作為最佳水泥劑量。

2.7 配合比的確定

根據上述可確定，該廠拌冷再生配合比各材料摻配比例為0～2.36mm石屑∶9.5～19mm碎石∶銑刨料=20%∶10%∶70%，水泥劑量為4.0%，最大干密度為2.024g/cm3，最佳含水率為7.0%。采用集中廠拌法施工時水泥劑量宜增加0.5～1%，用水量宜增加0.5～1.5%。

2.8 水泥劑量滴定標準曲線的確定

以不加水泥、加3%、4%、5%、6%、7%水泥劑量水泥分別進行EDTA二鈉滴定試驗，結果見表9，確定施工用水泥劑量標準滴定曲線圖見圖2。

表9 EDTA消耗量隨水泥劑量變化情況

圖2 水泥劑量標定曲線圖

2.9 含水率變化對干密度、無側限抗壓強度的影響

由于銑刨料的吸水性、拌和的不均勻性及天氣的影響，施工時含水率一般較最佳含水率有所提高，為此以4%水泥劑量，在最佳含水率的基礎上，分別增加1%、2%、3%的用水量，研究含水率變化對干密度、強度的影響情況，其檢測結果見表10。

表10 干密度、強度隨用水量變化情況統計

由表10可知用水量增加1%、2%，強度略有下降，用水量增大3%時，強度下降明顯，因此，在實際施工時，用水量可適當增加1～2%，但不宜增加過多。

2.10 延遲時間對強度和干密度的影響

以室內配合比設計水泥劑量及最佳含水率在拌和機上試生產，從傳輸皮帶上取混合料，分別以立刻、悶料1h、2h、3h、4h、5h，按不同延遲時間成型無側限抗壓試件，經過標準養生后，測其7d無側限抗壓強度與延遲時間的關系，檢測結果見表11，延遲時間對無側限抗壓強度影響曲線圖見圖3，結果表明，該廠拌冷再生混合料容許延遲時間為3h。

表11 延遲時間對無側限抗壓強度的影響結果

圖3 延遲時間對無側限抗壓強度影響曲線圖

3 結束語

通過琿烏高速現場取芯驗證，廠拌冷再生基層段芯樣完整，壓實度、強度滿足設計要求，表明該廠拌冷再生基層配合比確實可行，為嚴寒地區廠拌冷再生施工提供技術指導具有重要意義。