水泥就地冷再生混合料再生設(shè)計(jì)優(yōu)化

路楊 馬慶偉 郭平

(1．陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075; 2．西安公路研究院，陜西 西安 710065)

水泥就地冷再生混合料再生設(shè)計(jì)優(yōu)化

路楊1馬慶偉2郭平2

(1．陜西省交通建設(shè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710075; 2．西安公路研究院，陜西 西安 710065)

通過對(duì)陜西某國道舊路面狀況評(píng)價(jià)及交通量調(diào)查，確定水泥穩(wěn)定就地冷再生的再生厚度，并在配合比設(shè)計(jì)中通過添加不同規(guī)格的新料來分析其對(duì)混合料強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：舊瀝青路面材料骨料偏少時(shí)，摻加規(guī)格為10 mm～30 mm的新料可有效提高再生混合料強(qiáng)度，且配合比設(shè)計(jì)結(jié)果可作為再生方案確定的因素之一。

水泥穩(wěn)定就地冷再生，再生厚度，配合比設(shè)計(jì)，再生方案

0 引言

1 工程概況

本試驗(yàn)段位于陜西省某國道，通過對(duì)舊路面狀況評(píng)價(jià)、交通量調(diào)查及相關(guān)材料指標(biāo)測(cè)定，得到本試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)依據(jù)，見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)

因超重超載車輛的大量存在，舊路面產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的剝落、坑槽、網(wǎng)裂和局部沉陷損壞，且該路段貨車在通行車輛中比重較大，超限超載現(xiàn)象嚴(yán)重。經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定當(dāng)再生厚度為20 cm時(shí)，該路面結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)彎沉與容許拉應(yīng)力的設(shè)計(jì)要求，因此確定再生厚度為20 cm。

2 配合比設(shè)計(jì)

2．1 換算公式

再生混合料中基層、面層以及新料所占比例既影響了再生混合料的級(jí)配組成和強(qiáng)度，也直接決定了再生厚度。本節(jié)利用換算公式確定新料的添加比例以及添加規(guī)格，其中單位面積內(nèi)不同材料質(zhì)量換算公式如式(1)所示、不同材料的質(zhì)量比換算公式如式(2)所示。

其中，Mi為不同材料在每平方厘米面積內(nèi)再生混合料中的質(zhì)量，其中i為面層、基層、新料和再生層，g;Hi為不同結(jié)構(gòu)層的厚度，其中i為面層、基層、新料和再生層，cm;ρi為不同類型混合料的毛體積密度，其中i為面層、基層、新料和再生層，g/cm3。

其中，Pi為不同材料在再生混合料中的質(zhì)量比，%;M再生層為再生層在每平方厘米面積內(nèi)的質(zhì)量，g/cm2。

按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的方法對(duì)本工程所用的面層銑刨料、基層銑刨料以及新料的毛體積相對(duì)密度進(jìn)行測(cè)定，并通過本路段相關(guān)試驗(yàn)資料及類似工程經(jīng)驗(yàn)擬定再生層的最大干密度，結(jié)果如表2所示。

表2 不同材料毛體積相對(duì)密度取值

2．2 舊銑刨料評(píng)價(jià)

舊銑刨料的試驗(yàn)結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明土樣合格。

某高速公路全線長148.592km，路面結(jié)構(gòu)為15cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+20cm水泥穩(wěn)定碎石上基層+8cm瀝青混凝土（ATB—25）+5cm改性瀝青混凝土（AC16）。前期基層施工過程中，發(fā)現(xiàn)存在平整度不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，且施工進(jìn)度緩慢，經(jīng)研究決定，該高速公路后續(xù)基層工程擬用超后寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)。

表3 二灰穩(wěn)定土液塑限測(cè)定 %

本著節(jié)約資源、充分利用舊料的原則，在保證下承層不小于12 cm的前提下，擬將面層7 cm全部銑刨，基層銑刨13 cm，可見舊銑刨料的銑刨厚度為20 cm，可滿足設(shè)計(jì)中對(duì)再生厚度的要求(注：如銑刨厚度不滿足再生厚度要求則跳過此步驟，直接進(jìn)行添加新料的配合比設(shè)計(jì))，因此首先對(duì)舊銑刨料進(jìn)行級(jí)配合成，看其合成級(jí)配能否滿足再生級(jí)配要求。

根據(jù)計(jì)算得出的銑刨料比例對(duì)銑刨料進(jìn)行級(jí)配合成，合成級(jí)配表如表4所示。

由表4可看出，舊銑刨料中粗集料過少，應(yīng)采取添加新骨料的方式來增加骨料比例。因此決定分別添加10 mm～20 mm和10 mm～30 mm的新料，對(duì)比分析不同規(guī)格的新料對(duì)混合料強(qiáng)度的影響，以確定添加新料的規(guī)格。

2．3 配合比設(shè)計(jì)

1)添加水泥+10 mm～20 mm新料。

經(jīng)出于節(jié)省新料的考慮，先擬定再生厚度增加至22 cm。經(jīng)式(1)，式(2)計(jì)算可知，P基層=60%，P面層=38%，P新料=2%。此再生方案反映在級(jí)配組成上，如表5所示。

