水泥穩定再生基層混合料設計及性能研究

長應海

（甘肅省臨夏公路管理局，甘肅 臨夏 731100）

水泥穩定再生基層混合料設計及性能研究

長應海

（甘肅省臨夏公路管理局，甘肅 臨夏 731100）

為實現瀝青路面材料再生循環利用，提高道路修筑質量，對廢舊瀝青路面材料作為道路基層進行了配合比設計及路用性能研究。提出了原材料技術要求，參照半剛性基層路面設計方法，進行了水泥穩定再生基層混合料設計，并對其路用性能進行了研究。結果表明：回收瀝青路面材料應滿足一定技術要求才能用于水泥穩定再生基層；應嚴格按照配合比設計方法進行混合料設計；設計的水泥穩定再生基層可應用于道路修建。

瀝青路面材料；水泥穩定再生基層；配合比設計；路用性能

0　引言

隨著公路交通的快速發展，國、省干線公路網逐步形成，新建公路的比重逐年減少，改建、大修工程比例不斷擴大。目前我國僅干線公路大中修工程中，每年產生的瀝青路面廢舊材料高達1.6億t，水泥路面廢舊材料高達3 000萬t，但路面材料循環利用率尚不到30%［1］。“十二五”公路養護管理發展綱要要求廢舊路面循環利用率達到40%，國、省道廢舊路面循環利用率達到70%，故路面材料循環利用尤為必要［2］。

目前，道路建設存在建設資金短缺、廢舊料堆放及污染等問題，如果采用冷再生技術，將瀝青面層和基層舊料再生利用到道路建設中去，不僅可以節約大量筑路材料，充分利用舊路材料，還有利于節約能源，避免環境污染，降低工程造價。而且，高等級公路路面材料一般都選用了優質的玄武巖，把這種舊瀝青路面材料用在道路建設中能夠很好地提高路面結構強度［3］。

水泥穩定冷再生基層是采用舊瀝青路面面層或基層材料，摻加一定的水泥、新集料（需要時），水拌和后攤鋪并進行碾壓養生后達到一定路用性能要求的一種路面基層或底基層結構。設計時應采用設計與施工緊密結合的半剛性基層設計理論，設計內容包括舊路混合料分析、配合比設計、設計參數確定、厚度計算等，在進行路面結構技術經濟綜合評價的基礎上提出設計方案。本文結合一級公路瀝青路面廢舊材料應用于道路再生基層進行研究，為廢舊材料循環利用提供科學依舊。

1　試驗原材料

1.1回收瀝青路面材料（RAP）

回收的RAP粒徑規格基本一致，沒有大的團塊［4］。經檢測RAP料和新集料各項指標均能滿足相關技術要求。圖1為回收瀝青路面材料（RAP）。

圖1　回收瀝青路面材料（RAP）

1.2填料及水

普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥都可以用于路面基層施工，禁止使用因外界影響而變質的水泥［5］。宜采用強度等級為32.5以上的水泥；水泥各齡期強度、安定性等應達到相應指標要求；要求水泥初凝時間3 h以上、終凝時間不小于6 h。

混合料拌制應采用可飲用水。

2　配合比設計流程

水泥穩定再生基層配合比設計方法參照半剛性基層的配合比設計方法［6］。

2.1確定新集料的添加比例及級配

提取出RAP中的瀝青，對RAP集料進行篩分，根據集料的篩分試驗結果確定其級配。是否需要添加新料取決于用上述方法確定的舊集料的級配。

大部分冷再生施工都不需要添加新集料，而且是否添加新集料也不僅僅取決于回收的舊料的級配，因為在冷銑刨時細集料會被壓聚成帶棱角的粗集料，而且這些粗料不會被交通車輛碾碎。僅當舊料中瀝青過多或希望提高混合料的結構強度時，可添加新集料。此外，許多路面使用的是當地產的劣質集料，若要使新路面強度達到設計要求，必須增加新集料和破碎石料以提高其結構強度。

2.2確定最佳含水量和最大干密度

首先確定不同水泥添加量，選擇不同的外加水量拌和后擊實，根據擊實試驗，確定不同水泥用量時的最大干密度和最佳含水量，用以評價試件的壓實度并作為施工質量控制的參數。

根據最佳含水量和計算的干密度制備試件，進行無側限抗壓強度試驗時，作為平行試驗的最少試件數量應不小于表1規定的個數。如試驗結果的偏差系數大于表1中規定的值，則應重做試驗。如不能降低偏差系數，則應增加試件數量。

表1　水泥穩定冷再生基層強度試驗試件數量

水泥穩定再生基層的強度要求同于水泥穩定碎石，見表2。

表2　水泥穩定再生基層強度標準

3　配合比設計

3.1集料級配確定

RAP必須進行粗細料的級配分析。在冷再生混合料設計中主要將回收顆粒作為“黑色碎石”（或集料）來對待。根據對銑刨料的篩分結果及級配要求，添加了一部分新集料，以3%水泥添加量為例，混合料級配見表3。

