瀝青拌合樓回收粉對水泥穩定碎石耐久性的影響

邢峰 蘇洪建 蔣應軍 朱保鋒 田甜

（1.中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710061；2.長安大學特殊地區公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

0 引言

瀝青拌合樓將瀝青、石料、結合料等根據一定配比加工成瀝青混合料，產生大量的粉塵，通常粒徑都小于0.075mm，稱為回收粉塵，簡稱回收粉。我國規范[1]提出瀝青拌合樓回收粉可作為部分礦粉回收使用，但其用量不能超過填料總用量的25%。Lin等[2]分析了不同集塵灰及礦粉的粒徑分布、比表面積等物理參數對針入度、粘度、水穩定性和動態模量的影響。朱三棣等[3]認為回收粉不僅符合礦粉的質量要求，而且堿性更強，更有利于瀝青與礦料的粘結。縱觀國內外現狀，相關研究工作主要集中在回收粉對瀝青混合料力學性能的影響方面，極少涉及回收粉在水泥穩定材料中的應用研究。若在半剛性基層中摻一定劑量回收粉后其性能仍滿足使用要求，則意味著不僅可以推出一種新的回收粉塵的處理辦法，且提出了一種新的路面結構類型。

本文采用垂直振動法，研究瀝青拌合樓回收粉對水泥穩定碎石的抗凍性能、抗沖刷性能等耐久性的影響，以供工程實踐參考。該研究具有可觀的開發利用前景，對能源的生產和資源的利用、環境保護以及土地利用率有重要意義。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 回收粉

回收粉取自陜西省安康市，其技術參數見表1所示。

表1 回收粉技術參數

1.1.2 集料

集料取自陜西省安康市，集料的粒徑分為四種：19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm，技術參數略。

1.1.3 水泥

水泥采用陜西盾石牌P·O42.5水泥，技術參數略。

1.2 礦料級配

本研究用水泥穩定碎石礦料級配見表2所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 試件成型方法

采用垂直振動壓實儀成型Ф150mm×150mm的圓柱體試件。

根據本課題組有關振動壓實試驗法的大量研究，選取的振動擊實試驗儀的參數配置為：工作重量為3.0±0.4kN，其中上車系統重為1.2±0.2kN，下車系統重為1.8±0.2kN，激振力為7.6±0.2kN，振動擊實試驗儀采用的振動頻率為30±2Hz，名義振幅為1.4±0.2mm。

1.3.2 性能測試標準

凍融循環試驗、沖刷試驗和干縮性能均按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）進行。

2 試驗結果分析

2.1 抗凍性能

2.1.1 凍融循環試驗結果

摻回收粉水泥穩定碎石凍融后的強度劣化系數見表3所示。

表3 不同凍融次數下試件的凍融強度劣化系數

假定凍融循環作用下的摻回收粉水泥穩定碎石存在強度劣化系數方程，且滿足：（1）N=0時，ηDN=ηD0；（2）N=∞時，ηDN=ηD∞；（3）ηD0＞ηD∞等3個邊界條件。

