水泥稳定沥青路面冷再生基层材料设计

魏翻，王汛杰，刘刚

(1.长安大学公路学院，陕西西安　710064；2.四川省第四建筑工程公司，四川德阳　618000)



水泥稳定沥青路面冷再生基层材料设计

魏翻1，王汛杰1，刘刚2

(1.长安大学公路学院，陕西西安710064；2.四川省第四建筑工程公司，四川德阳618000)

研究以水泥为稳定剂的沥青路面冷再生基层材料的组成设计，对旧沥青路面材料以及掺加新料进行分析，确定几种新、旧料掺配比例。通过击实试验确定再生混合料的最佳含水率和最大干密度，采用7 d无侧限抗压强度试验确定掺配比例和水泥用量。最后对劈裂强度、抗压回弹模量等力学性能进行分析。结果表明：当旧料与新料(粒径10～30 mm)的掺配比例为80:20、水泥稳定中粗粒土中水泥的质量分数为5%时再生混合料强度较高，符合经济性要求，且具有良好的力学性能。

旧沥青路面；公路基层；冷再生；配合比

我国的道路建设经过几十年的发展，取得了巨大成就，在已经建成的各级公路和城市道路中，半刚性基层沥青路面占有较大的比例[1-2]。而早期修建的沥青路面逐渐进入大中修和改建时期，需要进行翻修处理，传统的处理方法是挖除旧路面材料后重新铺设新路面结构层[3]，不仅造成材料浪费，而且对环境造成污染。回收利用废旧的沥青路面材料，使之得到重新利用，变废为宝，可以节约资源，降低能耗，减少环境污染[4-7]。冷再生技术经过国内外多年的研究和实践，是解决废旧沥青路面材料的有效途径[8-10]，越来越受到关注。同时，冷再生技术具有常温下施工、能耗低、施工方便等优点[11-12]。然而由于旧路面材料中各种粒径的颗粒组成不同，所形成的再生混合料的组成也各不相同，其性能也存在差异，因此有必要对再生混合料的组成设计进行研究，为路面设计提供可靠的参数。

1　原材料性质

1.1回收旧沥青路面材料

图1　RAP筛分结果曲线

回收沥青路面材料(reclaimed asphalt pavement， RAP)为某一级公路养护过程中铣刨的沥青混凝土面层材料，对RAP进行抽提，抽提后按照文献[13]中规定的试验方法对集料进行有关性能测试，集料的各项指标基本满足规范要求，因此RAP可以回收利用。对RAP进行筛分试验，筛分曲线见图1。

由筛分曲线可知，旧沥青路面材料中粒径大于9.5 mm粒料的质量分数较小，0.075 mm以下的粒料几乎没有，0.6 mm筛孔的通过率较低，筛分级配超出了文献[14]规定的一级公路基层的级配范围，说明旧沥青路面材料中，粗集料和细集料的质量分数较小，中间粒径集料的质量分数较大。

1.2新集料、水泥

掺加的新集料选用10～30 mm的石灰岩碎石，按照文献[13]中规定的试验方法进行有关性能测试，均满足规范要求。

水泥采用P.0.32.5普通硅酸盐水泥，按照文献[15]中规定的试验方法进行有关性能测试，试验结果见表1，均符合规范要求。

表1　水泥性能测试结果

2　配合比设计

2.1再生混合料级配

根据旧沥青路面材料的筛分结果，旧料里中间粒径颗粒的质量分数较大，颗粒偏细，较粗集料的质量分数偏小，所以考虑掺加10～30 mm的新骨料来调整级配。将新料进行筛分，在RAP中分别加入20%、30%、50%的新料，即RAP与新料的质量比例分别为80:20、70:30、50:50，编号分别为R80、R70和R50，不添加新料编号为R100,合成级配及级配曲线如图2所示。

图2　不同掺配比例的级配曲线

由图2可以看出，掺加20%新骨料的级配曲线与规范级配范围的中值更接近，而掺加30%新骨料的级配曲线已经接近规范的级配下限，掺加50%新骨料的级配已经超出了规范的级配下限，为了研究再生混合料的性能，采用这四种不同掺配比例的级配进行试验。

2.2击实试验

根据规范建议的水泥稳定中、粗粒土中水泥的质量分数宜为3%～7%，故选取水泥的质量分数为4%、5%和6%对不同掺配比例的再生混合料分别进行击实试验，确定其最佳水的质量分数和最大干密度，试验结果如表2所示。

