基于水泥添加劑的全深式就地冷再生力學性能研究

楊萬紅

[摘要]首先通過就地冷再生機WR2500S進行現(xiàn)場銑刨取樣，然后進行室內(nèi)廢舊混合料配合比設計；根據(jù)擊實試驗，確定最大干密度以及最佳含水量；根據(jù)最佳含水量以及最大干密度成型試件后進行養(yǎng)護；然后測試試件無側(cè)限抗壓強度以及劈裂強度。試驗結(jié)果表明：以水泥為添加劑的全深式就地冷再生無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度均滿足規(guī)范對高速公路基層的強度要求，隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度也相應的增加：冷再生混合料銑刨篩分后其通過率滿足規(guī)范要求且無側(cè)限抗壓強度符合水泥穩(wěn)定類材料作為底基層及二級公路基層的要求后可不進行新骨料的添加。

[關(guān)鍵詞]水泥：添加劑：無側(cè)限：全深式：就地冷再生

0引言

瀝青路面廢舊料再生利用技術(shù)是將原有的舊瀝青路面以及部分基層經(jīng)過銑刨、破碎、拌和、攤鋪以及碾壓而形成滿足一定的路用性能的一整套施工工藝。瀝青路面廢舊料再生利用技術(shù)主要分為熱再生和冷再生兩大類，其中熱再生又分為廠拌熱再生和就地熱再生，冷再生又分為廠拌冷再生和就地冷再生，其中就地冷再生根據(jù)再生厚度以及再生結(jié)構(gòu)層的不同又可分為瀝青層就地冷再生和全深式就地冷再生。在冷再生廢舊混合料中水泥是一種比較常用的添加劑，其作用主要表現(xiàn)在兩個方面：改變廢舊混合料中土的塑性，使其隨著齡期的增長，塑性指數(shù)減小：增加廢舊混合料的強度和穩(wěn)定性，并隨著水泥劑量的增加，其強度和穩(wěn)定性增強。在冷再生廢舊混合料中最大水泥劑量不宜超過6%。

1試驗部分

1.1原材料

試驗中所需冷再生廢舊混合料均為國道312線雞兒嘴至清水驛段維修改造工程中采用維特根WR2500S冷再生機全深式銑刨20em原來的舊瀝青混凝土路面所得（包括部分基層）。通過四分法進行取樣并對冷再生廢舊混合料篩分，結(jié)果見表1。試驗所需的添加劑水泥為復合硅酸鹽緩凝水泥，強度等級為32.5MPa。

由表l可以看出，銑刨料的級配組成滿足規(guī)范要求。5mm以下占39.7%，5-10mm占24.4%，10-20mm占28.2%，19mm以上占7.7%，因此并不需摻加新的骨料。因此，根據(jù)篩分結(jié)果，依據(jù)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》JTG E51-2009進行擊實試驗。按四種水泥劑量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%，每種水泥劑量冷再生混合料分別對應含水量為5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%。采用重型擊實試驗方法分別確定不同水泥劑量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度。根據(jù)每種水泥劑量對應的最佳含水量以及最大干密度成型無側(cè)限抗壓強度試件以及劈裂強度試件。在標準養(yǎng)護條件下（溫度20±2℃、濕度≥95%）：無側(cè)限抗壓強度試件養(yǎng)生6天，浸水1天；劈裂強度試件養(yǎng)生89天，浸水1天。最后測定其無側(cè)限抗壓強度值和劈裂強度值。

2試驗結(jié)果與分析

按四種水泥劑量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%，每種水泥劑量冷再生混合料分別對應含水量為5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%，采用重型擊實試驗方法分別確定不同水泥劑量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度，并根據(jù)所確定的最大干密度以及最佳含水量，按97%的壓實度控制密度制備無側(cè)限抗壓強度及劈裂強度試驗試件，結(jié)果見表2、表3。

由表3以及圖1、圖2可以看出，隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度也相應的增加。說明水泥為添加劑的冷再生混合料無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度受水泥劑量的影響較大。水泥添加劑在冷再生混合料中起提高冷再生材料的強度和穩(wěn)定性的作用。當水泥劑量由3%增加到4%時無側(cè)限抗壓強度增幅最大，增幅為50%，往后隨著水泥劑量的增加其增幅較小：當水泥劑量由5%增加到6%時劈裂強度增幅最大，增幅為29.7%，在其他兩個水泥劑量時增幅較小。這是因為水泥的凝結(jié)和硬化是一個復雜的物理一化學過程，取決于構(gòu)成水泥熟料的礦物成分本身的特性。水泥主要成分為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等四種礦物組成。這四種礦物在遇水后會發(fā)生水解或水化反應而變成水化物，這些水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強度。水泥劑量增加的同時也增加了這四種礦物成分的比例，它們在水化過程中生成了許多膠體大小范圍的結(jié)晶體（如Ca（OH）₂）包裹在水泥顆粒表面，隨著水化反應的繼續(xù)進行，水泥顆粒表面不穩(wěn)定的包裹層開始破壞使得水化反應加速，新的、更加穩(wěn)定的水化物結(jié)晶體從飽和溶液中析出，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)。隨后，水化反應繼續(xù)進行，結(jié)晶體不斷充滿冷再生混合料一水泥體系的結(jié)構(gòu)空間中，冷再生混合料的結(jié)構(gòu)強度也因此不斷得到增長。

由表3和圖3可以看出，隨著水泥劑量的增加無側(cè)限抗壓強度代表值也在增大。對水泥劑量與無側(cè)限抗壓強度代表值進行線性回歸，得到線性方程：Y=1.468X-2.9713（相關(guān)系數(shù)R²=0.98493），根據(jù)規(guī)范無側(cè)限抗壓強度大于2.0MPa的要求進行反推得到水泥劑量為3.5%，全深式就地冷再生施工屬于路拌法，故最佳水泥劑量比室內(nèi)試驗確定的最佳水泥劑量多1.0%，最終確定全深式就地冷再生施工水泥劑量為4.5%。

3結(jié)論

1）隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強度和劈裂強度也相應的增加，

2）基于水泥添加劑的全深式就地冷再生混合料室內(nèi)試驗結(jié)果表明，在規(guī)范確定的級配范圍內(nèi)。冷再生混合料的7d無側(cè)限抗壓強度在水泥劑量為3.5%時就可以滿足要求，劈裂強度在0.2-0.6MPa之間。

3）冷再生混合料銑刨篩分后，5mm以下占40%、5-10mm占24%、10-20mm占28%、19mm以上占8%，其通過率滿足規(guī)范要求且無側(cè)限抗壓強度在水泥劑量3.5%時，符合水泥穩(wěn)定類材料作為底基層及二級公路基層的要求，

4）冷再生混合料在其水泥劑量不超過6%的情況下，無側(cè)限抗壓強度滿足規(guī)范要求后，合成級配在規(guī)范級配上下限之間時可不進行新骨料的添加。

[責任編輯：楊玉潔]