铣刨料掺量对水稳碎石基层路用性能的影响分析

赵 浩

(山西路桥隰吉高速公路有限公司，山西 临汾 041300)

0 引言

水稳碎石基层铣刨料回收利用，不仅可以节约原材料，降低成本，还可以减少环境污染，保护自然环境[1]。然而，铣刨料还具有吸水率高、压碎值较高等缺点，会对水稳碎石基层路用性能产生一定的影响[2]，这也限制了铣刨料的回收用量。随着铣刨料掺量的增加，会提高水稳碎石基层混合料的最佳含水量，降低最大干密度，对基层强度、刚度、干缩抗裂性能和抗冲刷性能也会产生较大影响[3]。不同粒径的铣刨料的物理力学性能存在较大差异，对基层路用性能的影响也不同。粒径越小铣刨料含有的杂质越高[4]，一般不能直接回收利用。为了研究铣刨料掺量对水稳碎石基层路用性能的影响，分别对不同掺量的基层混合料开展试验，收集试验结果作为分析依据，也可为合理确定铣刨料掺量提供参考。

1 原材料与配合比设计

1.1 原材料选配

铣刨料选用山西省太原市某市政道路水稳碎石基层铣刨旧料，开展试验对铣刨料压碎值、表观密度、含泥量等技术参数进行分析，并通过筛分确定不同粒径铣刨料分布情况。水泥选用鸣条岗P.C42.5，碎石产地为解州。铣刨料压碎值为23.7，新集料压碎值12.4。水泥初凝时间为76 min，终凝时间为155 min，粗集料选用5 mm～30 mm碎石，细集料选用中粗砂，铣刨料和新集料各技术参数检测结果如表1所示。

表1 铣刨料和新集料各技术参数检测结果

1.2 配合比设计

铣刨料选用粒径为4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～19 mm，19 mm～31.5 mm三种规格，由于4.75 mm以下的铣刨料杂质含量较高，故采用新集料代替，筛分后的铣刨料级配如表2所示。

表2 筛分后的铣刨料级配区间

为了验证铣刨料掺量对基层路用性能的影响，分别选取不同掺量的水稳碎石基层混合料开展试验检测分析基层的力学性能、干缩抗裂性能和抗冲刷性能。试验水稳碎石基层混合料的水泥剂量为5%，铣刨料掺量分别为0%，20%，40%，60%，80%，100%。通过对不同掺量的水稳碎石基层混合料开展击实试验，合理确定最佳含水量、级配，确定混合料配合比。

2 试验方案

选取不同的铣刨料掺量，分别制备再生水稳碎石基层混合料，制备试件在达到一定的养生时间后开展试验，对水稳碎石基层混合料的抗压强度、疲劳强度、干缩抗裂性和抗冲刷性能进行检测，分析确定水稳碎石基层的路用性能。铣刨料掺量分别为0%，20%，40%，60%，80%，100%，制备试件在养生期达到7 d时开展抗压强度试验，养生期达到28 d分别开展疲劳强度、干缩抗裂性和抗冲刷性能试验。抗压强度试验、劈裂强度试验、刚度、抗冲刷性能试验试件采用圆柱形试件，试件直径和高度均为150 mm，抗压强度试验、劈裂强度试验仪器选择建力YAW-2000型压力试验机，抗冲刷性能试验采用和晟HS-3001A型万能试验机。再生水稳基层混合料干缩抗裂性能试验试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm(长×宽×高)，试验仪器选用立式支架和千分表。试件成型采用静压法，上述试验方法均按照JTG E51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程对相关指标的测试方法开展。

3 铣刨料掺量对水稳基层路用性能影响分析

3.1 力学性能试验结果分析

分别选取铣刨料掺量为0%，20%，40%，60%，80%，100%制备水稳碎石基层混合料，制备试件开展力学性能试验，对7 d抗压强度和28 d劈裂强度进行检测，试验结果如表3所示。

表3 不同铣刨料掺量水稳碎石混合料强度试验结果

分析表3数据，可以得出随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层混合料的抗压强度和劈裂强度检测值不断下降，其中7 d抗压强度从6.6 MPa下降到5.3 MPa，下降幅度达到19.7%，28 d劈裂强度从0.84 MPa下降到0.62 MPa，下降幅度达到26.2%。这是由于与普通的碎石相比，铣刨料的压碎值较大，所形成的骨架结构稳定性较差，进而使水稳基层的力学性能下降[5-6]。

