魏翻，王汛杰，劉剛

(1.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安　710064；2.四川省第四建筑工程公司，四川德陽　618000)

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水泥穩(wěn)定瀝青路面冷再生基層材料設(shè)計(jì)

魏翻1，王汛杰1，劉剛2

(1.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安710064；2.四川省第四建筑工程公司，四川德陽618000)

研究以水泥為穩(wěn)定劑的瀝青路面冷再生基層材料的組成設(shè)計(jì)，對(duì)舊瀝青路面材料以及摻加新料進(jìn)行分析，確定幾種新、舊料摻配比例。通過擊實(shí)試驗(yàn)確定再生混合料的最佳含水率和最大干密度，采用7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定摻配比例和水泥用量。最后對(duì)劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量等力學(xué)性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明：當(dāng)舊料與新料(粒徑10～30 mm)的摻配比例為80:20、水泥穩(wěn)定中粗粒土中水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)再生混合料強(qiáng)度較高，符合經(jīng)濟(jì)性要求，且具有良好的力學(xué)性能。

舊瀝青路面；公路基層；冷再生；配合比

我國的道路建設(shè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了巨大成就，在已經(jīng)建成的各級(jí)公路和城市道路中，半剛性基層瀝青路面占有較大的比例[1-2]。而早期修建的瀝青路面逐漸進(jìn)入大中修和改建時(shí)期，需要進(jìn)行翻修處理，傳統(tǒng)的處理方法是挖除舊路面材料后重新鋪設(shè)新路面結(jié)構(gòu)層[3]，不僅造成材料浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境造成污染?；厥绽脧U舊的瀝青路面材料，使之得到重新利用，變廢為寶，可以節(jié)約資源，降低能耗，減少環(huán)境污染[4-7]。冷再生技術(shù)經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究和實(shí)踐，是解決廢舊瀝青路面材料的有效途徑[8-10]，越來越受到關(guān)注。同時(shí)，冷再生技術(shù)具有常溫下施工、能耗低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。然而由于舊路面材料中各種粒徑的顆粒組成不同，所形成的再生混合料的組成也各不相同，其性能也存在差異，因此有必要對(duì)再生混合料的組成設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，為路面設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)。

1　原材料性質(zhì)

1.1回收舊瀝青路面材料

圖1　RAP篩分結(jié)果曲線

回收瀝青路面材料(reclaimed asphalt pavement， RAP)為某一級(jí)公路養(yǎng)護(hù)過程中銑刨的瀝青混凝土面層材料，對(duì)RAP進(jìn)行抽提，抽提后按照文獻(xiàn)[13]中規(guī)定的試驗(yàn)方法對(duì)集料進(jìn)行有關(guān)性能測(cè)試，集料的各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足規(guī)范要求，因此RAP可以回收利用。對(duì)RAP進(jìn)行篩分試驗(yàn)，篩分曲線見圖1。

由篩分曲線可知，舊瀝青路面材料中粒徑大于9.5 mm粒料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，0.075 mm以下的粒料幾乎沒有，0.6 mm篩孔的通過率較低，篩分級(jí)配超出了文獻(xiàn)[14]規(guī)定的一級(jí)公路基層的級(jí)配范圍，說明舊瀝青路面材料中，粗集料和細(xì)集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，中間粒徑集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大。

1.2新集料、水泥

摻加的新集料選用10～30 mm的石灰?guī)r碎石，按照文獻(xiàn)[13]中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行有關(guān)性能測(cè)試，均滿足規(guī)范要求。

水泥采用P.0.32.5普通硅酸鹽水泥，按照文獻(xiàn)[15]中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行有關(guān)性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表1，均符合規(guī)范要求。

表1　水泥性能測(cè)試結(jié)果

2　配合比設(shè)計(jì)

2.1再生混合料級(jí)配

根據(jù)舊瀝青路面材料的篩分結(jié)果，舊料里中間粒徑顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，顆粒偏細(xì)，較粗集料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，所以考慮摻加10～30 mm的新骨料來調(diào)整級(jí)配。將新料進(jìn)行篩分，在RAP中分別加入20%、30%、50%的新料，即RAP與新料的質(zhì)量比例分別為80:20、70:30、50:50，編號(hào)分別為R80、R70和R50，不添加新料編號(hào)為R100,合成級(jí)配及級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2　不同摻配比例的級(jí)配曲線

由圖2可以看出，摻加20%新骨料的級(jí)配曲線與規(guī)范級(jí)配范圍的中值更接近，而摻加30%新骨料的級(jí)配曲線已經(jīng)接近規(guī)范的級(jí)配下限，摻加50%新骨料的級(jí)配已經(jīng)超出了規(guī)范的級(jí)配下限，為了研究再生混合料的性能，采用這四種不同摻配比例的級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范建議的水泥穩(wěn)定中、粗粒土中水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜為3%～7%，故選取水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、5%和6%對(duì)不同摻配比例的再生混合料分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定其最佳水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和最大干密度，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　擊實(shí)結(jié)果

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可知，同一摻配比例下，隨著水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，最佳水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和最大干密度都在增大；水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，隨著新料摻加比例的增大，最佳水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍有減小，而最大干密度逐漸增大，說明新料摻配比例的變化對(duì)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不顯著，而干密度增加說明新?lián)剿槭拿芏缺萊AP大。

