路面养护施工中早强型冷再生技术的应用

摘要 为探索路面大修期间废旧回收料再生利用的可行思路，文章对早强型冷再生混合料配合比设计展开分析，并对再生混合料早强机理及强度特性进行试验研究；根据所得到的早强剂掺量、混合料配合比、水泥用量等参数值，展开某公路改扩建段辅道底基层施工过程分析。结果表明，按照8%在冷再生混合料中掺加早强剂后3 h强度即可达到3.4 MPa，满足高速公路底基层3～5 MPa的强度要求，便于快速开放交通，对交通量大、无法展开封闭施工的公路养护处治路段十分适用。

关键词 路面养护；施工；早强型；冷再生；旧料

中图分类号 U416.2文献标识码 B文章编号 2096-8949（2023）23-0126-04

0 引言

混凝土路面在大修期间必然产生大量废料，废弃料经过破碎加工、级配筛选，可重新应用于路面建设，既能节省建筑材料，又省去了废料处治环节及对环境的不利影响，具有十分可观的经济效益和环境效益。废旧水泥混凝土冷再生材料应用于早强型半刚性基层结构中，能快速达到基层早期强度要求，利于工期缩短和快速开放交通。基于此，该文对早强型冷再生混合料配合比设计及施工技术在具体公路工程中的应用展开分析探讨，以期为早强型冷再生技术的推广应用提供借鉴参考。

1 早强型冷再生混合料配合比设计

该公路工程项目组技术人员提出一种由MgO、CaO、Al₂O₃等无机物成分复合而成的早强型外加剂^[1]。早强型冷再生混合料按照粒径0～3 mm的旧料∶粒径5～15 mm旧料∶粒径10～25 mm旧料=30∶35∶35掺配，水泥用量按3.5%添加，早强剂掺量依次取0%、8%和12%。混合料级配见表1。

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009）中振动击实法展开材料最大干密度和最佳含水率试验。根据结果，当早强剂掺量为0%、8%和12%时，材料最大干密度分别为2.11 g/cm³、2.112 g/cm³和2.113 g/cm³；最佳含水率为7.5%、7.6%、7.8%。根据结果看出，掺加早强剂后冷再生混合料最大干密度及最佳含水率均有所改善。

2 早强型再生混合料强度特性

2.1 再生混合料早强机理

早强剂掺加后，对水泥水化反应速度有加快作用，水化产物早期结晶及沉淀均增多，进而起到加速混合料早期强度增长的效果^[2]。通过对掺加早强剂的冷再生混合料微观结构展开分析看出，早强型水泥冷再生混合料水化7 d后废料界面过渡区生成大量颗粒，其中穿插长杆状水化硫铝酸钙、方板状氢氧化钙和絮状水化硅酸钙^[3]；在紧密连接废料界面的同时充填内部孔隙，使试件密实度显著增大，也使早期强度快速发展。从微观结构很直观地看出，普通水泥稳定冷再生混合料在持续水化7 d后，水化产物明显减少，结构疏松程度增大；而早强型冷再生混合料可在短时间内升至规范强度。

2.2 强度特性

按照8%和12%的比例掺加早强剂，并按3.5%的用量掺加水泥，展开冷再生混合料早期强度检测，并与未掺加早强剂的混合料强度进行比较，以体现早强剂的效果。试验结果见表2。根据表中结果，掺加早强剂后冷再生混合料早期强度增长快速，在掺量为8%和12%下，试件1 h强度分别为未掺加早强剂试件1 h强度的5倍和6.4倍；后期强度发展速度减缓。按12%比例掺加早强剂的冷再生混合料试件1 h强度已经达到3.2 MPa，已经满足高速公路底基层3～5 MPa的强度要求。

该公路工程施工期间环境温度在25～30 ℃之间，8%早强剂掺量的混合料在该温度下可保持良好的施工特性和强度特性，且比12%掺量更具经济性。故该公路早强型冷再生混合料中早强剂掺量按8%确定；而在室温下为保证混合料强、度稳定性，应适当提高早强剂掺量。

不同养护龄期抗压强度比，见表3。

表3中R0%、R8%、R12%分别表示早强剂掺量为0%、8%、12%时的抗压强度。根据表中结果，在掺加适量早强剂后冷再生混合料早期强度快速提高，此后随着早强剂掺加量继续增大，对强度的影响程度减缓。表中养生龄期在3 h前的R8%/R12%明显小于90%，表明按照12%掺加早强剂对混合流强度的提升效果好于按8%掺加早强剂的效果，而养生龄期超出3 h后这种作用逐渐弱化。

