路面養(yǎng)護(hù)施工中早強(qiáng)型冷再生技術(shù)的應(yīng)用

摘要 為探索路面大修期間廢舊回收料再生利用的可行思路，文章對早強(qiáng)型冷再生混合料配合比設(shè)計展開分析，并對再生混合料早強(qiáng)機(jī)理及強(qiáng)度特性進(jìn)行試驗(yàn)研究；根據(jù)所得到的早強(qiáng)劑摻量、混合料配合比、水泥用量等參數(shù)值，展開某公路改擴(kuò)建段輔道底基層施工過程分析。結(jié)果表明，按照8%在冷再生混合料中摻加早強(qiáng)劑后3 h強(qiáng)度即可達(dá)到3.4 MPa，滿足高速公路底基層3～5 MPa的強(qiáng)度要求，便于快速開放交通，對交通量大、無法展開封閉施工的公路養(yǎng)護(hù)處治路段十分適用。

關(guān)鍵詞 路面養(yǎng)護(hù)；施工；早強(qiáng)型；冷再生；舊料

中圖分類號 U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B文章編號 2096-8949（2023）23-0126-04

0 引言

混凝土路面在大修期間必然產(chǎn)生大量廢料，廢棄料經(jīng)過破碎加工、級配篩選，可重新應(yīng)用于路面建設(shè)，既能節(jié)省建筑材料，又省去了廢料處治環(huán)節(jié)及對環(huán)境的不利影響，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。廢舊水泥混凝土冷再生材料應(yīng)用于早強(qiáng)型半剛性基層結(jié)構(gòu)中，能快速達(dá)到基層早期強(qiáng)度要求，利于工期縮短和快速開放交通。基于此，該文對早強(qiáng)型冷再生混合料配合比設(shè)計及施工技術(shù)在具體公路工程中的應(yīng)用展開分析探討，以期為早強(qiáng)型冷再生技術(shù)的推廣應(yīng)用提供借鑒參考。

1 早強(qiáng)型冷再生混合料配合比設(shè)計

該公路工程項(xiàng)目組技術(shù)人員提出一種由MgO、CaO、Al₂O₃等無機(jī)物成分復(fù)合而成的早強(qiáng)型外加劑^[1]。早強(qiáng)型冷再生混合料按照粒徑0～3 mm的舊料∶粒徑5～15 mm舊料∶粒徑10～25 mm舊料=30∶35∶35摻配，水泥用量按3.5%添加，早強(qiáng)劑摻量依次取0%、8%和12%。混合料級配見表1。

根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）中振動擊實(shí)法展開材料最大干密度和最佳含水率試驗(yàn)。根據(jù)結(jié)果，當(dāng)早強(qiáng)劑摻量為0%、8%和12%時，材料最大干密度分別為2.11 g/cm³、2.112 g/cm³和2.113 g/cm³；最佳含水率為7.5%、7.6%、7.8%。根據(jù)結(jié)果看出，摻加早強(qiáng)劑后冷再生混合料最大干密度及最佳含水率均有所改善。

2 早強(qiáng)型再生混合料強(qiáng)度特性

2.1 再生混合料早強(qiáng)機(jī)理

早強(qiáng)劑摻加后，對水泥水化反應(yīng)速度有加快作用，水化產(chǎn)物早期結(jié)晶及沉淀均增多，進(jìn)而起到加速混合料早期強(qiáng)度增長的效果^[2]。通過對摻加早強(qiáng)劑的冷再生混合料微觀結(jié)構(gòu)展開分析看出，早強(qiáng)型水泥冷再生混合料水化7 d后廢料界面過渡區(qū)生成大量顆粒，其中穿插長桿狀水化硫鋁酸鈣、方板狀氫氧化鈣和絮狀水化硅酸鈣^[3]；在緊密連接廢料界面的同時充填內(nèi)部孔隙，使試件密實(shí)度顯著增大，也使早期強(qiáng)度快速發(fā)展。從微觀結(jié)構(gòu)很直觀地看出，普通水泥穩(wěn)定冷再生混合料在持續(xù)水化7 d后，水化產(chǎn)物明顯減少，結(jié)構(gòu)疏松程度增大；而早強(qiáng)型冷再生混合料可在短時間內(nèi)升至規(guī)范強(qiáng)度。

