老路瀝青、水泥穩(wěn)定碎石銑刨料混合再生技術的研究

江 新

（江蘇東南工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210016）

0 引言

半剛性基層+瀝青路面是我國高等級公路最主要的路面結構類型，約占總里程的 80 % 多。20 世紀 90 年代以后陸續(xù)建成的高等級公路目前已經進入大、中修期，由此產生了大量的瀝青銑刨料和水泥穩(wěn)定碎石銑刨料。該銑刨料如果不加以利用，必然會造成資源和資產的大量浪費。為此，近幾年來老路瀝青銑刨料和水穩(wěn)碎石銑刨料再利用技術受到廣泛的關注和研究。

以往通常的做法是：舊瀝青銑刨材料廠拌熱再生成新的瀝青混凝土，用作下面層或者柔性基層。水泥穩(wěn)定碎石銑刨料通常用于廠拌再生水泥穩(wěn)定碎石新材料，用作底基層或下基層或者直接用于溝塘回填等路基填筑。目前國內將老路瀝青、水穩(wěn)銑刨料作為骨料摻入一定數(shù)量的新骨料，混合再生用作高速公路底基層的研究與實踐甚少。現(xiàn)結合江蘇某高速公路拓寬項目的實踐，介紹瀝青混凝土、水穩(wěn)碎石銑刨料混合再生技術，共同行參考。

1 老路銑刨料分類處理

拓寬改造的高速公路老路瀝青路面是 4 cm SMA-13+6 cm AC-20+8 cm AC-25，基層是 36 cm 二灰穩(wěn)定碎石。在老路銑刨作業(yè)中，三層瀝青一并銑刨，水泥穩(wěn)定碎石單獨分層銑刨。瀝青銑刨料和二灰穩(wěn)定碎石銑刨料銑刨運至集中拌合場分類堆放并分別進行分檔篩分。分檔規(guī)格為 0～9.5 mm、9.5～31.5 mm。篩分后的分檔材料分別進入碎石集料堆放大棚內。

2 配合比設計

配合比設計分目標配合比和生產配合比兩個階段。再生水泥穩(wěn)定碎石采用舊瀝青混凝土銑刨料（0～9.5 mm、9.5～31.5 mm）+二灰穩(wěn)定碎石銑刨料（0～ 9.5 mm、9.5～31.5 mm）+新石料（13.2～26.5 mm）+3 % 水泥+水，再生的水泥穩(wěn)定碎石用作路面底基層。

2.1 原材料

2.1.1 水泥

P.O 42.5 緩凝型水泥，到場水泥的各凝期強度、安定性等檢測結果均符合設計及規(guī)范要求。具體結果如表 1 所示。

表1 水泥試驗結果表

2.1.2 集料

依據(jù) JTG E42－2005《公路工程集料試驗規(guī)程》進行試驗檢測，檢測結果符合規(guī)范要求［1］。結果如表 2 所示。

2.1.3 拌合用水

采用地下水，外委進行檢測，pH 值、不容物、可溶物、氯化物、硫酸鹽、堿含量等指標符合相關規(guī)范要求。

2.1.4 集料篩分

分別對各類集料進行篩分，篩分結果如表 3 所示。

2.2 目標配合比

根據(jù)集料的篩分結果、合成級配的要求，確定各類集料用量比率。然后按照 2 %、2.5 %、3 %、3.5 %、4 % 的水泥劑量進行擊實試驗和無側限強度試驗。根據(jù)設計要求的無側限強度，確定合理的水泥劑量。具體結果如表 4 所示。

表3 集料篩分試驗結果

表4 再生底基層目標配合比設計結果

2.3 生產配合比

根據(jù)目標配合比的結果，再進行生產配合比的設計，具體結果如表 5 所示。

表2 粗集料試驗結果表

表5 再生底基層生產配合比設計結果

3 試拌試鋪

2021 年 4 月 13 日，晴，氣溫 5～22 ℃，風力 3 級。在主線 K 739+050-K 739+400 左幅進行了再生料底基層水穩(wěn)試鋪施工。試鋪從中午 12 點 30 開始拌合樓出料，13 點 38 分現(xiàn)場開始攤鋪，碾壓結束土工布覆蓋完成 19 點 28 分，歷時近 5 h，試驗段全長 350 m，攤鋪寬度 10.61 m，設計厚度 20 cm。

3.1 下承層的準備

排查中央分隔帶的老橫向排水管，采用套管進行連接接長，并對每處接頭留存影像資料。對路基頂面浮土進行清理，灑水進行濕潤，并采用膠輪壓路機進行了復壓。按照設計圖紙尺寸要求的底基層設計寬度，用石灰線標出底基層施工邊線，沿標好的石灰邊線安裝鋼模板，鋼模板外側采用鋼釬固定。打好架設高程厚度控制鋼絲的金屬支架，老路采用電鉆打眼進行基準桿固定。主線直線段上鋼筋樁間距 10 m/根，做出標記，根據(jù)給定的松鋪系數(shù)算出松鋪厚度，決定控制線高度，掛好控制線，用于攤鋪機攤鋪厚度控制線鋼絲的拉力應≥800 N。