表3　水泥穩定再生混合料級配

3.2擊實試驗確定最佳用水量和最大干密度

銑刨料∶新料∶水泥=75∶22∶3時的干密度與含水量關系見表4，關系曲線見圖2，水泥用量為3%時最佳含水量為6.5%，最大干密度為2.120 g/cm3。

表4　水泥用量3%時再生基層含水量與干密度關系表

圖2　水泥用量3%時再生基層含水量與干密度關系曲線

銑刨料∶新料∶水泥=74∶22∶4時的干密度與含水量關系見表 5，關系曲線見圖3，水泥用量為4%時最佳含水量為6.8%，最大干密度為2.142 g/cm3。

銑刨料∶新料∶水泥=73∶22∶5時的干密度與含水量關系見表6，關系曲線見圖4，水泥用量為5%時最佳含水量為7.0%，最大干密度為2.174 g/cm3。

表5　水泥用量4%時再生基層含水量與干密度關系表

圖3　水泥用量4%時再生基層含水量與干密度關系曲線

表6　水泥用量5%時再生基層含水量與干密度關系表

圖4　水泥用量5%時再生基層含水量與干密度關系曲線

根據不同水泥摻量匯總其最佳含水量與最大干密度的關系見表7，關系曲線見圖5。

表7　水泥穩定再生基層最佳含水量與最大干密度匯總表

圖5　水泥穩定再生基層最佳含水量與最大干密度曲線

4　水泥穩定再生基層混合料路用性能試驗研究

4.1水泥摻量對混合料強度影響

不同水泥劑量時，水泥穩定再生混合料的7 d無側限抗壓強度變化情況如圖6所示。從圖6可以看出，隨著水泥摻量增加，再生混合料強度逐漸提高。并且在常用水泥用量范圍內（4%左右），混合料的抗壓強度能夠達到農村公路基層7 d抗壓強度的要求。

圖6　不同水泥摻量的穩定再生混合料無側限抗壓強度

4.2齡期對混合料強度影響

抗壓回彈模量和劈裂強度是進行路面結構厚度設計和力學計算的重要參數，混合料抗水損性能也是試驗需要考慮的重要因素，通過研究抗壓強度與劈裂強度、回彈模量間的變化規律，掌握參數之間的換算關系，從而縮短試驗周期，獲得與現場一致的設計參數。為此，不同配比的混合料進行各齡期抗壓強度、15℃劈裂強度、回彈模量、凍融劈裂強度比試驗，試驗結果見表8。

表8　不同齡期水泥穩定再生混合料強度

通過分析表8數據可以得知，隨著齡期的增加，水泥穩定再生混合料強度、模量和抗水損性能都逐漸增加，如果室內試驗采用7 d的數據結果，根據表中數據可以推算出28 d、90 d的抗壓強度、劈裂強度及回彈模量。

4.3溫度對混合料強度的影響

含有舊瀝青的水泥穩定再生混合料性能既不同于瀝青混合料，也不同于半剛性基層材料，而是一種兼有瀝青和水泥特征的復合有機水硬性材料。3.2節分析了齡期對混合料強度的影響，此節考慮到瀝青的溫度敏感性，為了掌握再生混合料的強度隨使用溫度的變化，分別對7 d齡期的水泥穩定再生混合料在不同溫度（20℃、30℃、40℃、50℃和60℃）下進行抗壓強度試驗，試驗結果如圖7所示。由圖7可以看出，隨著測試溫度的升高，水泥穩定再生混合料強度將有不同程度的降低，說明水泥穩定再生混合料中的瀝青發揮了作用，表現出柔性特征。

圖7　不同試驗溫度時混合料抗壓強度

5　結語

通過對水泥穩定再生混合料室內配合比設計及路用性能的研究，得出如下主要結論：

（1）水泥溫度再生混合料設計時應先確定舊料的性能，采用最大干密度和最佳含水量確定最佳水泥用量及水用量。

（2）設計的水泥穩定再生基層材料路用性能滿足道路基層技術要求。隨著水泥摻量加大，水泥穩定再生混合料的強度也隨之增大，采用4%的水泥摻量即可滿足相關技術要求。

（3）隨著齡期的增加水泥穩定再生料抗壓強度、抗拉強度、模量、抗水損性能均有不同程度提高，可根據7 d齡期試件強度推算出混合料是否滿足設計要求。

（4）隨著測試溫度的升高，水泥穩定再生混合料的強度有所下降，再生混合料表現出剛柔并濟的復合有機水硬性材料特征。

［1］楊風英，陳文鋒.水泥穩定再生混合料路用性能試驗研究［J］.公路工程，2011（1）:127-133.

［2］楊君宇，孫秉華.水泥穩定冷再生基層的實踐應用［J］.青海交通科技，2011（3）:45-48.

［3］趙亞蘭.水泥穩定再生碎石路用性能研究［J］.公路與汽運，2013（5）:166-170.

［4］張建暉，尹健，凌華.水泥穩定再生骨料混合料力學性能研究［J］.城市道橋與防洪，2009（8）:194-197，260.

［5］劉濤.水泥冷再生基層技術研究［D］.重慶：重慶大學，2011.

［6］JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術規范［S］.

U414

A

1009-7716（2016）06-0288-04

2016-02-22

長應海（1969-），男，甘肅臨夏人，高級工程師，從事道路施工與管理工作。