銑刨料摻量對水穩碎石基層路用性能的影響分析

趙 浩

(山西路橋隰吉高速公路有限公司，山西 臨汾 041300)

0 引言

水穩碎石基層銑刨料回收利用，不僅可以節約原材料，降低成本，還可以減少環境污染，保護自然環境[1]。然而，銑刨料還具有吸水率高、壓碎值較高等缺點，會對水穩碎石基層路用性能產生一定的影響[2]，這也限制了銑刨料的回收用量。隨著銑刨料摻量的增加，會提高水穩碎石基層混合料的最佳含水量，降低最大干密度，對基層強度、剛度、干縮抗裂性能和抗沖刷性能也會產生較大影響[3]。不同粒徑的銑刨料的物理力學性能存在較大差異，對基層路用性能的影響也不同。粒徑越小銑刨料含有的雜質越高[4]，一般不能直接回收利用。為了研究銑刨料摻量對水穩碎石基層路用性能的影響，分別對不同摻量的基層混合料開展試驗，收集試驗結果作為分析依據，也可為合理確定銑刨料摻量提供參考。

1 原材料與配合比設計

1.1 原材料選配

銑刨料選用山西省太原市某市政道路水穩碎石基層銑刨舊料，開展試驗對銑刨料壓碎值、表觀密度、含泥量等技術參數進行分析，并通過篩分確定不同粒徑銑刨料分布情況。水泥選用鳴條崗P.C42.5，碎石產地為解州。銑刨料壓碎值為23.7，新集料壓碎值12.4。水泥初凝時間為76 min，終凝時間為155 min，粗集料選用5 mm～30 mm碎石，細集料選用中粗砂，銑刨料和新集料各技術參數檢測結果如表1所示。

表1 銑刨料和新集料各技術參數檢測結果

1.2 配合比設計

銑刨料選用粒徑為4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～19 mm，19 mm～31.5 mm三種規格，由于4.75 mm以下的銑刨料雜質含量較高，故采用新集料代替，篩分后的銑刨料級配如表2所示。

表2 篩分后的銑刨料級配區間

為了驗證銑刨料摻量對基層路用性能的影響，分別選取不同摻量的水穩碎石基層混合料開展試驗檢測分析基層的力學性能、干縮抗裂性能和抗沖刷性能。試驗水穩碎石基層混合料的水泥劑量為5%，銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%。通過對不同摻量的水穩碎石基層混合料開展擊實試驗，合理確定最佳含水量、級配，確定混合料配合比。

2 試驗方案

選取不同的銑刨料摻量，分別制備再生水穩碎石基層混合料，制備試件在達到一定的養生時間后開展試驗，對水穩碎石基層混合料的抗壓強度、疲勞強度、干縮抗裂性和抗沖刷性能進行檢測，分析確定水穩碎石基層的路用性能。銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%，制備試件在養生期達到7 d時開展抗壓強度試驗，養生期達到28 d分別開展疲勞強度、干縮抗裂性和抗沖刷性能試驗。抗壓強度試驗、劈裂強度試驗、剛度、抗沖刷性能試驗試件采用圓柱形試件，試件直徑和高度均為150 mm，抗壓強度試驗、劈裂強度試驗儀器選擇建力YAW-2000型壓力試驗機，抗沖刷性能試驗采用和晟HS-3001A型萬能試驗機。再生水穩基層混合料干縮抗裂性能試驗試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm(長×寬×高)，試驗儀器選用立式支架和千分表。試件成型采用靜壓法，上述試驗方法均按照JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程對相關指標的測試方法開展。

3 銑刨料摻量對水穩基層路用性能影響分析

3.1 力學性能試驗結果分析

分別選取銑刨料摻量為0%，20%，40%，60%，80%，100%制備水穩碎石基層混合料，制備試件開展力學性能試驗，對7 d抗壓強度和28 d劈裂強度進行檢測，試驗結果如表3所示。

表3 不同銑刨料摻量水穩碎石混合料強度試驗結果

分析表3數據，可以得出隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層混合料的抗壓強度和劈裂強度檢測值不斷下降，其中7 d抗壓強度從6.6 MPa下降到5.3 MPa，下降幅度達到19.7%，28 d劈裂強度從0.84 MPa下降到0.62 MPa，下降幅度達到26.2%。這是由于與普通的碎石相比，銑刨料的壓碎值較大，所形成的骨架結構穩定性較差，進而使水穩基層的力學性能下降[5-6]。

