再生水泥稳定碎石试验研究与工程应用

2016-11-17李丽慧马金柱王运中

福建交通科技 2016年5期

关键词：许昌集料碎石

■李丽慧马金柱王运中

（1.许昌学院　土木工程学院，许昌　461000；2.河南万里路桥集团有限公司，许昌　461000）

再生水泥稳定碎石试验研究与工程应用

■李丽慧1马金柱1王运中2

（1.许昌学院土木工程学院，许昌461000；2.河南万里路桥集团有限公司，许昌461000）

利用道路改建工程中水泥稳定碎石基层铣刨破碎而成的再生集料，进行了再生水泥稳定碎石配合比设计。试验表明，再生水泥稳定碎石级配较好，可以全部用于再生水泥稳定碎石基层中，回收的水泥稳定碎石铣刨料掺加35%的天然碎石，可以达到设计要求，满足工程应用的需求，工程应用效果良好。

水泥稳定碎石再生配合比设计无侧限抗压强度双层连铺

1　引言

水泥稳定碎石基层具有强度高、刚度大、整体性强、耐久性好等特点，是我国高等级公路基层和底基层广泛应用的一种结构型式［1］。我国每年都有大量的公路及城市道路因达到设计使用年限和由于交通量的迅速增长或超载等原因提早发生破坏的路面都需要进行改造［2-3］。路面改造工程产生大量的废旧水泥稳定碎石，如果将其作为建筑垃圾废弃，将加剧建筑垃圾所带来的深远影响；如果回收、破碎成再生集料用于水泥稳定碎石基层中，不仅能从根本上解决废弃水泥稳定碎石的处置问题，而且可以节省天然集料资源，缓解集料供求矛盾，有利于生态环境的保护。本研究以河南地区某道路工程大修项目为依托，进行水泥稳定碎石基层配合比设计，并应用于该项目中，以探讨河南地区再生集料再生水泥稳定基层的可行性。

2　原材料试验

2.1再生集料

再生集料为河南某道路改建工程中旧水泥稳定碎石基层的铣刨料。经过试验测得再生集料的压碎值为27.6%。满足规范对水泥稳定碎石集料的技术要求，但是强度低于天然集料。究其原因：由于再生粗集料表面水泥砂浆含量较高且粘结较弱，导致再生粗集料较天然粗集料易破碎。所以强度低于天然集料。由铣刨料组成的再生集料级配组成见表1。从表1可以看出19mm以上粒径所占比例较少。

表1　再生集料级配

2.2天然集料

由于水泥稳定碎石再生集料中大粒径所占比例偏少，而且物理力学性能往往不均匀［4］，离散性较大，在施工过程中，可能出现粗细料离析、强度不均匀等质量问题［5］。因此，本项目以再生集料为主，掺加一定比例的天然集料，以改善其级配，提高再生水泥稳定碎石的品质。掺加的天然集料粒径为9.5～19mm的碎石。

2.3水泥

水泥为许昌豫新P.O32.5水泥，初凝时间为166min，终凝时间为262min，满足《通用硅酸盐水泥标准》GB175-2007要求。

3　配合比设计

3.1集料组成设计

高等级公路宜用骨架密实型水泥稳定类材料基层。以再生骨料为主要成分（级配曲线见图1），拟配制成3种比例骨架密实型级配水泥稳定碎石集料，分别为45%碎石+55%再生集料（简称1#集料）、40%碎石+60%再生集料（简称2#集料）和35%碎石+65%再生集料（简称3#集料）。根据混合料筛分结果（见表2和图2），三种级配的集料基本都符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）（简称规范1）［6］和《公路沥青路面设计规范》［JTGD50—2015］（简称规范2）［7］对高等级公路水泥稳定碎石的集料级配要求，结合经济因素和环境保护方面的因素，选择3#集料进行配合比设计。

表2　3种比例的集料通过下列方筛孔的质量百分率

图1　再生集料级配曲线

图2　3种比例的集料级配曲线

3.2最佳含水量的确定

采用水泥用量为 4.0%，进行击实试验，确定最佳干密度和最佳含水率，无侧限抗压强度设计要求大于等于3.5MPa。采用击实法成型试件。试件从试模内脱出后，立即用塑料薄膜包覆，置于养护室标准养护6d，浸水1d后，进行7d无侧限抗压强度试验。击实试验结果见表3。

表3　击实试验结果

经过击实试验，得到再生水泥稳定碎石的最佳干密度为2.232g/cm3，最佳含水量为7.4%。

3.3无侧限抗压强度

按最佳含水量采用重型击实法制作试件，养生后的再生水泥稳定碎石的无侧限抗压强度为4.7MPa，达到了设计强度目标值≥3.5MPa的要求。

4　工程应用

河南地区某道路属于城市次干路，但是，与外环路相连，重载车辆通行量较大。该路为沥青混凝土路面，基层结构为18cm5%水泥稳定碎石+18cm4%再生水泥稳定碎石。由于旧路基层水泥稳定碎石铣刨产生的集料有限，并且在收集过程中有一定损失，所以只在底基层中进行了应用，收集的集料全部利用。底基层采用以35%天然碎石+65%再生集料，4%水泥的配合比。

旧路水泥稳定碎石基层铣刨后，运至拌和场进行厂拌再生。由于双层连铺技术有利于减少基层裂缝、提高基层的整体稳定度和强度、缩短工期、减少养生时间和成本、增加层间黏结［8］，所以该项目在铺筑了试验段后，采用水泥稳定碎石基层双层连铺技术施工。施工过程中，为了达到层间连续，增加上下层黏结的目的，尽量控制上下基层的作业间距，下基层以50m为一段，下基层摊铺、压实结束后，立即进行上基层的施工，上下基层施工的时间间隔不超过3h。压实作业采用静压2遍，振动压实4遍，静压2遍。施工7d后，进行芯样钻取。芯样完整良好，上下基层连接紧密，整体好，芯样强度全部合格，均达到设计强度目标值≥3.5MPa的要求。

通车2年后，全面调查路况，未发现路面有开裂及其他病害，与同期新建道路相比，路面质量更优。表明水泥稳定碎石双层连铺技术应用效果良好，以再生集料为主的水泥稳定碎石可用于路面底基层。