水穩(wěn)砂礫瀝青路面冷再生材料溫縮和抗凍性能試驗研究

武 鶴，魏建軍，蘇 群，馬松林

(1.黑龍江工程學院，哈爾濱150050;2.哈爾濱工業(yè)大學，哈爾濱150000)

水泥穩(wěn)定瀝青路面冷再生材料是由銑刨破碎后的瀝青混凝土團塊、銑刨材料空隙中存在的液態(tài)水和空氣等組成，結(jié)構(gòu)比較松散，孔隙率較大，在施工使用過程中，其孔隙率中含有大量水分，當溫度發(fā)生變化時，產(chǎn)生凍融循環(huán)，各組成相的性質(zhì)都發(fā)生改變［1－2］。已有研究成果顯示，半剛性基層產(chǎn)生開裂有兩個主要原因，即干縮和溫縮。在這兩個因素中，溫度收縮對基層開裂的影響相對較大。因此半剛性基層材料的溫縮性能和抗凍性能對路面的使用性能具有重要影響，尤其是在寒冷地區(qū)，對該材料的溫度收縮性能和抗凍性能研究是十分有價值的［3－4］。

1 舊路面材料性能分析及添加料的選擇

舊瀝青路面在車輛荷載的碾壓和銑刨破碎的綜合作用下，其礦質(zhì)骨料部分已經(jīng)破碎，失去原有的骨架結(jié)構(gòu)［5－6］。經(jīng)銑刨破碎后的舊路面材料中含有舊瀝青混凝土團塊，由于瀝青的存在，該材料對溫度具有較強的敏感性［7］，本次篩分試驗采用自然風干的方法進行試驗

經(jīng)銑刨的混合料中含有瀝青混凝土團塊，對溫度有較強的敏感性，本次篩分試驗從銑刨現(xiàn)場取回原材料后，采用自然風干后進行篩分試驗。篩分結(jié)果見表1和如圖1所示。

表1 銑刨材料篩分試驗結(jié)果Tab.1 Screening results of milling materials

圖1 銑刨材料篩分試驗結(jié)果Fig.1 Screening results of milling materials

由圖1可以看出，銑刨材料的級配基本滿足《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》對骨架密實型水泥穩(wěn)定基層的級配范圍以及《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中對無機結(jié)合料穩(wěn)定冷再生混合料級配范圍，為研究骨料摻加量對水泥穩(wěn)定冷再生材料性能的影響，本文以不同比例摻加兩種新骨料，骨料粒徑分別為:10～30 mm和20～40 mm。通過試驗最終確定新骨料摻加量為7%和10%，10～30 mm和20～40 mm的摻配比例分別為3∶4和6∶4。

本文根據(jù)實際工程項目選擇了32.5#普通硅酸鹽水泥，分別采用5%、6%和7%三個水泥劑量和面基層厚度比分別為7∶18和9∶18，作為試驗研究的影響因素。

2 溫縮性能試驗與分析

水泥穩(wěn)定冷再生材料的性質(zhì)介于半剛性材料和柔性材料之間，具有特殊的力學特性。已有研究顯示，導致半剛性基層開裂的主要因素 (溫縮和干縮)中，溫度收縮的影響相對較大［8］。同時半剛性基層材料在一般含水量狀態(tài)下溫度收縮性能較差，在干燥或飽水狀態(tài)下溫度收縮性能相對較好［9］。有試驗研究指出，半剛性基層材料的含水量越接近最佳含水量，半剛性基層材料的溫縮性能越不利［10－11］。為保證冷再生材料始終保持在最佳含水量狀態(tài)下，本次試驗過程中對試件進行塑料布密封。

試驗采用3種水泥劑量、2種面基層厚度比和2種新骨料摻加量，試驗按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(T 0855—2009)進行，采用儀表法進行無機結(jié)合料穩(wěn)定材料溫縮試驗，試件采用90 d標準養(yǎng)生。本試驗以5℃為一個溫度級別，試驗溫度區(qū)間為－20～20℃。

各配合比水泥穩(wěn)定冷再生材料的溫縮試驗結(jié)果匯總?cè)鐖D2所示。

圖2 水泥穩(wěn)定冷再生材料溫縮曲線Fig.2 Temperatureshrinkagecurveof cold regenerationmaterialsstabilized by cement.

