老路沥青、水泥稳定碎石铣刨料混合再生技术的研究

江 新

（江苏东南工程咨询有限公司，江苏 南京 210016）

0 引言

半刚性基层+沥青路面是我国高等级公路最主要的路面结构类型，约占总里程的 80 % 多。20 世纪 90 年代以后陆续建成的高等级公路目前已经进入大、中修期，由此产生了大量的沥青铣刨料和水泥稳定碎石铣刨料。该铣刨料如果不加以利用，必然会造成资源和资产的大量浪费。为此，近几年来老路沥青铣刨料和水稳碎石铣刨料再利用技术受到广泛的关注和研究。

以往通常的做法是：旧沥青铣刨材料厂拌热再生成新的沥青混凝土，用作下面层或者柔性基层。水泥稳定碎石铣刨料通常用于厂拌再生水泥稳定碎石新材料，用作底基层或下基层或者直接用于沟塘回填等路基填筑。目前国内将老路沥青、水稳铣刨料作为骨料掺入一定数量的新骨料，混合再生用作高速公路底基层的研究与实践甚少。现结合江苏某高速公路拓宽项目的实践，介绍沥青混凝土、水稳碎石铣刨料混合再生技术，共同行参考。

1 老路铣刨料分类处理

拓宽改造的高速公路老路沥青路面是 4 cm SMA-13+6 cm AC-20+8 cm AC-25，基层是 36 cm 二灰稳定碎石。在老路铣刨作业中，三层沥青一并铣刨，水泥稳定碎石单独分层铣刨。沥青铣刨料和二灰稳定碎石铣刨料铣刨运至集中拌合场分类堆放并分别进行分档筛分。分档规格为 0～9.5 mm、9.5～31.5 mm。筛分后的分档材料分别进入碎石集料堆放大棚内。

2 配合比设计

配合比设计分目标配合比和生产配合比两个阶段。再生水泥稳定碎石采用旧沥青混凝土铣刨料（0～9.5 mm、9.5～31.5 mm）+二灰稳定碎石铣刨料（0～ 9.5 mm、9.5～31.5 mm）+新石料（13.2～26.5 mm）+3 % 水泥+水，再生的水泥稳定碎石用作路面底基层。

2.1 原材料

2.1.1 水泥

P.O 42.5 缓凝型水泥，到场水泥的各凝期强度、安定性等检测结果均符合设计及规范要求。具体结果如表 1 所示。

表1 水泥试验结果表

2.1.2 集料

依据 JTG E42－2005《公路工程集料试验规程》进行试验检测，检测结果符合规范要求［1］。结果如表 2 所示。

2.1.3 拌合用水

采用地下水，外委进行检测，pH 值、不容物、可溶物、氯化物、硫酸盐、碱含量等指标符合相关规范要求。

2.1.4 集料筛分

分别对各类集料进行筛分，筛分结果如表 3 所示。

2.2 目标配合比

根据集料的筛分结果、合成级配的要求，确定各类集料用量比率。然后按照 2 %、2.5 %、3 %、3.5 %、4 % 的水泥剂量进行击实试验和无侧限强度试验。根据设计要求的无侧限强度，确定合理的水泥剂量。具体结果如表 4 所示。

表3 集料筛分试验结果

表4 再生底基层目标配合比设计结果

2.3 生产配合比

根据目标配合比的结果，再进行生产配合比的设计，具体结果如表 5 所示。

表2 粗集料试验结果表

表5 再生底基层生产配合比设计结果

3 试拌试铺

2021 年 4 月 13 日，晴，气温 5～22 ℃，风力 3 级。在主线 K 739+050-K 739+400 左幅进行了再生料底基层水稳试铺施工。试铺从中午 12 点 30 开始拌合楼出料，13 点 38 分现场开始摊铺，碾压结束土工布覆盖完成 19 点 28 分，历时近 5 h，试验段全长 350 m，摊铺宽度 10.61 m，设计厚度 20 cm。

3.1 下承层的准备

排查中央分隔带的老横向排水管，采用套管进行连接接长，并对每处接头留存影像资料。对路基顶面浮土进行清理，洒水进行湿润，并采用胶轮压路机进行了复压。按照设计图纸尺寸要求的底基层设计宽度，用石灰线标出底基层施工边线，沿标好的石灰边线安装钢模板，钢模板外侧采用钢钎固定。打好架设高程厚度控制钢丝的金属支架，老路采用电钻打眼进行基准杆固定。主线直线段上钢筋桩间距 10 m/根，做出标记，根据给定的松铺系数算出松铺厚度，决定控制线高度，挂好控制线，用于摊铺机摊铺厚度控制线钢丝的拉力应≥800 N。

