沥青路面水泥就地冷再生基层路用性能研究

隋严春侯登高

1济南市规划设计研究院（250101）2济南市市政工程设计研究院（集团)有限责任公司（250000）

沥青路面水泥就地冷再生基层路用性能研究

隋严春1侯登高2

1济南市规划设计研究院（250101）2济南市市政工程设计研究院（集团)有限责任公司（250000）

为有效回收利用旧沥青路面材料，保证水泥就地再生结构层的使用性能，对旧沥青路面铣刨材料的物理力学性质进行了室内试验分析，对水泥就地冷再生基层进行了材料组成设计，并测定其无侧限抗压强度、抗收缩性能、抗冲刷性能等。试验结果表明：掺加水泥的旧沥青路面材料冷再生结构层力学指标能够满足规范要求，并且具有良好的抗收缩裂缝与抗冲刷性能。

水泥就地冷再生；无侧限抗压强度；抗收缩性能；抗冲刷性能

0 前言

近年来，随着我国公路事业的飞速发展，公路网日趋完善，新修公路比例逐渐减少，公路建设的重点将转向道路改建和大修工程。传统的道路翻修技术多采用拆除重建的方式，这在造成资源浪费的同时还将占用很多土地，破坏生态环境。水泥就地冷再生技术可以100%利用旧路材料，是一项符合我国可持续发展战略的节能环保措施[1]。

但由于旧路铣刨料的组成不同，其所形成的冷再生材料的组成也将存在差异，若直接作为道路基层使用，须进一步对其强度及路用性能指标进行研究[2～4]，从而为冷再生路面设计提供有益的参考。

1 原材料

1.1 旧路铣刨料

旧路铣刨料为泰安市泰楼路大修工程施工现场铣刨的旧沥青路面材料和二灰土基层材料。将取回的材料充分拌合后，用四分法取样，分别进行压碎值试验及筛分试验[5]。压碎值试验结果见表1。采用水筛法进行筛分试验，测定旧路面铣刨料的颗粒级配及粗细程度，以评定其工程可行性，为其配合比设计提供原始数据，其筛分结果见表2。

表1 旧路面铣刨料压碎值试验结果

由表1可知,旧路铣刨料的压碎值为23%,满足规范[6]要求，可以对其进行再生利用。

表2 旧路面铣刨料筛分结果

根据旧沥青路面铣刨料的筛分结果和规范[6]中的相关规定，绘制旧沥青路面铣刨料的颗粒级配和规定级配上下限曲线，见图1。

图1 级配曲线图

试验结果表明:

1）旧沥青路面铣刨料的颗粒级配符合规范[6]要求。

2）虽然通过0.6 mm筛孔的细料接近规范规定的级配下限，但考虑到冷再生材料用于较低等级的公路基层，重交通工具较少，完全可以满足路面的使用性能。

1.2 水泥

水泥采用山东宁阳鲁珠集团有限公司生产的PC32.5水泥，其详细技术指标见表3。

表3 PC32.5强度等级水泥技术指标

2 水泥冷再生材料的配合比设计

不改变旧沥青路面铣刨料的原颗粒级配，直接使用水泥对其进行稳定（水泥的掺量为3.5%、4.5%、5.5%），通过室内击实实验及7 d无侧限抗压强度试验[7]确定就沥青路面铣刨料的最佳含水率、最大干密度和水泥用量。水泥冷再生材料试验结果见表4及图2～图4。

表4 水泥冷再生基层材料力学指标

图2 水泥掺量与最佳含水率的关系

图3 水泥掺量与最大干密度的关系

图4 水泥掺量与无侧限抗压强度的关系

试验结果表明:

1）水泥冷再生材料的无侧限抗压强度满足规范[6]要求。说明该水泥冷再生材料可以直接用作泰楼路大修工程的基层。

2）由图2及图3可以看出，随着水泥剂量的增加，最大干密度和最佳含水率也不断增加。这是由于水泥剂量的增加使得水化反应所需的水不断增加，且水泥的密度要大于混合料的密度。

3）考虑旧沥青路面铣刨料颗粒级配情况，从图1中分析，旧沥青路面铣刨料的颗粒级配满足规范要求,再结合表4中无侧限抗压强度进行综合分析，该水泥冷再生基层采用碎0～31.5 mm（冷再生）、水泥（外掺）比例为100:4.5，最佳含水率为7.0%，最大干密度为2.15 g/cm3，7 d无侧限抗压强度值为4.60 MPa。

3 冷再生基层材料的路用性能试验

3.1 抗干缩性能试验

水泥稳定材料的干缩是因其内部水份的减少而引起的宏观体积收缩。

按以上确定的配合比制备中梁试件（尺寸：100 mm×100 mm×400 mm）,同时制备相同配合比的同级配水泥稳定碎石试件，与水泥冷再生材料形成比对试验，如图5所示[8]。

