楊秋菊，陳 芳

(新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，烏魯木齊 830015)

半剛性基層瀝青路面作為我國公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)歷了快速發(fā)展的階段。隨著其使用年限增加，大量半剛性瀝青路面進(jìn)入大中修養(yǎng)護(hù)期，因此，瀝青路面冷再生技術(shù)被廣泛應(yīng)用在瀝青路面大中修養(yǎng)護(hù)中[1-2]。20世紀(jì)末，我國已開始了瀝青路面冷再生技術(shù)研究，但是早期研究主要集中在施工現(xiàn)場的經(jīng)驗(yàn)性探索，隨著大量實(shí)踐的積累，才逐漸開始重視瀝青路面冷再生技術(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)研究[3-4]。國內(nèi)專家學(xué)者針對(duì)冷再生混合料配合比組成設(shè)計(jì)[5-6]、性能影響因素[7]、耐久性[8]等方面開展了深入研究，但是室內(nèi)成型方式多為傳統(tǒng)馬歇爾擊實(shí)法，也有部分學(xué)者采用振動(dòng)成型方法就水泥冷再生混合料的性能開展室內(nèi)試驗(yàn)研究[9-10]。但是，傳統(tǒng)馬歇爾擊實(shí)法存在擊實(shí)功小、擊實(shí)對(duì)再生混合料破碎率影響大等缺點(diǎn)，振動(dòng)成型法雖比馬歇爾擊實(shí)法成型效果好，但是其認(rèn)可度有待提升。為此，考慮采用模擬路面壓實(shí)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制備水泥冷再生混合料試件，開展水泥冷再生混合料性能研究，以期為相關(guān)工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考。

1 原材料技術(shù)性質(zhì)

1.1 銑刨料

本文采用的銑刨料取自某干線公路銑刨現(xiàn)場，銑刨厚度約20 cm，銑刨料中基層、面層比例約為1∶1。銑刨料篩分后粒徑小于19 mm，在設(shè)計(jì)時(shí)需添加新集料提升混合料性能。

1.2 新集料

本文采用19～31.5 mm檔集料，選用山西石佳建材有限公司生產(chǎn)的19.0～31.5 mm碎石，其壓碎值為13.6%、針片狀含量為8.1%，其他指標(biāo)略。

1.3 混合料組成設(shè)計(jì)

為降低成本，綜合考慮混合料級(jí)配要求，新集料摻量不宜超過50%。結(jié)合篩分結(jié)果，本文選定0、10%、20%、30%、40%的新集料摻量，研究不同新集料摻量下水泥冷再生混合料的性能變化規(guī)律，不同新集料摻量下水泥冷再生混合料級(jí)配合成結(jié)果如表1所示，不同新集料摻量下水泥冷再生混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，試驗(yàn)采用的水泥劑量為4%和5%。

表1 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料級(jí)配合成結(jié)果

表2 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，新集料摻量對(duì)水泥冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度的影響呈現(xiàn)一定的規(guī)律，即隨著新集料摻量增加，其最佳含水量降低、最大干密度增加。這是因?yàn)樵偕蠐接忻鎸雍突鶎硬牧?，其密度相?duì)較低、吸水率偏大，導(dǎo)致冷再生混合料整體吸水率增加、密度降低，進(jìn)一步說明了再生料中摻加新集料提升混合料整體性能的必要性。

2 水泥冷再生混合料力學(xué)性能研究

按照表2的水泥冷再生混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法分別成型不同類型的水泥冷再生混合料試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下養(yǎng)生7 d，測試其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度及回彈模量。

2.1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

不同新集料摻量下水泥冷再生混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

由表3可知，相同水泥劑量下，摻加新集料后，水泥冷再生混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯提升，提升幅度均在20%以上；且隨著新集料摻量增加，水泥冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不斷增加，新集料用量越大，提升幅度越明顯，摻加30%新集料的水泥冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相對(duì)于未摻加新集料的試件提升了約50%。這是因?yàn)樵偕狭捷^細(xì)，且因面層、基層材料自身強(qiáng)度較低，導(dǎo)致其混合料強(qiáng)度不高，而摻加新集料后，大粒徑的新集料在水泥冷再生混合料中起到了骨架支撐的作用，提升了混合料的抗壓強(qiáng)度，且隨著新集料用量增加越大，新集料的骨架結(jié)構(gòu)作用越明顯，其抗壓強(qiáng)度提升也越明顯[11]。

2.2 劈裂強(qiáng)度

不同新集料摻量下水泥冷再生混合料劈裂強(qiáng)度測試結(jié)果如表4所示。

表4 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料劈裂強(qiáng)度測試結(jié)果

由表4可知，摻加10%新集料后水泥冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度相比未摻加新集料的混合料提升了25%以上；且隨著新集料摻量增加，水泥冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度提升幅度較無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提升更明顯，摻加30%新集料的水泥冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相對(duì)于未摻加新集料的試件提升超過80%。這是因?yàn)槔湓偕旌狭媳馄綘铑w粒含量相對(duì)較大，且顆粒成分復(fù)雜，導(dǎo)致其劈裂強(qiáng)度較小[12]，而新集料的摻加，明顯提升了水泥冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度。

