再生水泥稳定碎石材料级配设计研究

吴正光 刘安安 杨宇轩 顾万 王彤

摘要：针对旧路面回收料的特点，选择不同再生料掺配率，采用分档利用方式进行级配设计。以C-B-3级配为目标级配，P·O42.5水泥为胶结料，配置再生料掺量为30%和50%的RA（旧水泥混凝土路面材料）型和RA-RAP型（由旧水泥混凝土路面和沥青混凝土路面组合而成）水泥稳定碎石材料。采用重型擊实法、振动压实法和静压法三种方式确定最佳含水量和最大干密度。

Abstract： According to the characteristics of the old pavement recycled materials， the blending ratio of different recycled materials is selected， and the grading design is adopted by using the splitting mode. Targeted with CB-3 grade， P·O42.5 cement is cemented， with RA （Old Cement Concrete Pavement） type and RA-RAP type （from old and old） with 30% and 50% recycled materials. Cement concrete pavement and asphalt concrete pavement are combined） cement stabilized macadam material. The optimum water content and maximum dry density were determined by three methods： heavy compaction， vibratory compaction and static pressure.

关键词：道路工程;级配设计;水泥稳定碎石;最佳含水量;最大干密度

Key words： road engineering;gradation design;cement stabilized macadam;optimum water content;maximum dry density

中图分类号：U414                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）36-0142-02

0  引言

随着国家基层设施建设进程加快，建筑材料的开发及加工加速了资源的消耗和环境的破坏。据统计，2016年末全国公路总里程达469.63万公里[1]，我国国省干线公路每年大中修里程占总里程的比例约为13%[2]，道路的改扩建工程中会产生大量的废弃路面材料，如何有效地处置旧路面翻修产生的废弃物已成为必须面对和解决的问题。

张西棉[3]等对就地冷再生基层应用技术进行了研究，室内试验研究结果表明，影响冷再生混合料强度的主要因素是水泥掺量和级配并推荐设计的水泥用量5.0%左右。王真[4]等研究表明，沥青或水泥用量将显著影响冷再生混合料的疲劳性能。肖建庄[5]、熊子君[6]等就再生集料的定义、分类及再生集料的各项性能进行了研究，认为经过适当的加工处理，能够得到符合规范要求的再生骨料或高质量的再生骨料。

本文主要针对旧路面回收料的特点，通过选择不同的再生料掺配率，采用分档利用方式进行级配设计。研究在不同成型方式、不同再生料掺配率下水泥稳定碎石最大干密度和最佳含水量的变化情况。

1  配合比设计

1.1 集料筛分

本文采用瑞昌恒立矿业有限公司生产的碎石、石屑分别为1#料（26.5～31.5mm）、2#料（13.2～26.5mm）、3#料（4.75～13.2mm）、4#料（0～4.75mm）。采用扬州惠民再生资源有限公司生产的再生集料，每档再生集料粒径大致范围为1#料（15～30mm）、2#料（5～15mm）、3#料（0～5mm）。为了与天然集料进行区分，3种规格的再生粗集料由大到小分别称为再生1#料～再生3#料。

1.2 集料级配

对于水泥稳定碎石或水泥稳定砾石的级配范围，新规范做出了专门的规定。C-B-3级配要求0.075mm筛孔通过率为0～3%，较C-B-1和C-B-2级配要求的2%～5%小，在水泥稳定碎石或砾石中0.075mm以下含量较高时，将影响混合料的收缩性能，容易开裂，因此C-B-3级配具有更好的抗开裂性能。通过综合对比，本文选用C-B-3级配范围来进行级配设计，选取水泥剂量4.5%作对比试验。

采用数据规划求解方法，以C-B-3级配范围上下限为约束条件，分别以RA掺量和RAP+RA掺量最大为设计目标，求得满足C-B-3级配范围的最大再生料掺量，得到RA最大掺量为60%，RA+RAP最大掺量为64%，考虑到再生骨料表面附着着一层水泥浆可能对混合料级配产生一些影响，故选择两种再生料取代率为50%试验设计级配共五组，各组中天然料、RA、RAP的掺量分别为：100：0：0、70：30：0、70：22：8、50：50：0、50：36：14，各组编号及集料掺配比例见表1。

