探討瀝青路面養護工程銑刨料摻量對水穩碎石基層性能的影響

劉天鵬

（貴州省興義公路管理局,貴州 興義 562400）

0 引言

瀝青路面銑刨料二次利用，一方面能降低資源浪費，減少投資費用，另一方面能防止環境污染，實現節能環保的目標[1]。但由于銑刨料吸水能力強、壓碎值高，會嚴重降低水穩碎石基層的路用性能，這在一定程度上降低了其利用率。銑刨料比例的逐漸增大，基層混合料吸水性能顯著增加，干密度下降，嚴重降低基層強度、剛度、抗裂及抗沖刷性能。銑刨料粒徑差異不僅影響其力學性能，而且對基層路用性能具有重要影響[2]。其粒徑較小時，內部雜質越多，通常無法直接應用。為全面探究銑刨料摻量對水穩碎石基層路用性能的影響，該文針對各種摻量基層混合料實施試驗分析，得到相關試驗參數，以確定最佳的水穩碎石基層銑刨料摻量[2]。

1 原材料與配合比設計

1.1 原材料選配

試驗采用某普通公路瀝青路面銑刨舊料，利用篩分法對其相關指標進行檢測分析，確定各粒徑銑刨料含量，水泥為P.C42.5。銑刨料和新集料壓碎值分別為23.7和12.4。水泥初凝、終凝時間分別為76 min和155 min，粗集料主要采用5~30 mm粒徑的級配碎石，細集料采用中粗砂，其中銑刨料、新集料相關指標檢測值如表1所示。

表1 銑刨料和新集料相關指標檢測值

1.2 配合比設計

銑刨料規格為4.75~9.5 mm、9.5~19 mm、19~31.5 mm，因粒徑小于4.75 mm的銑刨料含泥量較大，經研究決定改用新集料，篩分后銑刨料級配區間狀況如表2所示。

表2 篩分后的銑刨料級配區間

為證實銑刨料摻量對基層相關性能造成的影響，先后采用銑刨料含量不同的基層混合料進行試驗檢測，全面分析道路基層力學性能、剛度、抗裂及抗沖刷性能。試驗采用水泥含量為5%，銑刨料含量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%。分別對各摻量銑刨料基層試件實施擊實試驗，準確測得最佳含水率、級配，得出最佳配合比[4]。

2 試驗方案

采用各銑刨料摻量，先后制作水穩碎石基層試件，待其達到規定養護期限后，對其實施試驗檢測，依次測出各項指標，并確定其具體路用效果[5]。

（1）銑刨料含量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%，標準試件在養護7 d后進行抗壓檢測，養護28 d后依次進行疲勞強度、抗裂及抗沖刷性能檢測。

（2）強度、剛度、抗沖刷檢測構件為圓柱形，其規格為：直徑d=150 mm，高度h=150 mm，抗壓及劈裂性能檢測設備采用建力YAW-2000型液壓機，抗沖刷檢測則采用和晟HS-3001A型多功能檢測機。

（3）抗裂性能檢測試件規格為：100 mm×100 mm×400 mm（長×寬×高），檢測設備為立式支架機千分表。通過靜壓法進行檢測，以上試驗均依據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTGE51—2009）的相關規定進行。

3 銑刨料摻量對水穩基層性能影響分析

3.1 力學性能試驗

依次按照銑刨料比例為0%、20%、40%、60%、80%、100%標準拌制混合料，并制備各規格試件實施試驗檢測，先后測得試件標準養護7 d后的抗壓強度及28 d劈裂強度，檢測數據如表3所示。

表3 各銑刨料摻量水穩碎石混合料強度檢測結果

通過表3能夠看出，當銑刨料摻量逐漸增大時，其水穩碎石基層混合料抗壓及劈裂強度逐漸降低，7 d無側限抗壓強度值由最初的6.6 MPa降至5.3 MPa，降幅高達19.7%，其28 d劈裂強度則由初期0.84 MPa降至0.62 MPa，降幅達26.2%。主要是因為銑刨料較一般碎石壓碎值較高，構成的結構體系較為松散，缺乏穩定性，從而導致瀝青道路基層各項指標顯著降低[6]。

3.2 剛度試驗

依據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF20—2015）相關技術標準，采用抗壓回彈模量試驗能準確確定基層混合料剛度。該試驗檢測共使用6組標準試件，銑刨料摻量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%，先后在標準養護7 d、28 d、60 d、90 d時進行抗壓回彈模量檢測，具體檢測數據如表4所示。