3.2 试拌

采用强制式粒料拌合机，拌锅采用双拌锅振动拌和，试验段施工中拌合机产量设定在 500 t/h（最大产量800 t/h）。在混合料搅拌前，要求项目部先检查料场内各类集料的含水量，计算出当天的外加水量，高温作业、早晚与中午的含水量要按温度变化及时调整。

3.3 出场与运输

试拌前，对运输车辆清洁状况、车况和车辆标识牌是否齐全、车辆覆盖措施等进行检查。料车分五次装料，顺序为前-后-中-中前-中后的顺序进行装料，出场前安排专人进行车辆覆盖检查。所有料车由施工现场一固定的位置，通过预先铺设好的“马道”向西前进方向进入主线路基，然后所有运输车辆倒车进入施工现场摊铺前喂料，严禁在路床顶进行掉头。

3.4 摊铺与碾压

底基层摊铺施工采用两台摊铺机联合摊铺梯队作业，靠老路搭接的一台在前，两机相距保持在 8 m 左右。两机摊铺速度一致，振级一致，缓慢、均匀、不间断进行摊铺。摊铺时对底基层拼缝处用水泥制备浆进行涂刷或浇注，第一遍涂刷水泥浆控制摊铺机前 20～30 m，第二遍紧跟摊铺设备对拼接位置进行涂刷，第三遍人工采用水壶在初压完成后进行浇灌，过程中人工对浆桶进行搅拌，防止浆液沉淀，水灰比为 0.4。

在施工现场按照标准化施工要求设置了初压、复压、终压分界标志。按照拟定的碾压方案进行碾压，碾压遵循先稳压、开始轻振动碾压、再重振动碾压、最后静压收面的程序，压至无轮迹为止。碾压时压路机边向中，均匀速度碾压时重叠 1/2 轮宽，每遍稳压时，倒车要求原路返回，转向位置应在已压好的段落上。在初压完成后对台阶搭接位置安排人工进行第三次水泥浆液浇灌。

3.5 检测与养生

在试拌、试铺过程中，在拌合场对再生混合料的含水率、水泥剂量、矿料级配、混合料无测限抗压强度等进行检测，在摊铺过程中，检测混合料的松铺系数，碾压完成后及时进行现场压实度、平整度、厚度等检测。

现场检测完成后及时进行交通封闭，采用 6 m 宽土工布进行覆盖养护，土工布搭接由低到高顺向搭接，宽度≥1 m，采用砂袋对搭接位置进行压重，纵向搭接每 3 m 设置一个砂袋，现场养护采用水车侧向喷水，人工配合进行养护，养护期保持水稳表面湿润。

3.6 检测结果

在本次试铺中总监办对冷再生混合料的含水率、水泥剂量、矿料级配、混合料无测限抗压强度和摊铺现场压实度、平整度、厚度等指标进行检测。

1）对冷再生混合料进行了含水率、水泥剂量、最大干密度及强度检测，其中混合料含水率检测结果普遍高于施工图规定最佳含水率+0～1.0 % 要求，其他指标符合施工图设计要求。检测结果如表 6 所示。

2）生混合料矿料级配筛分，级配控制按设计级配范围控制，对于关键筛孔按生产配合比设计值允许误差设置：0.075 mm，±2 %；2.36 mm，±4；4.75 mm，±7 %。矿料混合料筛分通过率符合控制级配上下限要求（见表 7、图 1）。

3）松铺系数根据拟定的两个碾压方案分别测定。方案一初定 1.32，方案二初定 1.3。每一断面检测 3 个点（距中桩分别为 11.25、15.75、20.25 m），共计检测了松铺系数 42 个点，实际测得方案一平均值为 1.383、方案二平均值为 1.401。

图1 筛分级配图

表6 再生混合料试验结果汇总表

表7 矿料混合料级配筛分

4）对现场两种碾压方案段落分别进行了压实度检测，平整度、厚度、宽度、横坡检测，检测结果符合施工图纸要求（见表 8）。

表8 压实度检测结果汇总表

5）对现场两种碾压方案段落 7 d 龄期和 10 d 龄期分别进行了钻孔取芯。7 d 龄期进行了 4 个断面钻孔取芯，每个断面边缘及拼缝处取芯共 3 个，累计取芯 12个，芯样均已成型，但部分芯样底部存在约 2～5 cm松散现象；10 d 龄期进行了 4 个断面钻孔取芯，每个断面边缘及拼缝处取芯共 3 个，累计取芯 12 个，芯样均已成型，芯样完整，成型较好。