图5 干缩试验

干缩试验结果如表5所示:

表5 干缩试验结果

由表5可以看出，水泥冷再生材料的干缩系数要比同级配水泥稳定碎石小。分析原因，主要是由于旧路铣刨料中的沥青减少了水泥冷再生材料内部的孔隙，用水泥进行稳定后，水化产物将继续增加，从而使得其内部孔隙继续减少，导致混合料内部的水份不易蒸发，从而使得水泥冷再生材料具有良好的抗干缩性能。

3.2 抗温缩性能试验

水泥冷再生材料的温度收缩是不同颗粒构成的固、液、气三相在温度降低时相互作用的结果。其温缩裂缝可分为两种,一是由于存在较大温差，收缩应变超过极限拉应变而产生的开裂；二是在温差的反复作用下形成的疲劳开裂。

成型中梁试件（尺寸:100 mm×100 mm×400 mm），同时制备相同配合比的同级配水泥稳定碎石试件，与水泥冷再生材料形成比对试验。然后将试件放到养护箱内进行标准养生6 d，最后一天取出试件饱水24 h，将试件放入温度为105℃的烘箱中烘10～12 h[8]。

温缩性能试验结果如图6所示:

图6 温缩性能试验结果

试验结果表明:

1）当温度低于15℃左右时，随着温度的降低，温缩系数逐渐增大；高于15℃左右时，随着温度的升高，温缩系数逐渐增大。由此可知，温度过高或过低都对水泥稳定材料的抗温缩性能不利。

2）低温情况下，水泥冷再生材料的抗温缩性能较水泥稳定碎石要差一些，但考虑到材料用于泰安地区，气温一般不会低于-10℃，所以低温对其影响不大。

3.3 抗冲刷性能试验

半刚性基层的水损害是导致沥青路面早期破坏的一个主要因素，也是一直以来我国半刚性基层面临的一个技术难题。水泥冷再生材料是作为路面基层使用的，因此对其抗冲刷性能进行研究是十分必要的。

采用MTS万能试验机进行抗冲刷试验，并与相同配合比的同级配水泥稳定碎石进行比对试验。为了能更好地研究材料的抗冲刷性能，本文分三个时间段进行试验，且规定15 min/时段。首先对试件进行预冲刷，这样做可以减小因试件薄弱层造成的试验误差。根据以往研究经验，预冲刷时间选择3 min[8～10]。

抗冲刷试验结果如表6所示:

表6 抗冲刷试验结果

通过前3 min的预冲刷排除掉最开始的不稳定因素，然后再测其冲刷量。扣除预冲刷的时间，可以发现整个时间段内的冲刷率变化不大，因此取第30 min的冲刷率作为冷再生材料的抗冲刷性能评价指标。

由试验结果可以看出，28 d龄期水泥冷再生材料的冲刷率为1.60 g/min,与普通水泥稳定碎石相比减少了68%，可以看出，冷再生材料的抗冲刷性能非常突出。这主要是由于旧路铣刨料中沥青包裹了部分集料，减少了混合料中的孔隙，再经水泥稳定后，随着水化产物的增加，内部孔隙继续减少，从而使其具有良好的抗冲刷性能。

4 结论

通过对水泥冷再生材料的力学指标和路用性能进行的大量试验研究，可以得出以下结论:

1）水泥冷再生基层材料的力学强度完全满足路面设计的规范要求，且早期强度较大，有利于施工。

2）水泥冷再生材料具有较好的路用性能，尤其是良好的抗收缩性能和抗冲刷性能使其作为路面基层使用更具现实意义。

参考文献:

[1]范春娇.沥青路面就地冷再生技术研究[D].长安大学硕士学位论文,2008年.

[2]吕伟民,严家极.沥青路面再生技术[M].北京:人民交通出版社,1989.

[3]Jiri Fiser,Michal Varaus.Cold Recycling of Pavements in the Czech Republic.In:International RILEM Conference on the Use of Recycled Materials in Building and Structures, Bagneux,2004,3～7.

[4]李再新.水泥稳定碎石混合料路用性能及指标相关性研究[D].南京:东南大学,2007.

[5]JTGE 42-2005,公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2005.

[6]JTJ 034-2000,公路路面基层施工技术规范[S].人民交通出版社,2000.

[7]JTGE 51-2009,公路工程无机结合料稳定材料试验规范[S].人民交通出版社,2009.

[8]杨泉.水泥冷再生混合料在沥青路面大修工程中的应用研究[D].长安大学硕士论文,2011.

[9]李强,马松林,王鹏飞,等.水泥稳定废旧沥青混合料路用性能试验研究[J].公路交通科技,2004,21(5):25～28.

[10]沙爱民,胡力群.半刚性基层抗冲刷性能试验方法研究[J].中国公路学报,2002,15(2):4～7.