水穩基層重復再生混合料干縮性能試驗研究★

高正全 吳雪柳 黃 磊

(1.重慶市合川區公路局，重慶 401520;2.重慶市智翔鋪道技術工程有限公司，重慶 401336)

0 引言

隨著我國公路建設事業的發展，公路養護維修漸近高潮，路基路面再生技術已成為熱點研究與應用領域[1]。自20世紀90年代開始新建的大量再生路面已接近其使用壽命，能否對再生路面進行二次乃至多次再生，已成為現今研究的新方向及難點。而對于水穩基層混合料而言，大量實踐運用表明，其混合料受到溫度影響導致水分蒸發以及其內部水化作用而產生干縮，并最終引起收縮裂縫的產生而降低道路質量[2]，即干縮開裂是水穩基層的主要破壞形式。因此，了解干縮性能在多次再生中的變化趨勢，并找出有效措施，是實現水穩基層重復再生的關鍵因素。因此，針對上述問題，本文將從水穩基層干縮裂縫的機理著手，研究水泥穩定碎石基層在多次再生利用過程中混合料的干縮性能變化特點并探尋解決辦法。

1 原材料

1)水泥:本文選用貴州奇峰工貿有限責任公司生產的貴遵牌32.5號復合硅酸鹽水泥，3 d抗壓強度為21.5 MPa，28 d抗壓強度為 40.0 MPa。

2)集料:本論文的新集料為石灰巖石料，分為0 mm～5 mm，5 mm～10 mm，10 mm～20 mm三檔;本文多次再生用集料為前一次試驗后試件的破碎廢舊料。

2 重復再生混合料配合比設計

根據JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范中半剛性基層集料級配的要求，以及按照JTG E51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中T 0804-1994擊實試驗方法，通過試驗計算得出多次再生混合料的最佳級配如表1所示，混合料的最大干密度及最佳含水量如表2所示。

表1 多次再生中路面舊料級配變化表

從表1中可以看出，路面舊料隨著再生次數的增加，在4.75 mm及以下的通過率明顯增大，整體細化趨勢明顯。這種現象使得路面舊料的級配更加連續，符合基層的設計要求。

表2 多次再生中混合料擊實試驗結果表

從表2中可以看出，混合料的最大干密度和最佳含水量均隨著再生次數的增加呈現增大趨勢。分析發現，原材料表面裹覆的水泥漿體隨著再生次數的增加而增厚，增加的水泥漿體導致其水化反應所需用水量也逐漸增加，從而引起最佳含水率上升;而另一方面，集料的細化增加了集料間的比表面積，細化的集料也逐漸填充于混合料的骨架空隙當中，導致混合料的最大干密度隨之增大。

3 重復再生混合料干縮性能衰變規律

本次干縮試驗衰變規律研究，采用φ100 mm×100 mm的圓柱形中號試件。按照規程T 0804-1994確定混合料的最佳含水量和最大干密度;然后參照規程T 0843-2009的方法制備試件;再按照規程T 0845-2009的標準養生方法進行養生，齡期為7 d(6 d標準養生，1 d飽水養生);最后安裝干縮試驗裝置(如圖1所示)，將收縮儀連同試件一起放入干縮室，使試件在室內平均溫度20℃的試驗臺上自然干燥，并在每個齡期里通過千分表數值的變化測定試件的收縮變形值，以及測定備用試件在相同自然環境下的平均水分蒸發損失量。在干縮觀測結束后，將標準試件放到烘箱內烘干至恒重mp。試驗結果如圖2，圖3所示。

圖1 干縮試驗實情圖

圖2 多次再生混合料不同齡期累計失水量

圖3 多次再生混合料不同齡期累計干縮量

從圖2，圖3中可以看出，混合料的累計失水量及累計干縮量均隨著齡期的增大而增大，且前期增長速率較大，后期增長的較慢直至保持不變。另外，同齡期下，混合料的累計失水量隨著再生次數的增加而呈現增長趨勢，且增長率也呈現前期大后期小直至穩定無變化的規律。

根據式(1)～式(4)對上述試驗結果進行分析，計算得出不同齡期的失水率、干縮應變及干縮系數，詳細變化情況見圖4～圖6，以來探究混合料的干縮性能。

圖4 多次再生混合料不同齡期失水率

失水率:

干縮量:

干縮應變:

圖5 多次再生混合料不同齡期干縮應變

圖6 多次再生混合料不同齡期干縮系數

干縮系數:

由圖3～圖5可以看出，多次再生混合料的失水率、干縮應變以及干縮系數均隨齡期的增長而呈現增長趨勢;且增長趨勢隨著齡期的增大而趨于平緩，直至穩定為零。整體上，失水率、干縮應變以及干縮系數的增長，前3天的增長量較大，7 d后變化已不明顯，14 d后趨于穩定。另外，同齡期的各個再生級別混合料的失水率、干縮應變以及干縮系數均隨著再生次數的增加而出現了增大趨勢，且三種評價指標的穩定不變值也呈現滯后現象。