其中，N——凍融循環次數；

ηDN——凍融循環N次后的強度劣化系數；

ηD0——未經凍融循環時的強度劣化系數，即為1；

ηD∞——極限凍融強度劣化系數。

根據上述3個邊界條件，建立摻回收粉水泥穩定碎石凍融后強度劣化系數方程，見式（1）。

式中：

ξ——方程待定回歸參數。

2.1.2 抗凍性能影響因素

（1）回收粉摻量。由表3可知，各水泥劑量下回收粉摻量對凍融劣化系數影響較小，劣化系數均大于0.8，即回收粉摻量對水泥穩定碎石抗凍性能影響較小。

（2）凍融次數。摻回收粉水泥穩定碎石凍融劣化系數隨凍融循環次數變化見圖1所示。如圖1所示，隨凍融循環次數增加，不同回收粉摻量、水泥劑量的水泥穩定碎石強度劣化曲線的形狀極其相似：凍融循環5次前強度劣化速率較快，凍融循環5次后強度劣化趨于平緩，且各自隱藏著一條相應的水平漸近線，該漸近線即為摻回收粉水泥穩定碎石極限凍融強度劣化系數ηD∞。這可能由于凍融次數小于5次時，水泥穩定碎石內部的孔隙壁迅速且大量被破壞，孔隙迅速擴張；超過5次后，水泥穩定碎石內的孔隙壁擴張速率減慢，隨著凍融次數再增加，由凍融循環造成的水泥穩定碎石內部孔隙增長已達到極限，孔隙不再擴張，或者擴張速率非常緩慢。

圖1 凍融強度劣化系數-循環次數關系圖

（3）水泥劑量。通過對摻回收粉水泥穩定碎石極限凍融強度劣化系數ηD∞隨水泥劑量變化趨勢分析，可知凍融劣化系數隨水泥劑量的增大線性增大，即隨水泥劑量的增大，水泥穩定碎石抗凍性能逐漸提高。這可能因為水泥劑量增大時，水泥穩定碎石中集料間的粘結力增大，水泥穩定碎石試件內部更加密實，抵抗凍融循環能力更強。

2.2 抗沖刷性能

2.2.1 沖刷試驗結果

摻回收粉水泥穩定碎石經沖刷試驗后的質量損失系數見表4所示。

表4 不同沖刷時間后試件的質量損失系數

2.2.2 抗沖刷性能影響因素

（1）回收粉摻量。各回收粉摻量下水泥穩定碎石沖刷后的質量損失系數見圖2所示。

圖2 沖刷質量損失-回收粉摻量關系圖

由圖2可知，隨回收粉摻量的增加，水泥穩定碎石的質量損失系數逐漸上升。回收粉摻量小于5%時，質量損失系數緩慢增加，當摻量大于5%時，質量損失系數增長速率加快。這可能由于回收粉摻量較小時，回收粉具有微填充作用，可以填充進水泥穩定碎石的骨架中，使得水泥穩定碎石的干密度增大，密實結構受到沖刷作用后，對位于其內部空隙中的細集料起到約束作用，導致其沖刷量較少；但過多的回收粉會將水泥穩定碎石試件粗骨料形成的骨架結構撐開，使其干密度下降，且回收粉較多會導致沖刷表面細顆粒增多，故水泥穩定碎石沖刷后的質量損失系數增大。

（2）沖刷時間。通過分析摻回收粉水泥穩定碎石沖刷后的質量損失系數與沖刷時間的關系可知，沖刷時間為0～15min時，各回收粉摻量下水泥穩定碎石的質量損失系數上升最快，即質量損失最多；沖刷20min后，其質量損失減少速率下降；當沖刷25min以后，其質量損失非常緩慢，其質量劣化系數趨近于一條直線。

（3）水泥劑量。沖刷30min時，摻回收粉水泥穩定碎石沖刷后質量損失系數隨水泥劑量的變化見圖3所示。由圖3可知，摻回收粉水泥穩定碎石沖刷后的質量損失系數隨水泥劑量增大線性降低，即隨水泥劑量的增大，水泥穩定碎石抗沖刷性能逐漸提高。

圖3 質量損失系數-水泥劑量關系圖

3 結束語

（1）研究凍融循環作用下摻回收粉水泥穩定碎石強度劣化特性，結果表明：凍融交替過程中在水和低溫的共同影響下，水泥穩定碎石強度不斷劣化，凍融循環5次后強度劣化趨于平緩。

（2）研究摻回收粉水泥穩定碎石抗沖刷性能，結果表明：回收粉摻量小于5%時，質量損失系數緩慢增加，當摻量大于5%時，質量損失系數增長速率加快；沖刷時間為0～15min時，各回收粉摻量下水泥穩定碎石的質量損失系數上升最快，沖刷20min后，其質量損失減少速率下降，當沖刷25min以后，其質量損失非常緩慢，其質量損失系數趨近于一條直線。