2  不同击实方式对最大干密度和最佳用水量的影响

2.1 击实试验方法

2.1.1 重型击实法试验

用天平秤取5～6份已风干试料，根据材料不同配合比原材料的密度不同。每份试料质量在5.4～5.8kg之间。预定5～6个不同的含水量，依次相差0.5%對试料进行浸润。将水泥加入浸润4h后的试样中并拌和均匀，分三次装入试筒，每层锤击98次。三次击实完成后，用脱模器推出试样，把试件打破，从试样内部取有代表性的样品2kg，测定其含水率。

2.1.2 振动压实法试验

用天平秤取5～6份已风干试料，根据材料不同配合比原材料的密度不同。每份试料质量在5.5～6.5kg之间。预定5～6个不同的含水量，为精确进行三种试验含水量—干密度曲线的对比，本试验采用与重型击实试验相同的含水量差值对试料进行浸润。将水泥加入浸润4h后的试样中并拌和均匀，采用用四分法，将对角的混合料依次装入试模中。振动完毕后，将试模取出，用刮土刀挂平混合料。用脱模器推出钢模内混合料，用锤打碎混合料，从中间取2500g混合料，放入烘箱烘干，测定其含水率。

2.1.3 静压法试验

用天平秤取5～6份已风干试料，每份试料重量约6000kg～6500kg。预定5～6个不同的含水量，依次相差0.5%。以比预定的含水量低1%的含水量进行浸润，加入预定数量的水泥并拌合均匀，在拌合过程中将预留的水加入。将混合料分3次装入试模，每次装入后用进行插捣，装填过程中应保证均匀装填。将装填好的试模放在压力机上，以1mm/min的加载速率加压到450kN，稳压2min后卸载。

2.2 试验结果与分析

将三种击实试验的试验结果绘制成曲线图，以含水量为横坐标，干密度为纵坐标，绘制含水量—干密度曲线。将实验各点采用二次曲线拟合，曲线的顶点对用的值就是最佳含水量，最大干密度。三种试验的含水量—干密度曲线，分别如图1～3所示。

由图1～3可以看出，采用重型击实法、振动压实法和静压法所得出的五种配比材料的干密度和含水量曲线可以连成完整的凸型曲线，说明三种方法都能得到水泥稳定碎石材料的最佳含水量和最大干密度。采用二次曲线方法拟合曲线，得到三种试验方法的最佳含水量和最大干密度分布图见图4。

由上图可知，采用重型击实试验方法、振动压实试验方法和静压法都能得到水泥稳定碎石材料的最佳含水量和最大干密度，采用击实法和静压法测得的最大干密度数值相近，击实法所得的最佳含水量较静压法略大。但振动法所得的最大干密度比击实法和静压法所得的大，而含水量较击实法和静压法所得的小。本文采用重型击实法所得的最佳含水量和最大干密度进行试件成型。

3  结论

①经过综合分析，选用C-B-3级配、水泥剂量4.5%、再生料掺配率30%、50%进行配合比设计。②在水泥稳定碎石材料中加入RA和RAP后，材料的最大干密度会减小，且减小量与RA和RAP的总掺加量有关。③采用击实试验方法、振动试验方法和静压法都能得到水泥稳定碎石材料的最佳含水量和最大干密度，但振动法所得的最大干密度比击实法和静压法所得的大，而含水量较击实法和静压法所得的小。重型击实试验结果更适用于室内试验的研究。

参考文献：

[1]高磊.乳化沥青冷再生混合料的裂纹发展行为及抗裂机理研究[D].东南大学，2016.

[2]孔斌. 水泥稳定碎石冷再生基层技术应用研究[D].重庆交通大学，2010.

[3]张西棉. 水泥稳定就地冷再生基层应用技术研究[D].长安大学，2010.

[4]王真，何亮，张捷，等.乳化沥青冷再生混合料疲劳性能试验研究[J].公路，2010（12）：160-163.

[5]肖建庄，雷斌，袁飚.废混凝土再生粗集料性能试验与分级标准研究[J].四川大学学报（工程科学版），2009，41（S1）：23-28.

[6]熊子君.旧路面废弃混凝土集料化及其路用性能研究[D].广州大学，2016.

[7]Taha Ramzi. Evaluation of Cement kiln Dust-Stabilized Reclaimed Asphalt Pavement Aggregate Systems in Road Bases[J]. Transportation Research Record， 2003，2： 11-17.