2.3 早强型再生混合料施工特性

在不同温度下冷再生混合料施工特性随放置时间的延长而变化。试验开始后将拌制好的冷再生混合料装入透明塑料袋内，在阳光下曝晒相应时间，通过温度计展开混合料内部温度测量。根据测量结果，当早强剂按8%和12%掺加时，冷再生混合料在25 ℃下的施工特性基本与早强剂掺量为0%时的混合料特性一致。按12%掺加早强剂的混合料高温条件下反应速度更快，也更易于发生团聚；内部水分流失迅速，施工特性差。而早强剂按照8%掺加时，冷再生混合料可在1 h内保持较好的施工特性。

此次固化试验条件為阳光曝晒，混合料内部温升迅速，而实际生产过程中，会对混合料进行适当遮盖，温升速率及水分蒸发均会有所减缓。此外，集料通常露天堆放，因吸收热量而温度较高，会对冷再生混合料水化反应过程起到一定加速作用，对混合料施工性能较为不利。故应在日出前展开冷再生沥青混合料拌和；根据温度变化在8%～12%之间选择早强剂掺量，以保证混合料施工性能。

2.4 施工时间

在施工特性试验结果的基础上，在25 ℃室温及38 ℃的试验温度下展开冷再生沥青混合料成型后2 h内强度变化试验。试验结果见表4。

根据表中结果，在早强剂掺量为12%且试验温度为38 ℃时，持续放置90 min后试件强度衰减程度为46.8%，强度达不到设计要求，同时面临水分不足而无法压实的问题；而在25 ℃的试验温度下强度衰减幅度较小，基本能为混合料施工留出时间。综上，早强型冷再生混合料施工必须避开高温时间。

3 工程应用

某公路改扩建段辅道底基层施工中分别进行了300 m的水泥冷再生混凝土面板破碎料试验以及200 m的早强型冷再生混凝土面板破碎料试验，两种冷再生混合料均用于底基层。试验段路面宽12.5 m。

3.1 原材料选用

使用强度等级P.O42.5的普通硅酸盐水泥，并针对水泥凝结时间、强度、细度及安定性等展开试验，结果见表5。该类型水泥各项性能均达到设计标准。

早强抗裂外加剂由无机纤维、有机纤维等化学物复合而成，并以MgO、CaO、Al₂O₃为主要矿物成分。

该公路段以工厂式破碎工艺取得旧路回收料，即将路面结构破碎成小块，回收后去除杂质，二次破碎为相应粒径集料。废旧回收料性能指标检测结果见表6。回收料性能符合《公路沥青路面再生技术规范》（JTGT 5521—2019）。

3.2 配合比设计

为展开水稳基层再生混合料路用性能验证，在该公路试验段铺筑水泥稳定废旧回收料基层时必须进行水泥剂量确定，并对真实施工情况展开综合考量；在室内优化配合比。如果施工期间采用集中厂拌法，必须将水泥剂量提高0.5%；若需拌和粗粒土，则应在最佳含水量的基础上将实际含水量提高0.5%～1%。据此，最佳配合比应为，粒径10～25 mm碎石料∶粒径5～15 mm碎石料∶石屑=35∶35∶30，水泥掺量为3.5%。压实度按照98%控制。

3.3 施工准备

施工开始前，应全面检查路床顶实际标高，将杂物全部清除后洒水，保证表层处于完全湿润状态。此后，恢复土基面中线，并在直线段按15～20 m设置桩间距，同时在平曲线路段按10～15 m设置桩间距。

3.4 混合料拌和及运输

在采用厂拌法拌和时，质检员应在现场展开实际含水量测试，以确定出适宜的加水量^[4]。混合料装车前，应检查运料车性能车况，并保证车厢内无杂物、尘土。装料过程应分批次进行，防止出现集料离析。装料后应及时覆盖油布，起到遮盖、保温、防尘的作用。