4 施工注意中事项

1）老路沥青、水稳的铣刨料质量（级配）稳定性是保证再生水泥稳定碎石级配稳定的的关键。需要控制铣刨机作业的速度，定期检查铣刨机的刀头磨损等。

2）沥青铣刨料的骨料由于有一定沥青膜包裹，堆放和拌合施工中，容易出现团结现象，容易堵塞拌合机仓门。集料堆放中应注意不能堆料过高，拌合机料仓不能装料过满，加强人工的捅料，每天拌合结束后应将料仓放空。

3）因为再生的二灰碎石骨料表面包裹材料包含各种微小的间隔缝隙，表现出来的是吸水率较常规石料大，再生料拌合过程中，含水量容易波动，需要加强动态控制。

4）混合再生水稳铣刨料的摊铺阻力较大，摊铺时摊铺机的摊铺宽度不宜太宽，摊铺速度不宜太快，否则容易造成摊铺机吃力现象。

5）混合再生水稳料的松铺系数较一般的水稳碎石要大，需适当加大摊铺机的振幅和振级，要加大压实功，确保压实度满足要求。

6）从 7 d 芯样来看底部 2～5 cm 成型不良，需要加强养生，延长养生期。

7）由于是拓宽改造项目，拼接处的质量十分关键，为此要重视新老底基层的连接，加强水泥净浆的涂刷和灌浆工作，加强拼接处的取芯检测。

5 混合再生水泥稳定碎石路用性能分析

5.1 强度与刚度分析

影响混合再生水稳碎石强度主要因素是水泥掺量、再生料的级配以及组成骨料的强度，而老路的沥青碎石、稳定碎石铣刨料的碎石种类没有变化，其强度能满足要求，对水稳的强度影响不大，再生的水稳碎石的强度能满足设计的要求。并且强度随着旧铣刨料比例的减少，新材料比例的增大而增大。由于沥青铣刨料中骨料表面裹覆一定的沥青膜，裹覆沥青膜的铣刨料刚度小于新骨料的刚度，混合再生的水泥稳定碎石是具有一定柔性材料性质的半刚性材料，一定程度上能缓解水稳碎石刚度过大的问题。

5.2 抗冲刷和抗冰冻分析

由于旧沥青铣刨料表面部分裹覆沥青膜，能阻止水分的扩散和冲刷，所以一定程度上能提高再生水稳的抗冲刷性能。水泥稳定碎石的冰冻破坏，主要由于内部空隙水的反复冻账所导致。由于沥青的存在，使得水稳碎石的空隙减少，甚至会成为封闭的空隙，进而减少空隙水的存在，降低了毛细水的作用，另外沥青材料的弹性作用，能够缓冲冻账作用，为此再生材料的抗冰冻性能有所提高。

5.3 抗收缩性能分析

由于旧沥青铣刨料表面部分裹覆沥青膜能阻止水分的扩散一定程度减少内部水分的蒸发，减少毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或胶凝体间层间水的作用及碳化收缩作用，所以一定程度能减缓水稳材料的干缩。

5.4 抗疲劳性能

疲劳破坏的发生要经历裂纹的萌生、扩展、连接直至贯通断裂的过程。骨料中裹覆沥青膜，一方面可以降低粗骨料与水泥砂浆界面产生的应力集中，降低界面的薄弱性以及萌生裂纹的可能，从而提高抗疲劳性，另一方面沥青材料的高韧性和大变形能力，将阻止裂纹进一步扩大，有利于提高疲劳寿命［2，3］。

6 结论与建议

1）通过拓宽改造高速公路的实践以及对其性能的分析，老路沥青铣刨料和水稳铣刨料混合再生成水泥稳定碎石有别于常规材料的特性，在施工中针对其特性，加强工序的质量控制，老路沥青铣刨料和水稳铣刨料混合再生成水泥稳定碎石用作高速公路路面底基层是可行的。

2）在水稳铣刨料中沥青属于有机胶结料，而水泥属于无机胶结料，两种不同的胶结料在一起怎样相互作用而形成强度，即混合再生水泥稳定碎石的强度机理还有待进一步的研究。

3）沥青老化程度对水泥稳定碎石混合再生性能的影响还有待进一步的研究。Q