水泥冷再生技術在公路維修中的應用

楊貴明

（河北樂亭縣交通運輸局，河北 樂亭 063600）

1 工程簡介

海濱大道北段一期高速公路起點為天津市蟶頭沽，途經航母公園、蔡家堡，終點是河北省澗河。它位于天津市東部，是環渤海地區沿海高速公路的重要組成部分。公路全長27.36km，采用高速公路標準設計。路面為雙向6車道，設計時速120km/h。

本次維修部分，北起河北省澗河收費站，南至天津市永定新河收費站。在維修工程中應用了水泥穩定冷再生技術。

2 補強維修方案

對瀝青層、水穩層和二灰碎石層進行維修，路面不增高。將舊路銑铇51cm，對槽底局部破損位置進行挖補處理，用水泥廠拌再生水穩料進行回填，然后在槽底鋪設土工布，再自上而下做18cm水泥廠拌冷再生水穩上基層（4.0MPa）+18cm水泥廠拌冷再生水穩下基層（3.5MPa），并噴灑透層油進行養生；待養生完畢后，再做改性瀝青+熱拌碎石下封層，然后鋪筑8cm普通瀝青混凝土AC—25+7cm改性瀝青混凝土AC—20。瀝青層間及立岔處要噴灑粘層油，中面層瀝青采用SBS改性瀝青，底面層瀝青采用AH—70瀝青，石料為石灰巖。結構示意圖如圖1所示。

圖1 結構示意圖

3 水泥冷再生基本原理

水泥冷再生技術是指將原路的水泥穩定碎石銑刨，經加工后進行再利用，加入部分新骨料或細集料，并按一定比例加入一定量的水泥和適量的水，在自然環境溫度下連續完成舊路面的銑刨、破碎、添加、拌合、攤鋪及壓實成型，重新形成基層或底基層的一種工藝方法。

4 配合比設計

4.1 原材料

水泥采用32.5礦渣水泥，其主要指標滿足水泥相關技術文件要求。集料選取規格均勻，壓碎值滿足《公路路面基層施工技術規范》技術要求的石灰巖。

4.2 礦料級配

依據施工設計條文中給出的銑刨料指導用量并結合現場材料的篩分結果，在滿足配合比設計要求的基礎上，最大限度地使用回收料，并摻加部分新料，對水泥穩定冷再生混合料進行配合比設計。水泥穩定冷再生混合料（包括銑刨料和添加的新料）級配設計計算結果見表1。

表1 級配設計計算結果

4.3 混合料最佳含水量、最大干密度的確定

為更好地模擬現場壓實，且充分發揮骨架密實結構的力學優勢，混合料設計采用振動擊實的設計方法，并以重型擊實作為對比。重型擊實和振動擊實確定的混合料最佳含水量、最大干密度結果見表2。

表2 混合料最佳含水量、最大干密度結果

4.4 7d無側限抗壓強度試驗

以振動擊實試驗結果為基礎，按98%壓實度分別計算不同水泥劑量的試件在最佳含水量條件下應有的干密度。按最佳含水量和計算得到的干密度分別用振動壓實和靜壓成型制備試件，尺寸為φ15cm×15cm。按標準試驗方法進行試件的無側限抗壓強度試驗，結果如表3所示。

表3 無側限抗壓強度試驗結果

4.5 確定配合比

比較95%保證率的值和設計強度值，水泥劑量取4.0%、4.5%時，靜壓成型和振動成型試件95%保證率的值均大于基層設計強度值4.0MPa。

從工程經濟性和現場拌合、施工工藝考慮，路面基層水泥穩定碎石再生混合料的水泥劑量確定為水泥∶再生混合料=4.0∶100。水泥穩定冷再生混合料的配合比設計結果見表4。

表4 混合料的配合比設計

5 廠拌水泥穩定冷再生施工質量控制

水泥穩定冷再生的施工工序與水穩碎石基本相同，主要分為前場和后場：前場，即現場施工和施工后的養生；后場，即拌合站生產和生產過程中的質量控制。

5.1 拌合站質量控制

對于水泥冷再生技術，拌合站生產過程中主要施工工序及控制原則包括以下幾點。5.1.1 原材料檢測

首先是集料檢測，由專人在水穩拌合站進行，須確保進場原材料滿足技術規范要求，對不滿足技術要求的石料禁止進入料場。其次是水泥檢測。水泥宜采用32.5級的普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥，水泥初凝時間須不少于3h，且終凝時間須不少于6h。不得使用快硬、早強水泥以及受潮結塊變質的水泥。水泥細度、標準稠度、凝結時間和體積安定性等各項指標均應滿足要求。