表2　击实结果

根据击实试验结果可知，同一掺配比例下，随着水泥的质量分数的增加，最佳水的质量分数和最大干密度都在增大；水泥的质量分数相同时，随着新料掺加比例的增大，最佳水的质量分数稍有减小，而最大干密度逐渐增大，说明新料掺配比例的变化对水的质量分数影响不显著，而干密度增加说明新掺碎石的密度比RAP大。

2.3无侧限抗压强度试验

图3　不同掺配比例的7 d抗压强度

抗压强度是水泥稳定类材料性能的基本指标，根据击实试验确定出的最佳含水率和最大干密度，按照文献[16]的规定成型试件，进行7 d无侧限抗压强度试验,取90%保证率的抗压强度为代表值，结果如图3所示。

由图3可知，不掺加新料和新料掺加比例为50%时混凝土的强度均低于3 MPa，不满足文献[14]对一级公路基层强度为3～5 MPa的要求，新料掺加比例为20%和30%时强度较高，均大于3 MPa，满足规范要求，且新料掺加比例为20%时强度最高，所以最终确定的级配是R80，即RAP与新料的质量比例为80:20，RAP料得到了充分利用，符合经济性要求；随着再生混合料中水泥的质量分数的增加，强度均逐渐增大，水泥的质量分数从4%增加到5%时强度增长显著，从5%增加到6%时，强度变化很小，且考虑到水泥用量过多，基层可能会产生收缩开裂，所以最终确定再生混合料中最佳水泥的质量分数为5%。

3　力学性能分析

对再生混合料的无侧限抗压强度研究的基础上，主要从劈裂强度和回弹模量两个方面来研究其力学性能，对确定的级配和水泥用量根据文献[16]成型Ф150 mm高150 mm标准圆柱体试件，标准养生至不同龄期，分析劈裂强度和抗压回弹模量随龄期的变化。

3.1劈裂强度

图4　劈裂强度随龄期的变化

劈裂强度是进行路面结构设计和力学验算的重要参数，成型的试件养生至不同龄期进行劈裂强度试验，分别测定7、14、28、60、90、180 d的劈裂强度，取90%保证率的劈裂强度代表值，试验结果见图4。

由图4可知，再生混合料的劈裂强度随龄期的增加而逐渐增大，7 d的劈裂强度为0.236 MPa，14 d为0.357 MPa， 7～14 d劈裂强度的增长幅度为51.3%；28 d的劈裂强度为0.535 MPa，7～28 d劈裂强度的增长幅度为49.8%；60 d的劈裂强度为0.586 MPa， 28～60 d劈裂强度的增长幅度为9.5%，28 d的劈裂强度是180 d的85.1%，所以再生混合料早期劈裂强度增长较快，28 d时劈裂强度已基本形成， 28 d后随龄期的变化，劈裂强度增长缓慢。

图5　抗压回弹模量随龄期的变化

3.2抗压回弹模量

抗压回弹模量是表征材料性能的重要指标，对成型的试件养生至不同龄期进行抗压回弹模量试验，分别测定7、28、60、90、180 d的抗压回弹模量，试验结果如图5所示。

由图5可以看出，随着龄期的增长，再生混合料的抗压回弹模量逐渐增加，7 d的回弹模量达到916 MPa，90 d时达到1 302 MPa，增长幅度为42.1%，180 d时回弹模量为1 327 MPa，与90 d相比增长幅度为1.9%。7～90 d增长速率较快，90 d后增长速率趋于平缓，抗压回弹模量已基本趋于稳定，说明抗压回弹模量在90 d时已基本形成。

4　结论

1)根据RAP筛分结果，在RAP里掺加10～30 mm的石灰岩碎石对级配进行调整，采用7 d无侧限抗压强度指标进行设计，综合强度和经济性要求，最后确定RAP与新料(10～30 mm)的质量比例为80:20，水泥的质量分数为5%。

2)再生混合料的劈裂强度随龄期逐渐增大，早期劈裂强度增长较快，28 d时劈裂强度已基本形成，28 d后随龄期的变化，劈裂强度增长缓慢。

3)随龄期的增长，再生混合料的抗压回弹模量逐渐增加，7～90 d增长速率较快，90 d后已基本趋于稳定，说明90 d时再生混合料的抗压回弹模量已基本形成。

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(责任编辑：郎伟锋)

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，四川绵阳人，硕士研究生，主要研究方向为路基路面结构与材料，E-mail：geluliwei@163.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2016.03.013

U416.217

A

1672-0032(2016)03-0073-05