再生水泥穩定碎石材料級配設計研究

吳正光 劉安安 楊宇軒 顧萬 王彤

摘要：針對舊路面回收料的特點，選擇不同再生料摻配率，采用分檔利用方式進行級配設計。以C-B-3級配為目標級配，P·O42.5水泥為膠結料，配置再生料摻量為30%和50%的RA（舊水泥混凝土路面材料）型和RA-RAP型（由舊水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面組合而成）水泥穩定碎石材料。采用重型擊實法、振動壓實法和靜壓法三種方式確定最佳含水量和最大干密度。

Abstract： According to the characteristics of the old pavement recycled materials， the blending ratio of different recycled materials is selected， and the grading design is adopted by using the splitting mode. Targeted with CB-3 grade， P·O42.5 cement is cemented， with RA （Old Cement Concrete Pavement） type and RA-RAP type （from old and old） with 30% and 50% recycled materials. Cement concrete pavement and asphalt concrete pavement are combined） cement stabilized macadam material. The optimum water content and maximum dry density were determined by three methods： heavy compaction， vibratory compaction and static pressure.

關鍵詞：道路工程;級配設計;水泥穩定碎石;最佳含水量;最大干密度

Key words： road engineering;gradation design;cement stabilized macadam;optimum water content;maximum dry density

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）36-0142-02

0? 引言

隨著國家基層設施建設進程加快，建筑材料的開發及加工加速了資源的消耗和環境的破壞。據統計，2016年末全國公路總里程達469.63萬公里[1]，我國國省干線公路每年大中修里程占總里程的比例約為13%[2]，道路的改擴建工程中會產生大量的廢棄路面材料，如何有效地處置舊路面翻修產生的廢棄物已成為必須面對和解決的問題。

張西棉[3]等對就地冷再生基層應用技術進行了研究，室內試驗研究結果表明，影響冷再生混合料強度的主要因素是水泥摻量和級配并推薦設計的水泥用量5.0%左右。王真[4]等研究表明，瀝青或水泥用量將顯著影響冷再生混合料的疲勞性能。肖建莊[5]、熊子君[6]等就再生集料的定義、分類及再生集料的各項性能進行了研究，認為經過適當的加工處理，能夠得到符合規范要求的再生骨料或高質量的再生骨料。

本文主要針對舊路面回收料的特點，通過選擇不同的再生料摻配率，采用分檔利用方式進行級配設計。研究在不同成型方式、不同再生料摻配率下水泥穩定碎石最大干密度和最佳含水量的變化情況。

1? 配合比設計

1.1 集料篩分

本文采用瑞昌恒立礦業有限公司生產的碎石、石屑分別為1#料（26.5～31.5mm）、2#料（13.2～26.5mm）、3#料（4.75～13.2mm）、4#料（0～4.75mm）。采用揚州惠民再生資源有限公司生產的再生集料，每檔再生集料粒徑大致范圍為1#料（15～30mm）、2#料（5～15mm）、3#料（0～5mm）。為了與天然集料進行區分，3種規格的再生粗集料由大到小分別稱為再生1#料～再生3#料。

1.2 集料級配

對于水泥穩定碎石或水泥穩定礫石的級配范圍，新規范做出了專門的規定。C-B-3級配要求0.075mm篩孔通過率為0～3%，較C-B-1和C-B-2級配要求的2%～5%小，在水泥穩定碎石或礫石中0.075mm以下含量較高時，將影響混合料的收縮性能，容易開裂，因此C-B-3級配具有更好的抗開裂性能。通過綜合對比，本文選用C-B-3級配范圍來進行級配設計，選取水泥劑量4.5%作對比試驗。

采用數據規劃求解方法，以C-B-3級配范圍上下限為約束條件，分別以RA摻量和RAP+RA摻量最大為設計目標，求得滿足C-B-3級配范圍的最大再生料摻量，得到RA最大摻量為60%，RA+RAP最大摻量為64%，考慮到再生骨料表面附著著一層水泥漿可能對混合料級配產生一些影響，故選擇兩種再生料取代率為50%試驗設計級配共五組，各組中天然料、RA、RAP的摻量分別為：100：0：0、70：30：0、70：22：8、50：50：0、50：36：14，各組編號及集料摻配比例見表1。