5.1.2 級配檢查

為防止集料變異對級配的影響，每日開盤前，在拌合機傳送皮帶取料，進行關鍵篩孔的篩分，做好級配控制，若波動較大，要及時調整各檔集料的比例以保證施工質量。

5.1.3 水泥劑量檢查

水泥冷再生混合料生產時水泥劑量比設計水泥劑量高0.5%～1.0%，以保證水穩的強度，切忌為追求取芯而盲目多加水泥，防止水泥冷再生混合料基層的干縮裂縫的產生。

5.1.4 含水量控制

拌合站根據運輸距離及天氣情況進行水量的控制，同時加強與前場的聯系溝通，適時調整混合料的含水量。

5.2 施工工藝

施工現場質量控制主要通過施工工藝實現，包括以下幾點。

5.2.1 攤鋪

水泥冷再生混合料施工前對下承層進行徹底清掃，清除各類雜物及散落材料；為防止被污染，應使其表面清潔，并適當灑水濕潤，有條件者可撒一層水泥漿以便各層良好地粘結；及時檢測高程、厚度和平整度，以保證攤鋪滿足施工技術要求；確定攤鋪速度和松鋪系數，并與后場加強聯系，控制待料車輛；為防止離析，可在攤鋪機前擋板加帶橡皮條。

5.2.2 碾壓

采用壓路機對水穩冷再生混合料進行壓實，其中膠輪壓路機自重不小于26t，數量不少于2臺；單鋼輪振動壓路機自重不小于20t，數量不少于3臺。碾壓水泥穩定碎石時應先穩壓一遍，然后采用振動壓路機進行振動壓實，最后用膠輪壓路機碾壓，以達到要求的壓實度，并保證表面無輪跡（碾壓遍數和方法由試驗段來確定）。壓路機的起步和制動應做到慢速起動，慢速剎車。嚴禁在已完成或正在碾壓的路段上停頓、調頭、急剎車或急轉彎。壓路機每次由兩端折回的位置呈階梯形，隨攤鋪機向前推進，使折回處不在同一橫斷面上，最好呈45°斜角。

以振動擊實試驗確定的最大干密度作為標準密度評定壓實度，用灌砂法測定不同碾壓遍數后基層的壓實度。碾壓遍數與壓實度關系見圖2。

圖2 水泥穩定碎石壓實度與碾壓遍數關系曲線

5.3 養生

在檢測壓實度合格以后及時對水泥冷再生混合料成品進行養生。養生采用土工布完全覆蓋的方式，并噴灑一定量的水。在養生期間（一般為7d）使土工布保持潮濕，但應注意避免灑水過多破壞基層。養生期間應封鎖交通，以防車輛碾壓和污染。

6 施工質量監控

6.1 水泥劑量

水泥劑量是影響混合料強度等路用性能的關鍵：水泥劑量過低，則基層無法形成板體，無法取出完整芯樣；水泥劑量過高，基層強度大，但易出現裂縫，進而影響路面結構性能。因此，應保證混合料水泥劑量精確且穩定，其值應接近施工控制值。施工過程中水泥劑量的檢測結果見表5。

表5 水泥劑量統計結果

檢測結果表明，水泥劑量控制相對穩定，能夠滿足施工及設計要求。

6.2 含水量

水泥碎石含水量的大小關系到現場攤鋪和碾壓效果。因此，水泥碎石現場含水量應接近或略大于振動擊實確定的最佳含水量，不宜過大或過小。含水量控制采用實驗室定期檢測與施工現場檢測雙控的方法。施工過程中含水量的檢測結果見表6。

表6 含水量統計結果

檢測結果表明，含水量控制相對穩定，能夠滿足施工及設計要求。

6.3 級配控制

由于銑刨料的級配變異性較大，可能會造成水泥冷再生混合料級配穩定性較差，因此應加強混合料級配的控制，定期對銑刨料進行篩分，根據變化情況，及時做出調整，保證混合料的生產質量。施工過程中混合料篩分結果見表7。

表7 級配統計結果

檢測結果表明，混合料級配控制相對穩定，可以通過及時地檢測、調整，得到有效的控制，滿足施工及設計要求。

6.4 現場壓實度

壓實度是保證路面基層形成強度的重要因素，因此，加強現場壓實度的檢測并加大檢測頻率是保證施工質量的有效方法。施工過程中壓實度檢測結果見表8。

表8 壓實度統計結果

檢測結果表明，壓實度能夠滿足施工要求，現場的施工碾壓工藝能夠達到很好的壓實效果。

7 結語

試驗研究表明，水穩冷再生混合料可以通過合理的配合比設計達到良好的路用性能，能夠用于公路維修改造中路面基層的施工。

水泥冷再生技術的應用大大減少了新材料的用量，不但節省了砂石料資源，同時節約了因開采砂石料和廢棄舊料占用的大量土地資源，減少了對周邊環境的污染。與傳統的施工方法相比，冷再生技術可使舊路的道路材料得以充分利用。因此，水泥冷再生技術的發展具有很好的社會效益、經濟效益和環保效益。

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