探讨沥青路面养护工程铣刨料掺量对水稳碎石基层性能的影响

刘天鹏

（贵州省兴义公路管理局,贵州 兴义 562400）

0 引言

沥青路面铣刨料二次利用，一方面能降低资源浪费，减少投资费用，另一方面能防止环境污染，实现节能环保的目标[1]。但由于铣刨料吸水能力强、压碎值高，会严重降低水稳碎石基层的路用性能，这在一定程度上降低了其利用率。铣刨料比例的逐渐增大，基层混合料吸水性能显著增加，干密度下降，严重降低基层强度、刚度、抗裂及抗冲刷性能。铣刨料粒径差异不仅影响其力学性能，而且对基层路用性能具有重要影响[2]。其粒径较小时，内部杂质越多，通常无法直接应用。为全面探究铣刨料掺量对水稳碎石基层路用性能的影响，该文针对各种掺量基层混合料实施试验分析，得到相关试验参数，以确定最佳的水稳碎石基层铣刨料掺量[2]。

1 原材料与配合比设计

1.1 原材料选配

试验采用某普通公路沥青路面铣刨旧料，利用筛分法对其相关指标进行检测分析，确定各粒径铣刨料含量，水泥为P.C42.5。铣刨料和新集料压碎值分别为23.7和12.4。水泥初凝、终凝时间分别为76 min和155 min，粗集料主要采用5~30 mm粒径的级配碎石，细集料采用中粗砂，其中铣刨料、新集料相关指标检测值如表1所示。

表1 铣刨料和新集料相关指标检测值

1.2 配合比设计

铣刨料规格为4.75~9.5 mm、9.5~19 mm、19~31.5 mm，因粒径小于4.75 mm的铣刨料含泥量较大，经研究决定改用新集料，筛分后铣刨料级配区间状况如表2所示。

表2 筛分后的铣刨料级配区间

为证实铣刨料掺量对基层相关性能造成的影响，先后采用铣刨料含量不同的基层混合料进行试验检测，全面分析道路基层力学性能、刚度、抗裂及抗冲刷性能。试验采用水泥含量为5%，铣刨料含量依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%。分别对各掺量铣刨料基层试件实施击实试验，准确测得最佳含水率、级配，得出最佳配合比[4]。

2 试验方案

采用各铣刨料掺量，先后制作水稳碎石基层试件，待其达到规定养护期限后，对其实施试验检测，依次测出各项指标，并确定其具体路用效果[5]。

（1）铣刨料含量依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%，标准试件在养护7 d后进行抗压检测，养护28 d后依次进行疲劳强度、抗裂及抗冲刷性能检测。

（2）强度、刚度、抗冲刷检测构件为圆柱形，其规格为：直径d=150 mm，高度h=150 mm，抗压及劈裂性能检测设备采用建力YAW-2000型液压机，抗冲刷检测则采用和晟HS-3001A型多功能检测机。

（3）抗裂性能检测试件规格为：100 mm×100 mm×400 mm（长×宽×高），检测设备为立式支架机千分表。通过静压法进行检测，以上试验均依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51—2009）的相关规定进行。

3 铣刨料掺量对水稳基层性能影响分析

3.1 力学性能试验

依次按照铣刨料比例为0%、20%、40%、60%、80%、100%标准拌制混合料，并制备各规格试件实施试验检测，先后测得试件标准养护7 d后的抗压强度及28 d劈裂强度，检测数据如表3所示。

表3 各铣刨料掺量水稳碎石混合料强度检测结果

通过表3能够看出，当铣刨料掺量逐渐增大时，其水稳碎石基层混合料抗压及劈裂强度逐渐降低，7 d无侧限抗压强度值由最初的6.6 MPa降至5.3 MPa，降幅高达19.7%，其28 d劈裂强度则由初期0.84 MPa降至0.62 MPa，降幅达26.2%。主要是因为铣刨料较一般碎石压碎值较高，构成的结构体系较为松散，缺乏稳定性，从而导致沥青道路基层各项指标显著降低[6]。

3.2 刚度试验

依据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20—2015）相关技术标准，采用抗压回弹模量试验能准确确定基层混合料刚度。该试验检测共使用6组标准试件，铣刨料掺量依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%，先后在标准养护7 d、28 d、60 d、90 d时进行抗压回弹模量检测，具体检测数据如表4所示。