3.2 刚度试验结果分析

根据JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则中的相关规定，水稳碎石基层混合料刚度采用抗压回弹模量试验进行检测。本项目施工过程中选取6组试件，铣刨料掺量分别为0%，20%，40%，60%，80%，100%，分别在养生龄期为7 d，28 d，60 d和90 d时开展抗压回弹模量试验，试验结果如表4所示。

分析表4所列水稳碎石基层混合料抗压回弹模量试验数据，可以得出随着龄期的增加，抗压回弹模量不断提高，而随着铣刨料产生了的增加，基层混合料抗压回弹模量不断下降[7-8]。

3.3 干缩抗裂性能试验

与其他半刚性基层一样，干缩也是水稳碎石基层的主要缺点。对不同铣刨料掺量的水稳碎石基层混合料开展干缩抗裂性能试验，不同铣刨料掺量28 d干缩系数变化曲线如图1所示，不同龄期28 d干缩系数变化曲线如图2所示。

分析图1曲线变化情况，随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层28 d干缩系数不断提高，水稳碎石基层的干缩抗裂性能不断下降，说明铣刨料对水稳碎石基层的干缩抗裂性能是不利的。铣刨料掺量为0%时干缩系数为77.5×10-6，掺量为100%时28 d干缩系数为91.2×10-6。这是由于铣刨料中含有大量的水泥砂浆，吸水率大大提高，造成基层混合料的失水量增大，干缩变形增大，进而使干缩系数增大，混合料干缩性能下降。

分析图2铣刨料掺量为100%和0%的水稳碎石基层混合料养生龄期内干缩系数变化曲线，前14 d铣刨料掺量为100%的混合料干缩系数较未掺配铣刨料小，随着养生期的增加干缩系数大幅升高，超过了未掺配基层混合料。另外，未掺配基层铣刨料基层混合料干缩系数随龄期增长速度平缓，而铣刨料掺量为100%的基层混合料干缩系数波动较大。分析原因还是与铣刨料的吸水率大有关，使干缩系数大幅提高。铣刨料掺量为100%的水稳碎石基层混合料的28 d干缩系数为85，未掺配铣刨料的水稳碎石基层混合料为68，对比分析得出28 d干缩系数提高了20%。

3.4 抗冲刷性能试验

水稳碎石基层容易磨损，在水流冲刷作用下容易产生损失，冲刷质量损失率也是基层抗冲刷性能的重要评价指标。分别对不同铣刨料掺量的水稳碎石基层混合料开展抗冲刷性能试验，试验结果如图3所示。

分析图3不同铣刨料掺量基层冲刷质量损失率曲线变化情况，随着铣刨料掺量的增加，混合料冲刷质量损失率不断提高。未掺配铣刨料的基层混合料冲刷质量损失率为0.51%，铣刨料掺量为100%的基层混合料冲刷质量损失率为0.94%，增加幅度达到84.3%。分析原因是由于随着铣刨料掺量的增加，细集料含量不断提高，造成基层混合料的冲刷损失质量增大[9]。

4 结语

为了分析铣刨料掺量对水稳碎石基层路用性能的影响，开展试验，对不同掺量的水稳碎石基层混合料力学性能、刚度、干缩抗裂性能和抗冲刷性能进行检测，分析后得出以下结论：

1)随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层的7 d抗压强度和28 d劈裂强度不断下降，分析原因是由于铣刨料的压碎值较大，所形成的骨架结构稳定性较差造成的。

2)随着龄期的增加，抗压回弹模量不断提高，而随着铣刨料产生了的增加，基层混合料抗压回弹模量呈现下降的趋势。

3)随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层的干缩系数不断提高，抗裂性能不断下降，分析原因是由于铣刨料中含有大量的水泥砂浆，吸水率和失水率均较高造成的。

4)随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层的冲刷质量损失率不断提高，抗冲刷性能不断下降，分析原因是由于铣刨料中含有大量的细集料，掺量越高细集料含量越高，基层混合料冲刷损失质量越大，抗冲刷性能越大。

总之，随着铣刨料掺量的增加，水稳碎石基层路用性能均有一定幅度的下降，应根据设计要求合理确定铣刨料的掺量。