分析試驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

(1)水泥穩(wěn)定冷再生材料由于舊瀝青混合料的存在，而瀝青混合料具有粘彈特性，通過比較典型半剛性基層材料溫縮系數(shù)和冷再生材料溫縮系數(shù)，冷再生材料的溫縮系數(shù)明顯低于典型的半剛性基層材料，說明其溫度收縮性能優(yōu)于典型的半剛性基層材料。

(2)水泥穩(wěn)定冷再生材料存在溫度敏感區(qū)間，溫縮系數(shù)在－15～0℃溫度區(qū)間波動比較大，說明水泥穩(wěn)定冷再生材料在－15～0℃溫度區(qū)間內(nèi)溫度變化對其收縮變形將產(chǎn)生比較劇烈的影響。

(3)水泥穩(wěn)定冷再生材料的抗溫縮性能與水泥劑量、面基層厚度比和新骨料摻加量有關(guān)，隨水泥劑量、面基層厚度比和新骨料摻加量增長而逐漸減小，且后期的影響比較明顯。

3 抗凍性能試驗與分析

文獻 ［12］顯示，水泥穩(wěn)定冷再生材料是由多種材料混合而成的混合材料，原瀝青路面材料和原路面水穩(wěn)砂礫基層材料，經(jīng)銑刨后孔隙率比較大，空隙中存在大量的液態(tài)水或氣態(tài)水，在季凍地區(qū)，地下水位高，晝夜溫大，基層材料在氣溫下降和升高過程中產(chǎn)生凍融循環(huán)，在交通荷載作用下，冷再生材料內(nèi)部產(chǎn)生薄弱面，使基層材料的強度急劇降低，導致路面加速破壞。因此基層材料的抗凍性能對提高整個路面的使用性能是至關(guān)重要的。

本試驗采用水泥劑量為6%，7∶18和9∶18兩種面、基層厚度比和7%和10%兩種新骨料摻加量進行試驗，試驗按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51－2009)中的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料凍融試驗方法 (T 0858—2009)進行試驗。進行7 d、28 d和90 d三個齡期的養(yǎng)生。

各配合比水泥穩(wěn)定冷再生材料的凍融試驗結(jié)果匯總?cè)鐖D3所示。

分析試驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

(1)各齡期的水泥穩(wěn)定冷再生材料的耐凍系數(shù)均在0.89以上，說明水泥穩(wěn)定冷再生材料具有良好的抗凍性能。

(2)水泥穩(wěn)定冷再生材料的耐凍系數(shù)隨新骨料摻加量和齡期的增長而顯著提高，隨面基層厚度比的增大而降低。冷再生抗凍性能受新骨料摻加量的影響較小，受面、基層厚度比和齡期影響相對較大。

圖3 水泥穩(wěn)定冷再生材料凍融試驗結(jié)果Fig.3 Experimental results of freezing and thawing performance of cold regeneration material stabilized by cement.

4 結(jié)論

(1)水泥穩(wěn)定冷再生材料的抗溫度收縮性能典型的半剛性基層材料的抗凍性能。

(2)水泥穩(wěn)定砂礫冷再生材料的溫縮系數(shù)存在溫度敏感區(qū)，本材料的溫度敏感區(qū)間為－15～0℃。

(3)水泥穩(wěn)定冷再生材料具有良好的抗凍性能。

(4)水泥穩(wěn)定冷再生材料中面基層厚度比和齡期對該材料的抗凍性能具有重要影響。

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