表4 水稳基层混合料抗压回弹模量检测数据

通过表4能够看出，水稳碎石基层混合料龄期越长，其抗压回弹模量越高；混合料中铣刨料掺量越大，则其抗压回弹模量就越低。

3.3 干缩抗裂性能试验

和其他类型的半刚性基层相同，水稳碎石基层同样具有较强的干缩性，严重降低其使用性能[7]。对各种铣刨料掺量的水稳碎石基层混合料实施干缩抗裂性能检测，当铣刨料掺量依次为0%、20%、40%、60%、80%、100%时，水稳碎石基层28 d干缩系数变化曲线和不同龄期内干缩系数变化曲线如图1和图2所示。

图1 不同铣刨料掺量28 d干缩系数变化曲线

图2 龄期内干缩系数变化曲线

（1）通过图1曲线变化趋势可以看出：1）铣刨料含量逐渐增大时，水稳碎石基层28 d干缩系数随之增大，其干缩抗裂能力逐渐降低，充分表明铣刨料可导致水稳基层抗裂能力下降；2）铣刨料掺量为0%和100%时，干缩系数分别为77.5×10-6和91.2×10-6。主要是因为铣刨料中水泥砂浆含量较大，其吸水性明显增大，导致基层混合料失水过快，干缩变形增大，从而造成混合料干缩性能显著降低。

（2）通过图2能够看出：1）铣刨料掺量为100%和0%时，混合料养护龄期内干缩系数变化曲线存在较大差异。铣刨料掺量为100%时与0%相比，14 d内混合料干缩系数较小，随着养护时间的不断延长，其干缩系数显著增大，远远高于铣刨料掺量0%的基层混合料；2）铣刨料掺量0%时，随着龄期的延长，其干缩系数出现缓慢增加，而铣刨料掺量为100%时，其干缩系数产生显著变化，经综合分析，铣刨料吸水率增大是导致混合料干缩系数升高的主要因素；3）铣刨料掺量100%和0%时，沥青路面基层混合料28 d干缩系数分别为85和68，前后增加了近20%。

3.4 抗冲刷性能试验

水稳碎石基层抗磨性能较差，遭受水流冲刷时极易出现损失，因此冲刷质量损失率是评估基层抗冲刷能力的关键参数[8]。针对各铣刨料掺量混合料进行抗冲刷试验检测，得出各种铣刨料掺量下基层冲刷质量损失率变化曲线，如图3所示。

图3 不同铣刨料掺量基层冲刷质量损失率变化曲线

通过图3中铣刨料掺量基层冲刷质量损失率变化曲线可看出，铣刨料掺量逐渐增大时，基层冲刷质量损失率逐步增大。铣刨料掺量为0%时，其损失率为0.51%，而当铣刨料掺量为100%，其损失率为0.94%，增幅高达84.3%。经综合分析，主要是因为铣刨料掺量增大，使混合料中细集料比重显著增加，最终导致其冲刷质量损失率显著提升，抗冲刷性能降低[9-10]。

4 结论

为全面探究沥青路面养护工程铣刨料掺量对水稳碎石基层路用性能的影响，通过对各种铣刨料综合试验检测分析，具体结论如下：

（1）当铣刨料掺量逐渐增大时，其水稳碎石基层混合料7 d无侧限抗压强度及28 d劈裂强度逐渐降低，主要是因为铣刨料压碎值较高，构成的骨架结构较为松散，缺乏稳定性，从而造成水稳基层各项路用指标显著降低。

（2）水稳碎石基层混合料龄期越长，其抗压回弹模量越高；混合料中铣刨料掺量越大，则其抗压回弹模量就越低。

（3）铣刨料含量逐渐增大时，水稳碎石基层28 d干缩系数随之增大，其干缩抗裂能力逐渐降低，主要是因为铣刨料中水泥砂浆含量较大，其吸水性明显增大，导致基层混合料失水过快，干缩变形增大。

（4）铣刨料掺量逐渐增大时，混合料冲刷质量损失率逐步增大，抗冲刷性能下降。主要是因为铣刨料掺量增大，使混合料中细集料含量显著增加，导致基层混合料冲刷质量损失率显著提升，抗冲刷性能减弱。

综上所述，铣刨料掺量越大，水稳碎石基层路用性能越差，因此必须严格按照规范及设计要求科学控制铣刨料掺量。