3.2 試拌

采用強制式粒料拌合機，拌鍋采用雙拌鍋振動拌和，試驗段施工中拌合機產量設定在 500 t/h（最大產量800 t/h）。在混合料攪拌前，要求項目部先檢查料場內各類集料的含水量，計算出當天的外加水量，高溫作業(yè)、早晚與中午的含水量要按溫度變化及時調整。

3.3 出場與運輸

試拌前，對運輸車輛清潔狀況、車況和車輛標識牌是否齊全、車輛覆蓋措施等進行檢查。料車分五次裝料，順序為前-后-中-中前-中后的順序進行裝料，出場前安排專人進行車輛覆蓋檢查。所有料車由施工現(xiàn)場一固定的位置，通過預先鋪設好的“馬道”向西前進方向進入主線路基，然后所有運輸車輛倒車進入施工現(xiàn)場攤鋪前喂料，嚴禁在路床頂進行掉頭。

3.4 攤鋪與碾壓

底基層攤鋪施工采用兩臺攤鋪機聯(lián)合攤鋪梯隊作業(yè)，靠老路搭接的一臺在前，兩機相距保持在 8 m 左右。兩機攤鋪速度一致，振級一致，緩慢、均勻、不間斷進行攤鋪。攤鋪時對底基層拼縫處用水泥制備漿進行涂刷或澆注，第一遍涂刷水泥漿控制攤鋪機前 20～30 m，第二遍緊跟攤鋪設備對拼接位置進行涂刷，第三遍人工采用水壺在初壓完成后進行澆灌，過程中人工對漿桶進行攪拌，防止?jié){液沉淀，水灰比為 0.4。

在施工現(xiàn)場按照標準化施工要求設置了初壓、復壓、終壓分界標志。按照擬定的碾壓方案進行碾壓，碾壓遵循先穩(wěn)壓、開始輕振動碾壓、再重振動碾壓、最后靜壓收面的程序，壓至無輪跡為止。碾壓時壓路機邊向中，均勻速度碾壓時重疊 1/2 輪寬，每遍穩(wěn)壓時，倒車要求原路返回，轉向位置應在已壓好的段落上。在初壓完成后對臺階搭接位置安排人工進行第三次水泥漿液澆灌。

3.5 檢測與養(yǎng)生

在試拌、試鋪過程中，在拌合場對再生混合料的含水率、水泥劑量、礦料級配、混合料無測限抗壓強度等進行檢測，在攤鋪過程中，檢測混合料的松鋪系數(shù)，碾壓完成后及時進行現(xiàn)場壓實度、平整度、厚度等檢測。

現(xiàn)場檢測完成后及時進行交通封閉，采用 6 m 寬土工布進行覆蓋養(yǎng)護，土工布搭接由低到高順向搭接，寬度≥1 m，采用砂袋對搭接位置進行壓重，縱向搭接每 3 m 設置一個砂袋，現(xiàn)場養(yǎng)護采用水車側向噴水，人工配合進行養(yǎng)護，養(yǎng)護期保持水穩(wěn)表面濕潤。

3.6 檢測結果

在本次試鋪中總監(jiān)辦對冷再生混合料的含水率、水泥劑量、礦料級配、混合料無測限抗壓強度和攤鋪現(xiàn)場壓實度、平整度、厚度等指標進行檢測。

1）對冷再生混合料進行了含水率、水泥劑量、最大干密度及強度檢測，其中混合料含水率檢測結果普遍高于施工圖規(guī)定最佳含水率+0～1.0 % 要求，其他指標符合施工圖設計要求。檢測結果如表 6 所示。

2）生混合料礦料級配篩分，級配控制按設計級配范圍控制，對于關鍵篩孔按生產配合比設計值允許誤差設置：0.075 mm，±2 %；2.36 mm，±4；4.75 mm，±7 %。礦料混合料篩分通過率符合控制級配上下限要求（見表 7、圖 1）。

3）松鋪系數(shù)根據(jù)擬定的兩個碾壓方案分別測定。方案一初定 1.32，方案二初定 1.3。每一斷面檢測 3 個點（距中樁分別為 11.25、15.75、20.25 m），共計檢測了松鋪系數(shù) 42 個點，實際測得方案一平均值為 1.383、方案二平均值為 1.401。

圖1 篩分級配圖

表6 再生混合料試驗結果匯總表

表7 礦料混合料級配篩分

4）對現(xiàn)場兩種碾壓方案段落分別進行了壓實度檢測，平整度、厚度、寬度、橫坡檢測，檢測結果符合施工圖紙要求（見表 8）。

表8 壓實度檢測結果匯總表

5）對現(xiàn)場兩種碾壓方案段落 7 d 齡期和 10 d 齡期分別進行了鉆孔取芯。7 d 齡期進行了 4 個斷面鉆孔取芯，每個斷面邊緣及拼縫處取芯共 3 個，累計取芯 12個，芯樣均已成型，但部分芯樣底部存在約 2～5 cm松散現(xiàn)象；10 d 齡期進行了 4 個斷面鉆孔取芯，每個斷面邊緣及拼縫處取芯共 3 個，累計取芯 12 個，芯樣均已成型，芯樣完整，成型較好。