3.5 摊铺及碾压

按照设计配比将各类原材料在拌和楼内持续搅拌2 min制成熟料，运输至施工现场，由摊铺机展开摊铺施工。在检查完高程及材料含水量后，使用压路机从路肩开始顺着中线持续碾压。碾压按照1次静压、5次振压进行，最后通过静压收平轮迹。水稳碎石试验段松铺系数按1.3确定，当基层厚度不超出20 cm时应1次铺筑，虚铺厚度控制在26 cm以下；当基层厚度超出20 cm时应分2层摊铺，并通过试铺试验，根据混合料实际情况、施工机械、施工工艺等进行松铺系数取值的确定。摊铺过程中应实时检查路拱、横坡等情况，并结合混合料用量，校验摊铺厚度。如果与预先设定的标准误差过大，则应结合实际铺筑状态跟踪调节。

摊铺完成后展开碾压，碾压过程按照静压→弱振→强振→收面的次序展开；碾压方向应平行于路中线，从边向中连续均匀碾压。该公路试验段碾压工艺见表7。具体碾压遍数应根据压实度控制要求为准；待强振结束且压实度合格后，通过胶轮压路机静压1～2遍收光。碾压施工期间，单次轮迹应达到1/2轮宽；碾压过程应从边界向中间、由慢至急、从下坡向上坡进行。

完成单段碾压施工后进行压实度检测，达到设计要求后通过洒水车的作用养生。单日实际洒水次数及洒水量根据施工规范确定，并结合气候条件进行调整，以时刻保持路面湿润。持续养生7 d后开放交通，并限制重车通行；小型车辆限速30 km/h运行，禁止急刹车和转弯。

4 质量检测及控制效果

4.1 质量检测及控制

在施工前后，应加强原材料质量及用量、混合料级配变化、压实度、碾压厚度、用水量等的检测，主要参数的检测要求见表8。

混合料级配是确保混合料具备较好骨架嵌挤结构及路用性能的关键。水泥混凝土面板破碎料主要由砂浆和碎石组成，在压实施工期间，很容易出现碎石和砂浆分离及级配变化的情况。为此，必须加强早强型冷再生混合料级配的实时监测和调整。

用水量是确保早强型冷再生混合料达到设计压实度的重要参数。水泥混凝土面板破碎料具有较大的比表面积和微裂纹，因而吸水率也较大。在进行早强型冷再生混合料制备时，细集料吸收水分较多，会对水泥浆裹覆粗集料的效果及混合料工作性能、强度等造成不利影响。施工过程中常规采用的用水量经验控制法必定会造成混合料实际用水量过大，引发弹簧现象^[5]。该工程主要通过计量控制确定用水量，并适当延长早强型冷再生混合料拌和时间，确保浆液均匀裹覆集料；同时加强细集料质量控制，取0.075 mm通过率的下限值。

4.2 施工效果

该公路维修工程早强型冷再生混合料按要求養护7 d后进行厚度、压实度、抗压强度等的检测，根据结果，混合料抗压强度在5～5.3 MPa之间，压实度达到98.8%，含水量8.1%，厚度均值为18.5 cm。将室内试验及室外钻芯取样检测数据进行比较看出，试验段旧料芯样强度较高。进一步分析看出，因试验段铺筑期间室外环境温度较高，故即使龄期一致，室外试验的试件也表现出较高强度。

5 结论

根据工程应用结果，对水泥混凝土路面进行初步破碎后，将所收集的废料去杂、二次破碎、筛分后重新生产出废旧回收料，性能完全满足规范，具有较好的再生利用价值，对于公路路面基层及底基层均适用。破碎料按照100%掺加时混合料级配良好，按照所推荐的早强剂掺量、冷再生混合料配合比及水泥用量，得到的混合料最大干密度和最佳含水率分别为2.112 g/cm?和7.6%，路用性能良好。结合试验结果及公路工程所在地气候条件制定出施工方案，通过试验段冷再生基层混合料的试铺施工，对所确定出的施工参数取值合理性进行了验证，也为冷再生水泥混凝土面板破碎料的循环利用提供了思路。试验段所采用的施工工艺和质量控制方法在公路其余路段得到推广应用，取得了十分显著的经济效益和社会效益。

参考文献

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[3]张鹤译， 高艳玲. 早强型路面修补用压浆料试验研究[J]. 水利科学与寒区工程， 2023（4）： 45-48.

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[5]孙建秀， 刘黎萍， 孙立军. 早强型乳化沥青冷再生混合料性能研究[J]. 上海公路， 2017（4）： 54-59+5.

收稿日期：2023-10-12

作者简介：刘子毅（1996—），男，本科，助理工程师，研究方向：公路施工监理。