表4 水穩基層混合料抗壓回彈模量檢測數據

通過表4能夠看出，水穩碎石基層混合料齡期越長，其抗壓回彈模量越高；混合料中銑刨料摻量越大，則其抗壓回彈模量就越低。

3.3 干縮抗裂性能試驗

和其他類型的半剛性基層相同，水穩碎石基層同樣具有較強的干縮性，嚴重降低其使用性能[7]。對各種銑刨料摻量的水穩碎石基層混合料實施干縮抗裂性能檢測，當銑刨料摻量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%時，水穩碎石基層28 d干縮系數變化曲線和不同齡期內干縮系數變化曲線如圖1和圖2所示。

圖1 不同銑刨料摻量28 d干縮系數變化曲線

圖2 齡期內干縮系數變化曲線

（1）通過圖1曲線變化趨勢可以看出：1）銑刨料含量逐漸增大時，水穩碎石基層28 d干縮系數隨之增大，其干縮抗裂能力逐漸降低，充分表明銑刨料可導致水穩基層抗裂能力下降；2）銑刨料摻量為0%和100%時，干縮系數分別為77.5×10-6和91.2×10-6。主要是因為銑刨料中水泥砂漿含量較大，其吸水性明顯增大，導致基層混合料失水過快，干縮變形增大，從而造成混合料干縮性能顯著降低。

（2）通過圖2能夠看出：1）銑刨料摻量為100%和0%時，混合料養護齡期內干縮系數變化曲線存在較大差異。銑刨料摻量為100%時與0%相比，14 d內混合料干縮系數較小，隨著養護時間的不斷延長，其干縮系數顯著增大，遠遠高于銑刨料摻量0%的基層混合料；2）銑刨料摻量0%時，隨著齡期的延長，其干縮系數出現緩慢增加，而銑刨料摻量為100%時，其干縮系數產生顯著變化，經綜合分析，銑刨料吸水率增大是導致混合料干縮系數升高的主要因素；3）銑刨料摻量100%和0%時，瀝青路面基層混合料28 d干縮系數分別為85和68，前后增加了近20%。

3.4 抗沖刷性能試驗

水穩碎石基層抗磨性能較差，遭受水流沖刷時極易出現損失，因此沖刷質量損失率是評估基層抗沖刷能力的關鍵參數[8]。針對各銑刨料摻量混合料進行抗沖刷試驗檢測，得出各種銑刨料摻量下基層沖刷質量損失率變化曲線，如圖3所示。

圖3 不同銑刨料摻量基層沖刷質量損失率變化曲線

通過圖3中銑刨料摻量基層沖刷質量損失率變化曲線可看出，銑刨料摻量逐漸增大時，基層沖刷質量損失率逐步增大。銑刨料摻量為0%時，其損失率為0.51%，而當銑刨料摻量為100%，其損失率為0.94%，增幅高達84.3%。經綜合分析，主要是因為銑刨料摻量增大，使混合料中細集料比重顯著增加，最終導致其沖刷質量損失率顯著提升，抗沖刷性能降低[9-10]。

4 結論

為全面探究瀝青路面養護工程銑刨料摻量對水穩碎石基層路用性能的影響，通過對各種銑刨料綜合試驗檢測分析，具體結論如下：

（1）當銑刨料摻量逐漸增大時，其水穩碎石基層混合料7 d無側限抗壓強度及28 d劈裂強度逐漸降低，主要是因為銑刨料壓碎值較高，構成的骨架結構較為松散，缺乏穩定性，從而造成水穩基層各項路用指標顯著降低。

（2）水穩碎石基層混合料齡期越長，其抗壓回彈模量越高；混合料中銑刨料摻量越大，則其抗壓回彈模量就越低。

（3）銑刨料含量逐漸增大時，水穩碎石基層28 d干縮系數隨之增大，其干縮抗裂能力逐漸降低，主要是因為銑刨料中水泥砂漿含量較大，其吸水性明顯增大，導致基層混合料失水過快，干縮變形增大。

（4）銑刨料摻量逐漸增大時，混合料沖刷質量損失率逐步增大，抗沖刷性能下降。主要是因為銑刨料摻量增大，使混合料中細集料含量顯著增加，導致基層混合料沖刷質量損失率顯著提升，抗沖刷性能減弱。

綜上所述，銑刨料摻量越大，水穩碎石基層路用性能越差，因此必須嚴格按照規范及設計要求科學控制銑刨料摻量。