3.2 剛度試驗結果分析

根據JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則中的相關規定，水穩碎石基層混合料剛度采用抗壓回彈模量試驗進行檢測。本項目施工過程中選取6組試件，銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%，分別在養生齡期為7 d，28 d，60 d和90 d時開展抗壓回彈模量試驗，試驗結果如表4所示。

分析表4所列水穩碎石基層混合料抗壓回彈模量試驗數據，可以得出隨著齡期的增加，抗壓回彈模量不斷提高，而隨著銑刨料產生了的增加，基層混合料抗壓回彈模量不斷下降[7-8]。

3.3 干縮抗裂性能試驗

與其他半剛性基層一樣，干縮也是水穩碎石基層的主要缺點。對不同銑刨料摻量的水穩碎石基層混合料開展干縮抗裂性能試驗，不同銑刨料摻量28 d干縮系數變化曲線如圖1所示，不同齡期28 d干縮系數變化曲線如圖2所示。

分析圖1曲線變化情況，隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層28 d干縮系數不斷提高，水穩碎石基層的干縮抗裂性能不斷下降，說明銑刨料對水穩碎石基層的干縮抗裂性能是不利的。銑刨料摻量為0%時干縮系數為77.5×10-6，摻量為100%時28 d干縮系數為91.2×10-6。這是由于銑刨料中含有大量的水泥砂漿，吸水率大大提高，造成基層混合料的失水量增大，干縮變形增大，進而使干縮系數增大，混合料干縮性能下降。

分析圖2銑刨料摻量為100%和0%的水穩碎石基層混合料養生齡期內干縮系數變化曲線，前14 d銑刨料摻量為100%的混合料干縮系數較未摻配銑刨料小，隨著養生期的增加干縮系數大幅升高，超過了未摻配基層混合料。另外，未摻配基層銑刨料基層混合料干縮系數隨齡期增長速度平緩，而銑刨料摻量為100%的基層混合料干縮系數波動較大。分析原因還是與銑刨料的吸水率大有關，使干縮系數大幅提高。銑刨料摻量為100%的水穩碎石基層混合料的28 d干縮系數為85，未摻配銑刨料的水穩碎石基層混合料為68，對比分析得出28 d干縮系數提高了20%。

3.4 抗沖刷性能試驗

水穩碎石基層容易磨損，在水流沖刷作用下容易產生損失，沖刷質量損失率也是基層抗沖刷性能的重要評價指標。分別對不同銑刨料摻量的水穩碎石基層混合料開展抗沖刷性能試驗，試驗結果如圖3所示。

分析圖3不同銑刨料摻量基層沖刷質量損失率曲線變化情況，隨著銑刨料摻量的增加，混合料沖刷質量損失率不斷提高。未摻配銑刨料的基層混合料沖刷質量損失率為0.51%，銑刨料摻量為100%的基層混合料沖刷質量損失率為0.94%，增加幅度達到84.3%。分析原因是由于隨著銑刨料摻量的增加，細集料含量不斷提高，造成基層混合料的沖刷損失質量增大[9]。

4 結語

為了分析銑刨料摻量對水穩碎石基層路用性能的影響，開展試驗，對不同摻量的水穩碎石基層混合料力學性能、剛度、干縮抗裂性能和抗沖刷性能進行檢測，分析后得出以下結論：

1)隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層的7 d抗壓強度和28 d劈裂強度不斷下降，分析原因是由于銑刨料的壓碎值較大，所形成的骨架結構穩定性較差造成的。

2)隨著齡期的增加，抗壓回彈模量不斷提高，而隨著銑刨料產生了的增加，基層混合料抗壓回彈模量呈現下降的趨勢。

3)隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層的干縮系數不斷提高，抗裂性能不斷下降，分析原因是由于銑刨料中含有大量的水泥砂漿，吸水率和失水率均較高造成的。

4)隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層的沖刷質量損失率不斷提高，抗沖刷性能不斷下降，分析原因是由于銑刨料中含有大量的細集料，摻量越高細集料含量越高，基層混合料沖刷損失質量越大，抗沖刷性能越大。

總之，隨著銑刨料摻量的增加，水穩碎石基層路用性能均有一定幅度的下降，應根據設計要求合理確定銑刨料的摻量。