2.3無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

圖3　不同摻配比例的7 d抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度是水泥穩(wěn)定類材料性能的基本指標(biāo)，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)確定出的最佳含水率和最大干密度，按照文獻(xiàn)[16]的規(guī)定成型試件，進(jìn)行7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),取90%保證率的抗壓強(qiáng)度為代表值，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，不摻加新料和新料摻加比例為50%時(shí)混凝土的強(qiáng)度均低于3 MPa，不滿足文獻(xiàn)[14]對(duì)一級(jí)公路基層強(qiáng)度為3～5 MPa的要求，新料摻加比例為20%和30%時(shí)強(qiáng)度較高，均大于3 MPa，滿足規(guī)范要求，且新料摻加比例為20%時(shí)強(qiáng)度最高，所以最終確定的級(jí)配是R80，即RAP與新料的質(zhì)量比例為80:20，RAP料得到了充分利用，符合經(jīng)濟(jì)性要求；隨著再生混合料中水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，強(qiáng)度均逐漸增大，水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4%增加到5%時(shí)強(qiáng)度增長顯著，從5%增加到6%時(shí)，強(qiáng)度變化很小，且考慮到水泥用量過多，基層可能會(huì)產(chǎn)生收縮開裂，所以最終確定再生混合料中最佳水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。

3　力學(xué)性能分析

對(duì)再生混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度研究的基礎(chǔ)上，主要從劈裂強(qiáng)度和回彈模量兩個(gè)方面來研究其力學(xué)性能，對(duì)確定的級(jí)配和水泥用量根據(jù)文獻(xiàn)[16]成型Ф150 mm高150 mm標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生至不同齡期，分析劈裂強(qiáng)度和抗壓回彈模量隨齡期的變化。

3.1劈裂強(qiáng)度

圖4　劈裂強(qiáng)度隨齡期的變化

劈裂強(qiáng)度是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)驗(yàn)算的重要參數(shù)，成型的試件養(yǎng)生至不同齡期進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，分別測(cè)定7、14、28、60、90、180 d的劈裂強(qiáng)度，取90%保證率的劈裂強(qiáng)度代表值，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

由圖4可知，再生混合料的劈裂強(qiáng)度隨齡期的增加而逐漸增大，7 d的劈裂強(qiáng)度為0.236 MPa，14 d為0.357 MPa， 7～14 d劈裂強(qiáng)度的增長幅度為51.3%；28 d的劈裂強(qiáng)度為0.535 MPa，7～28 d劈裂強(qiáng)度的增長幅度為49.8%；60 d的劈裂強(qiáng)度為0.586 MPa， 28～60 d劈裂強(qiáng)度的增長幅度為9.5%，28 d的劈裂強(qiáng)度是180 d的85.1%，所以再生混合料早期劈裂強(qiáng)度增長較快，28 d時(shí)劈裂強(qiáng)度已基本形成， 28 d后隨齡期的變化，劈裂強(qiáng)度增長緩慢。

圖5　抗壓回彈模量隨齡期的變化

3.2抗壓回彈模量

抗壓回彈模量是表征材料性能的重要指標(biāo)，對(duì)成型的試件養(yǎng)生至不同齡期進(jìn)行抗壓回彈模量試驗(yàn)，分別測(cè)定7、28、60、90、180 d的抗壓回彈模量，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，隨著齡期的增長，再生混合料的抗壓回彈模量逐漸增加，7 d的回彈模量達(dá)到916 MPa，90 d時(shí)達(dá)到1 302 MPa，增長幅度為42.1%，180 d時(shí)回彈模量為1 327 MPa，與90 d相比增長幅度為1.9%。7～90 d增長速率較快，90 d后增長速率趨于平緩，抗壓回彈模量已基本趨于穩(wěn)定，說明抗壓回彈模量在90 d時(shí)已基本形成。

4　結(jié)論

1)根據(jù)RAP篩分結(jié)果，在RAP里摻加10～30 mm的石灰?guī)r碎石對(duì)級(jí)配進(jìn)行調(diào)整，采用7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，綜合強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性要求，最后確定RAP與新料(10～30 mm)的質(zhì)量比例為80:20，水泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。

2)再生混合料的劈裂強(qiáng)度隨齡期逐漸增大，早期劈裂強(qiáng)度增長較快，28 d時(shí)劈裂強(qiáng)度已基本形成，28 d后隨齡期的變化，劈裂強(qiáng)度增長緩慢。

3)隨齡期的增長，再生混合料的抗壓回彈模量逐漸增加，7～90 d增長速率較快，90 d后已基本趨于穩(wěn)定，說明90 d時(shí)再生混合料的抗壓回彈模量已基本形成。

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(責(zé)任編輯：郎偉鋒)

Design of Cold Recycled Base Materials for Stable Cement Asphalt Pavement

WEIFan1，WANGXunjie1，LIUGang2

(1.SchoolofHighway,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China; 2.TheFourthConstructionCompanyinSichuanProvince,Deyang618000,China)

The composition design of cold recycled base materials of asphalt pavement with cement as stabilizer is studied. The old asphalt pavement materials and new materials is analyzed and the several blending ratios of new materials and old materials is confirmed. The optimum water content and maximum dry density of recycled mixture are determined by compaction test. The 7 d unconfined compression test is used to determine the blending ratio and the amount of required cement. Finally, the mechanical properties such as splitting strength and compressive resilient modulus are analyzed. The results show that, when the blending ratio of old material and new material (10～30 mm) is 80:20 and the mass fraction of cement is 5% in the mixed material, the strength of recycled mixture is high. Under these conditions, it is also economic with good mechanical properties.

old asphalt pavement; highway base; cold recycling; mixture ratio

2016-06-28

魏翻(1990—)，男，四川綿陽人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槁坊访娼Y(jié)構(gòu)與材料，E-mail：geluliwei@163.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2016.03.013

U416.217

A

1672-0032(2016)03-0073-05