2? 不同擊實方式對最大干密度和最佳用水量的影響

2.1 擊實試驗方法

2.1.1 重型擊實法試驗

用天平秤取5～6份已風干試料，根據材料不同配合比原材料的密度不同。每份試料質量在5.4～5.8kg之間。預定5～6個不同的含水量，依次相差0.5%對試料進行浸潤。將水泥加入浸潤4h后的試樣中并拌和均勻，分三次裝入試筒，每層錘擊98次。三次擊實完成后，用脫模器推出試樣，把試件打破，從試樣內部取有代表性的樣品2kg，測定其含水率。

2.1.2 振動壓實法試驗

用天平秤取5～6份已風干試料，根據材料不同配合比原材料的密度不同。每份試料質量在5.5～6.5kg之間。預定5～6個不同的含水量，為精確進行三種試驗含水量—干密度曲線的對比，本試驗采用與重型擊實試驗相同的含水量差值對試料進行浸潤。將水泥加入浸潤4h后的試樣中并拌和均勻，采用用四分法，將對角的混合料依次裝入試模中。振動完畢后，將試模取出，用刮土刀掛平混合料。用脫模器推出鋼模內混合料，用錘打碎混合料，從中間取2500g混合料，放入烘箱烘干，測定其含水率。

2.1.3 靜壓法試驗

用天平秤取5～6份已風干試料，每份試料重量約6000kg～6500kg。預定5～6個不同的含水量，依次相差0.5%。以比預定的含水量低1%的含水量進行浸潤，加入預定數量的水泥并拌合均勻，在拌合過程中將預留的水加入。將混合料分3次裝入試模，每次裝入后用進行插搗，裝填過程中應保證均勻裝填。將裝填好的試模放在壓力機上，以1mm/min的加載速率加壓到450kN，穩壓2min后卸載。

2.2 試驗結果與分析

將三種擊實試驗的試驗結果繪制成曲線圖，以含水量為橫坐標，干密度為縱坐標，繪制含水量—干密度曲線。將實驗各點采用二次曲線擬合，曲線的頂點對用的值就是最佳含水量，最大干密度。三種試驗的含水量—干密度曲線，分別如圖1～3所示。

由圖1～3可以看出，采用重型擊實法、振動壓實法和靜壓法所得出的五種配比材料的干密度和含水量曲線可以連成完整的凸型曲線，說明三種方法都能得到水泥穩定碎石材料的最佳含水量和最大干密度。采用二次曲線方法擬合曲線，得到三種試驗方法的最佳含水量和最大干密度分布圖見圖4。

由上圖可知，采用重型擊實試驗方法、振動壓實試驗方法和靜壓法都能得到水泥穩定碎石材料的最佳含水量和最大干密度，采用擊實法和靜壓法測得的最大干密度數值相近，擊實法所得的最佳含水量較靜壓法略大。但振動法所得的最大干密度比擊實法和靜壓法所得的大，而含水量較擊實法和靜壓法所得的小。本文采用重型擊實法所得的最佳含水量和最大干密度進行試件成型。

3? 結論

①經過綜合分析，選用C-B-3級配、水泥劑量4.5%、再生料摻配率30%、50%進行配合比設計。②在水泥穩定碎石材料中加入RA和RAP后，材料的最大干密度會減小，且減小量與RA和RAP的總摻加量有關。③采用擊實試驗方法、振動試驗方法和靜壓法都能得到水泥穩定碎石材料的最佳含水量和最大干密度，但振動法所得的最大干密度比擊實法和靜壓法所得的大，而含水量較擊實法和靜壓法所得的小。重型擊實試驗結果更適用于室內試驗的研究。

參考文獻：

[1]高磊.乳化瀝青冷再生混合料的裂紋發展行為及抗裂機理研究[D].東南大學，2016.

[2]孔斌. 水泥穩定碎石冷再生基層技術應用研究[D].重慶交通大學，2010.

[3]張西棉. 水泥穩定就地冷再生基層應用技術研究[D].長安大學，2010.

[4]王真，何亮，張捷，等.乳化瀝青冷再生混合料疲勞性能試驗研究[J].公路，2010（12）：160-163.

[5]肖建莊，雷斌，袁飚.廢混凝土再生粗集料性能試驗與分級標準研究[J].四川大學學報（工程科學版），2009，41（S1）：23-28.

[6]熊子君.舊路面廢棄混凝土集料化及其路用性能研究[D].廣州大學，2016.

[7]Taha Ramzi. Evaluation of Cement kiln Dust-Stabilized Reclaimed Asphalt Pavement Aggregate Systems in Road Bases[J]. Transportation Research Record， 2003，2： 11-17.