瀝青路面水泥就地冷再生基層路用性能研究

隋嚴春侯登高

1濟南市規劃設計研究院（250101）2濟南市市政工程設計研究院（集團)有限責任公司（250000）

瀝青路面水泥就地冷再生基層路用性能研究

隋嚴春1侯登高2

1濟南市規劃設計研究院（250101）2濟南市市政工程設計研究院（集團)有限責任公司（250000）

為有效回收利用舊瀝青路面材料，保證水泥就地再生結構層的使用性能，對舊瀝青路面銑刨材料的物理力學性質進行了室內試驗分析，對水泥就地冷再生基層進行了材料組成設計，并測定其無側限抗壓強度、抗收縮性能、抗沖刷性能等。試驗結果表明：摻加水泥的舊瀝青路面材料冷再生結構層力學指標能夠滿足規范要求，并且具有良好的抗收縮裂縫與抗沖刷性能。

水泥就地冷再生；無側限抗壓強度；抗收縮性能；抗沖刷性能

0 前言

近年來，隨著我國公路事業的飛速發展，公路網日趨完善，新修公路比例逐漸減少，公路建設的重點將轉向道路改建和大修工程。傳統的道路翻修技術多采用拆除重建的方式，這在造成資源浪費的同時還將占用很多土地，破壞生態環境。水泥就地冷再生技術可以100%利用舊路材料，是一項符合我國可持續發展戰略的節能環保措施[1]。

但由于舊路銑刨料的組成不同，其所形成的冷再生材料的組成也將存在差異，若直接作為道路基層使用，須進一步對其強度及路用性能指標進行研究[2～4]，從而為冷再生路面設計提供有益的參考。

1 原材料

1.1 舊路銑刨料

舊路銑刨料為泰安市泰樓路大修工程施工現場銑刨的舊瀝青路面材料和二灰土基層材料。將取回的材料充分拌合后，用四分法取樣，分別進行壓碎值試驗及篩分試驗[5]。壓碎值試驗結果見表1。采用水篩法進行篩分試驗，測定舊路面銑刨料的顆粒級配及粗細程度，以評定其工程可行性，為其配合比設計提供原始數據，其篩分結果見表2。

表1 舊路面銑刨料壓碎值試驗結果

由表1可知,舊路銑刨料的壓碎值為23%,滿足規范[6]要求，可以對其進行再生利用。

表2 舊路面銑刨料篩分結果

根據舊瀝青路面銑刨料的篩分結果和規范[6]中的相關規定，繪制舊瀝青路面銑刨料的顆粒級配和規定級配上下限曲線，見圖1。

圖1 級配曲線圖

試驗結果表明:

1）舊瀝青路面銑刨料的顆粒級配符合規范[6]要求。

2）雖然通過0.6 mm篩孔的細料接近規范規定的級配下限，但考慮到冷再生材料用于較低等級的公路基層，重交通工具較少，完全可以滿足路面的使用性能。

1.2 水泥

水泥采用山東寧陽魯珠集團有限公司生產的PC32.5水泥，其詳細技術指標見表3。

表3 PC32.5強度等級水泥技術指標

2 水泥冷再生材料的配合比設計

不改變舊瀝青路面銑刨料的原顆粒級配，直接使用水泥對其進行穩定（水泥的摻量為3.5%、4.5%、5.5%），通過室內擊實實驗及7 d無側限抗壓強度試驗[7]確定就瀝青路面銑刨料的最佳含水率、最大干密度和水泥用量。水泥冷再生材料試驗結果見表4及圖2～圖4。

表4 水泥冷再生基層材料力學指標

圖2 水泥摻量與最佳含水率的關系

圖3 水泥摻量與最大干密度的關系

圖4 水泥摻量與無側限抗壓強度的關系

試驗結果表明:

1）水泥冷再生材料的無側限抗壓強度滿足規范[6]要求。說明該水泥冷再生材料可以直接用作泰樓路大修工程的基層。

2）由圖2及圖3可以看出，隨著水泥劑量的增加，最大干密度和最佳含水率也不斷增加。這是由于水泥劑量的增加使得水化反應所需的水不斷增加，且水泥的密度要大于混合料的密度。

3）考慮舊瀝青路面銑刨料顆粒級配情況，從圖1中分析，舊瀝青路面銑刨料的顆粒級配滿足規范要求,再結合表4中無側限抗壓強度進行綜合分析，該水泥冷再生基層采用碎0～31.5 mm（冷再生）、水泥（外摻）比例為100:4.5，最佳含水率為7.0%，最大干密度為2.15 g/cm3，7 d無側限抗壓強度值為4.60 MPa。

3 冷再生基層材料的路用性能試驗

3.1 抗干縮性能試驗

水泥穩定材料的干縮是因其內部水份的減少而引起的宏觀體積收縮。

按以上確定的配合比制備中梁試件（尺寸：100 mm×100 mm×400 mm）,同時制備相同配合比的同級配水泥穩定碎石試件，與水泥冷再生材料形成比對試驗，如圖5所示[8]。