2.2 強(qiáng)度特性

按照8%和12%的比例摻加早強(qiáng)劑，并按3.5%的用量摻加水泥，展開冷再生混合料早期強(qiáng)度檢測，并與未摻加早強(qiáng)劑的混合料強(qiáng)度進(jìn)行比較，以體現(xiàn)早強(qiáng)劑的效果。試驗(yàn)結(jié)果見表2。根據(jù)表中結(jié)果，摻加早強(qiáng)劑后冷再生混合料早期強(qiáng)度增長快速，在摻量為8%和12%下，試件1 h強(qiáng)度分別為未摻加早強(qiáng)劑試件1 h強(qiáng)度的5倍和6.4倍；后期強(qiáng)度發(fā)展速度減緩。按12%比例摻加早強(qiáng)劑的冷再生混合料試件1 h強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到3.2 MPa，已經(jīng)滿足高速公路底基層3～5 MPa的強(qiáng)度要求。

該公路工程施工期間環(huán)境溫度在25～30 ℃之間，8%早強(qiáng)劑摻量的混合料在該溫度下可保持良好的施工特性和強(qiáng)度特性，且比12%摻量更具經(jīng)濟(jì)性。故該公路早強(qiáng)型冷再生混合料中早強(qiáng)劑摻量按8%確定；而在室溫下為保證混合料強(qiáng)、度穩(wěn)定性，應(yīng)適當(dāng)提高早強(qiáng)劑摻量。

不同養(yǎng)護(hù)齡期抗壓強(qiáng)度比，見表3。

表3中R0%、R8%、R12%分別表示早強(qiáng)劑摻量為0%、8%、12%時的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)表中結(jié)果，在摻加適量早強(qiáng)劑后冷再生混合料早期強(qiáng)度快速提高，此后隨著早強(qiáng)劑摻加量繼續(xù)增大，對強(qiáng)度的影響程度減緩。表中養(yǎng)生齡期在3 h前的R8%/R12%明顯小于90%，表明按照12%摻加早強(qiáng)劑對混合流強(qiáng)度的提升效果好于按8%摻加早強(qiáng)劑的效果，而養(yǎng)生齡期超出3 h后這種作用逐漸弱化。

2.3 早強(qiáng)型再生混合料施工特性

在不同溫度下冷再生混合料施工特性隨放置時間的延長而變化。試驗(yàn)開始后將拌制好的冷再生混合料裝入透明塑料袋內(nèi)，在陽光下曝曬相應(yīng)時間，通過溫度計展開混合料內(nèi)部溫度測量。根據(jù)測量結(jié)果，當(dāng)早強(qiáng)劑按8%和12%摻加時，冷再生混合料在25 ℃下的施工特性基本與早強(qiáng)劑摻量為0%時的混合料特性一致。按12%摻加早強(qiáng)劑的混合料高溫條件下反應(yīng)速度更快，也更易于發(fā)生團(tuán)聚；內(nèi)部水分流失迅速，施工特性差。而早強(qiáng)劑按照8%摻加時，冷再生混合料可在1 h內(nèi)保持較好的施工特性。

此次固化試驗(yàn)條件為陽光曝曬，混合料內(nèi)部溫升迅速，而實(shí)際生產(chǎn)過程中，會對混合料進(jìn)行適當(dāng)遮蓋，溫升速率及水分蒸發(fā)均會有所減緩。此外，集料通常露天堆放，因吸收熱量而溫度較高，會對冷再生混合料水化反應(yīng)過程起到一定加速作用，對混合料施工性能較為不利。故應(yīng)在日出前展開冷再生瀝青混合料拌和；根據(jù)溫度變化在8%～12%之間選擇早強(qiáng)劑摻量，以保證混合料施工性能。

2.4 施工時間

在施工特性試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，在25 ℃室溫及38 ℃的試驗(yàn)溫度下展開冷再生瀝青混合料成型后2 h內(nèi)強(qiáng)度變化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

根據(jù)表中結(jié)果，在早強(qiáng)劑摻量為12%且試驗(yàn)溫度為38 ℃時，持續(xù)放置90 min后試件強(qiáng)度衰減程度為46.8%，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計要求，同時面臨水分不足而無法壓實(shí)的問題；而在25 ℃的試驗(yàn)溫度下強(qiáng)度衰減幅度較小，基本能為混合料施工留出時間。綜上，早強(qiáng)型冷再生混合料施工必須避開高溫時間。