2.3 回彈模量

不同新集料摻量下水泥冷再生混合料回彈模量測試結(jié)果如表5所示。

表5 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料回彈模量測試結(jié)果

由表5可知，摻加新集料后水泥冷再生混合料的回彈模量提升明顯，且隨著新集料摻量增加，水泥冷再生混合料的回彈模量逐漸增加，這與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度結(jié)果一致；摻加30%新集料的水泥冷再生混合料回彈模量相對(duì)于未摻加新集料的試件提升了45%以上。這是因?yàn)槔湓偕旌狭系牧蕉嘈∮?9.5 mm，且顆粒強(qiáng)度較小，使得未摻加新集料的冷再生混合料回彈模量較小，摻加新集料后，水泥冷再生混合料的回彈模量提升。

3 水泥冷再生混合料穩(wěn)定性研究

冷再生混合料具有自身吸水率大、顆粒致密性差等特性，會(huì)導(dǎo)致水泥冷再生混合料遇水后強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。為此基于軟化系數(shù)和耐凍系數(shù)研究水泥冷再生混合料的水穩(wěn)定性和凍穩(wěn)定性，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 水穩(wěn)定性

參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51—2009)中的方法分別測試不同新集料摻量下水泥冷再生混合料飽水、未飽水劈裂強(qiáng)度，測試結(jié)果如表6所示，水泥冷再生混合料軟化系數(shù)如表7所示。

表6 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料飽水、未飽水劈裂強(qiáng)度測試結(jié)果

由表6、表7可知，隨著水泥劑量增加，水泥冷再生混合料的軟化系數(shù)略有提高；相同水泥劑量下，未摻加新集料的水泥冷再生混合料試件的軟化系數(shù)不足0.80，摻加新集料后其軟化系數(shù)明顯提高，新集料摻量大于20%、水泥冷再生混合料的軟化系數(shù)超過0.90，表明摻加新集料后其水穩(wěn)定性提升明顯。

表7 水泥冷再生混合料軟化系數(shù)

3.2 凍穩(wěn)定性

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51—2009)中的要求分別測試未經(jīng)凍融循環(huán)和經(jīng)過5次凍融循環(huán)的水泥冷再生混合料試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，不同新集料摻量下水泥冷再生混合料凍融、未凍融抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表8所示，水泥冷再生混合料耐凍系數(shù)如表9所示。

表8 不同新集料摻量下水泥冷再生混合料凍融、未凍融抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果

表9 水泥冷再生混合料耐凍系數(shù)

由表8、表9可知，相同水泥劑量下，未摻加新集料的水泥冷再生混合料試件的耐凍系數(shù)約為0.85，摻加新集料后其耐凍系數(shù)明顯提高，新集料摻量大于20%時(shí)，水泥冷再生混合料的耐凍系數(shù)超過0.93，這是因?yàn)槔湓偕旌狭系奈矢?、空隙率大，凍融過程中水分反復(fù)作用使混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降，而摻加新集料后其吸水率和空隙率均降低，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升，使得其抗凍融能力提升，耐凍系數(shù)明顯提高[13]。

4 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)水泥冷再生混合料可靠性驗(yàn)證

在對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型水泥冷再生混合料性能進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，新集料摻量30%、水泥劑量4%時(shí)，分別采用傳統(tǒng)靜壓成型法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制備水泥冷再生混合料試件，對(duì)比其性能以驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型水泥冷再生混合料的可靠性。兩種成型方法的水泥冷再生混合料性能測試結(jié)果如表10所示。

表10 兩種成型方法的水泥冷再生混合料性能測試結(jié)果

由表10可知，相對(duì)于傳統(tǒng)的靜壓成型方法，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制備的水泥冷再生混合料試件的力學(xué)性能和穩(wěn)定性能明顯提升，其中力學(xué)性能提升幅度在30%以上，且穩(wěn)定性能也略有提升。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)壓實(shí)法采用揉搓壓實(shí)工藝，混合料顆粒移動(dòng)更充分，使其制備混合料的密實(shí)度更高、性能更優(yōu)，可緩解靜壓成型法制備試件與現(xiàn)場芯樣性能相關(guān)性較低的問題；也說明相較于傳統(tǒng)靜壓成型法，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法用于室內(nèi)制備水泥冷再生混合料試件的可靠性更好。

5 結(jié)論

(1) 隨著新集料摻量增加，水泥冷再生混合料最佳含水量降低、最大干密度增加。

(2) 相同水泥劑量下，摻加新集料后水泥冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度明顯提升，提升幅度均在20%以上；摻加30%新集料的水泥冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度及回彈模量相較于未摻加新集料的試件分別提升了約50%、80%和45%。

(3) 相同水泥劑量下，隨著新集料摻量增加，水泥冷再生混合料的穩(wěn)定性逐漸增加，摻加30%新集料的水泥冷再生混合料的軟化系數(shù)和耐凍系數(shù)分別達(dá)到0.93和0.95以上。

(4) 相對(duì)于傳統(tǒng)的靜壓成型方法，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制備的水泥冷再生混合料試件的力學(xué)性能提升幅度在30%以上，且穩(wěn)定性能也略有提升。