分析得出上述趨勢的主要原因在于兩點。一方面，在多次再生過程中，路面舊料已裹覆有少量未完全水化的水泥漿體，這種水泥漿體會繼續發生水化作用，從而引起混合料收縮應力增大，最終使得混合料的干縮呈現增大趨勢。另一方面，混合料所用的原材料集料隨著再生次數的增加呈現細化趨勢，集料細化也會引起混合料的干縮增長。這種干縮性能的增長趨勢極易引起混合料的干縮開裂，最終導致混合料結構破壞而降低混合料的路用性能。因此，在重復再生過程中應重視延緩混合料干縮性能的衰變趨勢，防止由于干縮所引起的收縮裂縫、結構破壞等問題。

圖7 混合料失水量隨齡期的變化關系圖

圖8 混合料干縮量隨齡期的變化關系圖

4 采取改善措施后收縮性能的變化規律

對多次再生水穩基層混合料采取減小水泥用量、外摻聚丙烯纖維和膨脹劑后，進行干縮試驗，得到多次再生混合料的累計失水量、累計干縮量同齡期的變化關系表，結合第3節中的結果繪制采取改善措施前后多次再生混合料的累計失水量、累計干縮量隨齡期的變化曲線，如圖7，圖8所示。

表3 基準與改善后各類混合料失水量與干縮量比較表

分析圖7及圖8，對比前7天混合料累計失水量及累計干縮量的增長曲線斜率，發現采取改善措施后，混合料的干縮速率明顯減慢。另外從圖中看出，采取改善措施后，雖然混合料的累計失水量及累計干縮量的增長趨勢沒有變化，但從圖中及表3中可以得出，混合料的累計失水量及累計干縮量明顯較同齡期未采取改善措施的基準再生混合料的值大幅降低。

由圖7及圖8結果，根據相關關系式計算得出多次再生混合料的失水率、干縮應變、干縮系數，并繪制多次再生混合料的累計失水率、累計干縮應變累計干縮系數隨齡期的變化曲線，如圖9～圖11所示。

圖9 混合料失水率隨齡期的變化關系圖

圖10 混合料干縮應變隨齡期的變化關系圖

由圖9～圖11可以看出，采取改善措施后，多次再生混合料的失水率、干縮應變及干縮系數仍舊隨著齡期的增長呈增大趨勢，但較基準混合料指標而言，其增大趨勢較為緩和。另一方面，從圖9～圖11以及表4中可以發現，相同齡期相同再生周期下，改善后的混合料失水率、干縮應變及干縮系數均較基準的有所降低。以上現象均說明，采取少水泥用量及摻加外摻材料(膨脹劑及聚丙烯纖維)的措施能夠有效緩解水泥穩定碎石基層在重復再生利用過程中混合料的干燥收縮，降低混合料的收縮開裂，有效增強混合料在實際工程中的使用價值。

圖11 混合料干縮系數隨齡期的變化關系圖

表4 基準與改善后各類混合料失水率、干縮應變及干縮系數比較表

5 結語

通過本次試驗及研究分析得出以下結論:

1)水穩基層在重復再生過程中，集料呈細化趨勢，且集料表面覆蓋水泥漿體會隨著再生次數的增加而增厚，上述這種趨勢易引起混合料干縮加劇，降低混合料的使用性能。

2)水穩基層在重復再生過程中，由于水泥漿體裹覆集料表面及集料呈細化趨勢，引起混合料的最大干密度及最佳含水量均隨著再生次數的增加而呈現增大趨勢。

3)水穩基層在重復再生過程中，混合料的失水率、干縮應變和干縮系數均會隨著養生齡期的增長而呈現增大趨勢，且隨著再生次數的增加，混合料的干縮也會呈現增長趨勢。

4)采取減小水泥用量、外摻聚丙烯纖維和膨脹劑能夠有效緩解水穩基層重復再生混合料干縮性能的衰變趨勢，降低因干縮而導致的混合料開裂問題，延長再生混合料的重復利用率。

5)水穩基層具有重復再生的使用價值和利用潛能。

[1] 趙 蕾.半柔性高強基層冷再生技術試驗及工程應用[J].交通科技，2006，214(1):68-70.

[2] 張善士.水泥穩定碎石干縮特性的分析[J].交通世界，2008，13(7):126-127.

[3] JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[4] JTG E51-2009，公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].

[5] 陳俊志，楊年順，林旭霞.水穩類基層干縮開裂的原因及預防措施[J].山西建筑，2007，33(1):269-270.