3 工程應(yīng)用

某公路改擴(kuò)建段輔道底基層施工中分別進(jìn)行了300 m的水泥冷再生混凝土面板破碎料試驗(yàn)以及200 m的早強(qiáng)型冷再生混凝土面板破碎料試驗(yàn)，兩種冷再生混合料均用于底基層。試驗(yàn)段路面寬12.5 m。

3.1 原材料選用

使用強(qiáng)度等級P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，并針對水泥凝結(jié)時間、強(qiáng)度、細(xì)度及安定性等展開試驗(yàn)，結(jié)果見表5。該類型水泥各項(xiàng)性能均達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

早強(qiáng)抗裂外加劑由無機(jī)纖維、有機(jī)纖維等化學(xué)物復(fù)合而成，并以MgO、CaO、Al₂O₃為主要礦物成分。

該公路段以工廠式破碎工藝取得舊路回收料，即將路面結(jié)構(gòu)破碎成小塊，回收后去除雜質(zhì)，二次破碎為相應(yīng)粒徑集料。廢舊回收料性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表6。回收料性能符合《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGT 5521—2019）。

3.2 配合比設(shè)計

為展開水穩(wěn)基層再生混合料路用性能驗(yàn)證，在該公路試驗(yàn)段鋪筑水泥穩(wěn)定廢舊回收料基層時必須進(jìn)行水泥劑量確定，并對真實(shí)施工情況展開綜合考量；在室內(nèi)優(yōu)化配合比。如果施工期間采用集中廠拌法，必須將水泥劑量提高0.5%；若需拌和粗粒土，則應(yīng)在最佳含水量的基礎(chǔ)上將實(shí)際含水量提高0.5%～1%。據(jù)此，最佳配合比應(yīng)為，粒徑10～25 mm碎石料∶粒徑5～15 mm碎石料∶石屑=35∶35∶30，水泥摻量為3.5%。壓實(shí)度按照98%控制。

3.3 施工準(zhǔn)備

施工開始前，應(yīng)全面檢查路床頂實(shí)際標(biāo)高，將雜物全部清除后灑水，保證表層處于完全濕潤狀態(tài)。此后，恢復(fù)土基面中線，并在直線段按15～20 m設(shè)置樁間距，同時在平曲線路段按10～15 m設(shè)置樁間距。

3.4 混合料拌和及運(yùn)輸

在采用廠拌法拌和時，質(zhì)檢員應(yīng)在現(xiàn)場展開實(shí)際含水量測試，以確定出適宜的加水量^[4]。混合料裝車前，應(yīng)檢查運(yùn)料車性能車況，并保證車廂內(nèi)無雜物、塵土。裝料過程應(yīng)分批次進(jìn)行，防止出現(xiàn)集料離析。裝料后應(yīng)及時覆蓋油布，起到遮蓋、保溫、防塵的作用。

3.5 攤鋪及碾壓

按照設(shè)計配比將各類原材料在拌和樓內(nèi)持續(xù)攪拌2 min制成熟料，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，由攤鋪機(jī)展開攤鋪施工。在檢查完高程及材料含水量后，使用壓路機(jī)從路肩開始順著中線持續(xù)碾壓。碾壓按照1次靜壓、5次振壓進(jìn)行，最后通過靜壓收平輪跡。水穩(wěn)碎石試驗(yàn)段松鋪系數(shù)按1.3確定，當(dāng)基層厚度不超出20 cm時應(yīng)1次鋪筑，虛鋪厚度控制在26 cm以下；當(dāng)基層厚度超出20 cm時應(yīng)分2層攤鋪，并通過試鋪試驗(yàn)，根據(jù)混合料實(shí)際情況、施工機(jī)械、施工工藝等進(jìn)行松鋪系數(shù)取值的確定。攤鋪過程中應(yīng)實(shí)時檢查路拱、橫坡等情況，并結(jié)合混合料用量，校驗(yàn)攤鋪厚度。如果與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差過大，則應(yīng)結(jié)合實(shí)際鋪筑狀態(tài)跟蹤調(diào)節(jié)。