4 施工注意中事項

1）老路瀝青、水穩(wěn)的銑刨料質量（級配）穩(wěn)定性是保證再生水泥穩(wěn)定碎石級配穩(wěn)定的的關鍵。需要控制銑刨機作業(yè)的速度，定期檢查銑刨機的刀頭磨損等。

2）瀝青銑刨料的骨料由于有一定瀝青膜包裹，堆放和拌合施工中，容易出現(xiàn)團結現(xiàn)象，容易堵塞拌合機倉門。集料堆放中應注意不能堆料過高，拌合機料倉不能裝料過滿，加強人工的捅料，每天拌合結束后應將料倉放空。

3）因為再生的二灰碎石骨料表面包裹材料包含各種微小的間隔縫隙，表現(xiàn)出來的是吸水率較常規(guī)石料大，再生料拌合過程中，含水量容易波動，需要加強動態(tài)控制。

4）混合再生水穩(wěn)銑刨料的攤鋪阻力較大，攤鋪時攤鋪機的攤鋪寬度不宜太寬，攤鋪速度不宜太快，否則容易造成攤鋪機吃力現(xiàn)象。

5）混合再生水穩(wěn)料的松鋪系數(shù)較一般的水穩(wěn)碎石要大，需適當加大攤鋪機的振幅和振級，要加大壓實功，確保壓實度滿足要求。

6）從 7 d 芯樣來看底部 2～5 cm 成型不良，需要加強養(yǎng)生，延長養(yǎng)生期。

7）由于是拓寬改造項目，拼接處的質量十分關鍵，為此要重視新老底基層的連接，加強水泥凈漿的涂刷和灌漿工作，加強拼接處的取芯檢測。

5 混合再生水泥穩(wěn)定碎石路用性能分析

5.1 強度與剛度分析

影響混合再生水穩(wěn)碎石強度主要因素是水泥摻量、再生料的級配以及組成骨料的強度，而老路的瀝青碎石、穩(wěn)定碎石銑刨料的碎石種類沒有變化，其強度能滿足要求，對水穩(wěn)的強度影響不大，再生的水穩(wěn)碎石的強度能滿足設計的要求。并且強度隨著舊銑刨料比例的減少，新材料比例的增大而增大。由于瀝青銑刨料中骨料表面裹覆一定的瀝青膜，裹覆瀝青膜的銑刨料剛度小于新骨料的剛度，混合再生的水泥穩(wěn)定碎石是具有一定柔性材料性質的半剛性材料，一定程度上能緩解水穩(wěn)碎石剛度過大的問題。

5.2 抗沖刷和抗冰凍分析

由于舊瀝青銑刨料表面部分裹覆瀝青膜，能阻止水分的擴散和沖刷，所以一定程度上能提高再生水穩(wěn)的抗沖刷性能。水泥穩(wěn)定碎石的冰凍破壞，主要由于內部空隙水的反復凍賬所導致。由于瀝青的存在，使得水穩(wěn)碎石的空隙減少，甚至會成為封閉的空隙，進而減少空隙水的存在，降低了毛細水的作用，另外瀝青材料的彈性作用，能夠緩沖凍賬作用，為此再生材料的抗冰凍性能有所提高。

5.3 抗收縮性能分析

由于舊瀝青銑刨料表面部分裹覆瀝青膜能阻止水分的擴散一定程度減少內部水分的蒸發(fā)，減少毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或膠凝體間層間水的作用及碳化收縮作用，所以一定程度能減緩水穩(wěn)材料的干縮。

5.4 抗疲勞性能

疲勞破壞的發(fā)生要經歷裂紋的萌生、擴展、連接直至貫通斷裂的過程。骨料中裹覆瀝青膜，一方面可以降低粗骨料與水泥砂漿界面產生的應力集中，降低界面的薄弱性以及萌生裂紋的可能，從而提高抗疲勞性，另一方面瀝青材料的高韌性和大變形能力，將阻止裂紋進一步擴大，有利于提高疲勞壽命［2，3］。

6 結論與建議

1）通過拓寬改造高速公路的實踐以及對其性能的分析，老路瀝青銑刨料和水穩(wěn)銑刨料混合再生成水泥穩(wěn)定碎石有別于常規(guī)材料的特性，在施工中針對其特性，加強工序的質量控制，老路瀝青銑刨料和水穩(wěn)銑刨料混合再生成水泥穩(wěn)定碎石用作高速公路路面底基層是可行的。

2）在水穩(wěn)銑刨料中瀝青屬于有機膠結料，而水泥屬于無機膠結料，兩種不同的膠結料在一起怎樣相互作用而形成強度，即混合再生水泥穩(wěn)定碎石的強度機理還有待進一步的研究。

3）瀝青老化程度對水泥穩(wěn)定碎石混合再生性能的影響還有待進一步的研究。Q