圖5 干縮試驗

干縮試驗結果如表5所示:

表5 干縮試驗結果

由表5可以看出，水泥冷再生材料的干縮系數要比同級配水泥穩定碎石小。分析原因，主要是由于舊路銑刨料中的瀝青減少了水泥冷再生材料內部的孔隙，用水泥進行穩定后，水化產物將繼續增加，從而使得其內部孔隙繼續減少，導致混合料內部的水份不易蒸發，從而使得水泥冷再生材料具有良好的抗干縮性能。

3.2 抗溫縮性能試驗

水泥冷再生材料的溫度收縮是不同顆粒構成的固、液、氣三相在溫度降低時相互作用的結果。其溫縮裂縫可分為兩種,一是由于存在較大溫差，收縮應變超過極限拉應變而產生的開裂；二是在溫差的反復作用下形成的疲勞開裂。

成型中梁試件（尺寸:100 mm×100 mm×400 mm），同時制備相同配合比的同級配水泥穩定碎石試件，與水泥冷再生材料形成比對試驗。然后將試件放到養護箱內進行標準養生6 d，最后一天取出試件飽水24 h，將試件放入溫度為105℃的烘箱中烘10～12 h[8]。

溫縮性能試驗結果如圖6所示:

圖6 溫縮性能試驗結果

試驗結果表明:

1）當溫度低于15℃左右時，隨著溫度的降低，溫縮系數逐漸增大；高于15℃左右時，隨著溫度的升高，溫縮系數逐漸增大。由此可知，溫度過高或過低都對水泥穩定材料的抗溫縮性能不利。

2）低溫情況下，水泥冷再生材料的抗溫縮性能較水泥穩定碎石要差一些，但考慮到材料用于泰安地區，氣溫一般不會低于-10℃，所以低溫對其影響不大。

3.3 抗沖刷性能試驗

半剛性基層的水損害是導致瀝青路面早期破壞的一個主要因素，也是一直以來我國半剛性基層面臨的一個技術難題。水泥冷再生材料是作為路面基層使用的，因此對其抗沖刷性能進行研究是十分必要的。

采用MTS萬能試驗機進行抗沖刷試驗，并與相同配合比的同級配水泥穩定碎石進行比對試驗。為了能更好地研究材料的抗沖刷性能，本文分三個時間段進行試驗，且規定15 min/時段。首先對試件進行預沖刷，這樣做可以減小因試件薄弱層造成的試驗誤差。根據以往研究經驗，預沖刷時間選擇3 min[8～10]。

抗沖刷試驗結果如表6所示:

表6 抗沖刷試驗結果

通過前3 min的預沖刷排除掉最開始的不穩定因素，然后再測其沖刷量。扣除預沖刷的時間，可以發現整個時間段內的沖刷率變化不大，因此取第30 min的沖刷率作為冷再生材料的抗沖刷性能評價指標。

由試驗結果可以看出，28 d齡期水泥冷再生材料的沖刷率為1.60 g/min,與普通水泥穩定碎石相比減少了68%，可以看出，冷再生材料的抗沖刷性能非常突出。這主要是由于舊路銑刨料中瀝青包裹了部分集料，減少了混合料中的孔隙，再經水泥穩定后，隨著水化產物的增加，內部孔隙繼續減少，從而使其具有良好的抗沖刷性能。

4 結論

通過對水泥冷再生材料的力學指標和路用性能進行的大量試驗研究，可以得出以下結論:

1）水泥冷再生基層材料的力學強度完全滿足路面設計的規范要求，且早期強度較大，有利于施工。

2）水泥冷再生材料具有較好的路用性能，尤其是良好的抗收縮性能和抗沖刷性能使其作為路面基層使用更具現實意義。

參考文獻:

[1]范春嬌.瀝青路面就地冷再生技術研究[D].長安大學碩士學位論文,2008年.

[2]呂偉民,嚴家極.瀝青路面再生技術[M].北京:人民交通出版社,1989.

[3]Jiri Fiser,Michal Varaus.Cold Recycling of Pavements in the Czech Republic.In:International RILEM Conference on the Use of Recycled Materials in Building and Structures, Bagneux,2004,3～7.

[4]李再新.水泥穩定碎石混合料路用性能及指標相關性研究[D].南京:東南大學,2007.

[5]JTGE 42-2005,公路工程集料試驗規程[S].北京:人民交通出版社,2005.

[6]JTJ 034-2000,公路路面基層施工技術規范[S].人民交通出版社,2000.

[7]JTGE 51-2009,公路工程無機結合料穩定材料試驗規范[S].人民交通出版社,2009.

[8]楊泉.水泥冷再生混合料在瀝青路面大修工程中的應用研究[D].長安大學碩士論文,2011.

[9]李強,馬松林,王鵬飛,等.水泥穩定廢舊瀝青混合料路用性能試驗研究[J].公路交通科技,2004,21(5):25～28.

[10]沙愛民,胡力群.半剛性基層抗沖刷性能試驗方法研究[J].中國公路學報,2002,15(2):4～7.