攤鋪完成后展開碾壓，碾壓過程按照靜壓→弱振→強(qiáng)振→收面的次序展開；碾壓方向應(yīng)平行于路中線，從邊向中連續(xù)均勻碾壓。該公路試驗(yàn)段碾壓工藝見表7。具體碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)壓實(shí)度控制要求為準(zhǔn)；待強(qiáng)振結(jié)束且壓實(shí)度合格后，通過膠輪壓路機(jī)靜壓1～2遍收光。碾壓施工期間，單次輪跡應(yīng)達(dá)到1/2輪寬；碾壓過程應(yīng)從邊界向中間、由慢至急、從下坡向上坡進(jìn)行。

完成單段碾壓施工后進(jìn)行壓實(shí)度檢測，達(dá)到設(shè)計要求后通過灑水車的作用養(yǎng)生。單日實(shí)際灑水次數(shù)及灑水量根據(jù)施工規(guī)范確定，并結(jié)合氣候條件進(jìn)行調(diào)整，以時刻保持路面濕潤。持續(xù)養(yǎng)生7 d后開放交通，并限制重車通行；小型車輛限速30 km/h運(yùn)行，禁止急剎車和轉(zhuǎn)彎。

4 質(zhì)量檢測及控制效果

4.1 質(zhì)量檢測及控制

在施工前后，應(yīng)加強(qiáng)原材料質(zhì)量及用量、混合料級配變化、壓實(shí)度、碾壓厚度、用水量等的檢測，主要參數(shù)的檢測要求見表8。

混合料級配是確保混合料具備較好骨架嵌擠結(jié)構(gòu)及路用性能的關(guān)鍵。水泥混凝土面板破碎料主要由砂漿和碎石組成，在壓實(shí)施工期間，很容易出現(xiàn)碎石和砂漿分離及級配變化的情況。為此，必須加強(qiáng)早強(qiáng)型冷再生混合料級配的實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整。

用水量是確保早強(qiáng)型冷再生混合料達(dá)到設(shè)計壓實(shí)度的重要參數(shù)。水泥混凝土面板破碎料具有較大的比表面積和微裂紋，因而吸水率也較大。在進(jìn)行早強(qiáng)型冷再生混合料制備時，細(xì)集料吸收水分較多，會對水泥漿裹覆粗集料的效果及混合料工作性能、強(qiáng)度等造成不利影響。施工過程中常規(guī)采用的用水量經(jīng)驗(yàn)控制法必定會造成混合料實(shí)際用水量過大，引發(fā)彈簧現(xiàn)象^[5]。該工程主要通過計量控制確定用水量，并適當(dāng)延長早強(qiáng)型冷再生混合料拌和時間，確保漿液均勻裹覆集料；同時加強(qiáng)細(xì)集料質(zhì)量控制，取0.075 mm通過率的下限值。

4.2 施工效果

該公路維修工程早強(qiáng)型冷再生混合料按要求養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行厚度、壓實(shí)度、抗壓強(qiáng)度等的檢測，根據(jù)結(jié)果，混合料抗壓強(qiáng)度在5～5.3 MPa之間，壓實(shí)度達(dá)到98.8%，含水量8.1%，厚度均值為18.5 cm。將室內(nèi)試驗(yàn)及室外鉆芯取樣檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較看出，試驗(yàn)段舊料芯樣強(qiáng)度較高。進(jìn)一步分析看出，因試驗(yàn)段鋪筑期間室外環(huán)境溫度較高，故即使齡期一致，室外試驗(yàn)的試件也表現(xiàn)出較高強(qiáng)度。

5 結(jié)論

根據(jù)工程應(yīng)用結(jié)果，對水泥混凝土路面進(jìn)行初步破碎后，將所收集的廢料去雜、二次破碎、篩分后重新生產(chǎn)出廢舊回收料，性能完全滿足規(guī)范，具有較好的再生利用價值，對于公路路面基層及底基層均適用。破碎料按照100%摻加時混合料級配良好，按照所推薦的早強(qiáng)劑摻量、冷再生混合料配合比及水泥用量，得到的混合料最大干密度和最佳含水率分別為2.112 g/cm?和7.6%，路用性能良好。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及公路工程所在地氣候條件制定出施工方案，通過試驗(yàn)段冷再生基層混合料的試鋪施工，對所確定出的施工參數(shù)取值合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，也為冷再生水泥混凝土面板破碎料的循環(huán)利用提供了思路。試驗(yàn)段所采用的施工工藝和質(zhì)量控制方法在公路其余路段得到推廣應(yīng)用，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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收稿日期：2023-10-12

作者簡介：劉子毅（1996—），男，本科，助理工程師，研究方向：公路施工監(jiān)理。