表4 銑刨瀝青面層和基層混合料合成比例

表5 舊路面混合料水泥冷再生合成比例(一)

由表6可知，添加2%的10 mm～20 mm新料后，再生料合成級(jí)配有所改善，但4．75 mm以上集料含量為62．7%，骨料含量偏少，說明還需添加新骨料。

將再生厚度增加至24 cm，經(jīng)式(1)，式(2)計(jì)算可知，P基層= 55%，P面層=35%，P新料=10%。此再生方案反映在級(jí)配組成上，如表6所示。

表6 舊路面混合料水泥冷再生合成比例(二)

7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(一)

根據(jù)表7規(guī)定要求7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2．5 MPa，而室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，結(jié)果表明舊料經(jīng)銑刨破碎后粗料少，添加10%的10 mm～20 mm新料不足以改善級(jí)配，不能滿足強(qiáng)度要求。

2)添加水泥+石灰+10 mm～20 mm新料。

根據(jù)第一組試驗(yàn)情況，基于該段基層是二灰土基層的考慮，第二組試驗(yàn)通過添加石灰以提高再生混合料的強(qiáng)度，其中級(jí)配同第一組試驗(yàn)。

7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(二)

根據(jù)規(guī)定要求7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2．5 MPa，而室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明本級(jí)配也不滿足要求。

3)添加水泥+10 mm～30 mm的新料。

第三組試驗(yàn)采用10 mm～30 mm的新料來改善基層灰土，以便提高其強(qiáng)度。級(jí)配同第一組試驗(yàn)。經(jīng)式(1)，式(2)計(jì)算可知，P基層=55%，P面層=35%，P新料=10%。此再生方案反映在級(jí)配組成上如表9所示。

7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表10所示。

根據(jù)規(guī)定要求7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2．5 MPa，而室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果為3．103 MPa，達(dá)到規(guī)定要求，說明添加10 mm～30 mm后對(duì)強(qiáng)度提高顯著。

根據(jù)式(1)可得，M再生層=H再生層×ρ再生層=24×2=48 g，再由式(2)推導(dǎo)得 M10mm～30mm=P10mm～30mm×M再生層=4．8 g，進(jìn)而得出H10mm～30mm=M10mm～30mm/ρ10mm～30mm=4．8/1．523=3．15 cm≈3 cm。

3 結(jié)語

通過本次試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：

1)對(duì)于舊瀝青路面材料骨料偏少的情況，通過摻加10%偏大粒徑的新骨料，可有效提高混合料的強(qiáng)度，并且可以合理的利用舊路面材料。

2)根據(jù)室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)研究得出，在5%水泥用量下，面層∶基層∶10 mm～30 mm添加新料=35∶55∶10時(shí)，再生混合料的合成級(jí)配較好，再生混合料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，且能最大程度利用廢舊料，可應(yīng)用于工程實(shí)踐。

表9 舊路面混合料水泥冷再生合成比例(三)

表10 7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(三)

3)根據(jù)本路段路面結(jié)構(gòu)狀況，建議本路段的施工方案為：銑刨原路面的7 cm瀝青面層和13 cm基層，在原路面上松鋪3 cm厚10 mm～30 mm碎石新料，采用5%的水泥用量進(jìn)行水泥穩(wěn)定就地冷再生。該施工方案可供其他工程借鑒。

［1］呂偉民，嚴(yán)家汲．瀝青路面再生技術(shù)［M］．北京：人民交通出版社，1989．

［2］舒 森，郭 平，朱 鈺，等．陜西省舊瀝青路面水泥穩(wěn)定就地冷再生基層施工技術(shù)指南［M］．北京：人民交通出版社，2010．

［3］劉嘉棚，張賢康．瀝青路面舊料再生利用技術(shù)研究［J］．云南公路科技，1995(3)：27-28．

［4］李 龍．瀝青混合料再生利用研究［D］．西安：長安大學(xué)，2003．

［5］鐘 江，熊保恒．就地冷再生技術(shù)在中國的應(yīng)用［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2000(3)：43-44．

On recycling design optimization of cement stabilized cold-in-place recycling mixture

LU Yang1MA Qing-wei2GUO Ping2

(1．Shannxi Communication Construction Group Company，Xi’an 710075，China; 2．Xi’an Road Research Institute，Xi’an 710065，China)

According to the evaluation on old roads on some National Line and the investigation on the traffic volume in Shannxi，the paper identifies the cement stabilized cold-in-place recycling thickness，analyze its influence on the mixture strength based on the new materials with various specifications in the design of the proportional mix，and proves by the result that the new materials with the mixing specification of 10 mm ～30 mm can enhance the recycling mixture’s strength effectively when the aggregate of the old asphalt roadbed materials is smaller，so the result for the proportion mixing ratio is one of the factors for the recycling schemes．

cement stabilized cold-in-place recycling，recycling thickness，design of proportional ratio，recycling scheme

U416．2

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.13.082

1009-6825(2014)13-0147-03

2014-02-26

路 楊(1976-)，男，高級(jí)工程師; 馬慶偉(1984-)，男，碩士，工程師; 郭 平(1980-)，男，高級(jí)工程師