水穩(wěn)基層重復(fù)再生混合料干縮性能試驗(yàn)研究★

高正全 吳雪柳 黃 磊

(1.重慶市合川區(qū)公路局，重慶 401520;2.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336)

0 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)維修漸近高潮，路基路面再生技術(shù)已成為熱點(diǎn)研究與應(yīng)用領(lǐng)域[1]。自20世紀(jì)90年代開(kāi)始新建的大量再生路面已接近其使用壽命，能否對(duì)再生路面進(jìn)行二次乃至多次再生，已成為現(xiàn)今研究的新方向及難點(diǎn)。而對(duì)于水穩(wěn)基層混合料而言，大量實(shí)踐運(yùn)用表明，其混合料受到溫度影響導(dǎo)致水分蒸發(fā)以及其內(nèi)部水化作用而產(chǎn)生干縮，并最終引起收縮裂縫的產(chǎn)生而降低道路質(zhì)量[2]，即干縮開(kāi)裂是水穩(wěn)基層的主要破壞形式。因此，了解干縮性能在多次再生中的變化趨勢(shì)，并找出有效措施，是實(shí)現(xiàn)水穩(wěn)基層重復(fù)再生的關(guān)鍵因素。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本文將從水穩(wěn)基層干縮裂縫的機(jī)理著手，研究水泥穩(wěn)定碎石基層在多次再生利用過(guò)程中混合料的干縮性能變化特點(diǎn)并探尋解決辦法。

1 原材料

1)水泥:本文選用貴州奇峰工貿(mào)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的貴遵牌32.5號(hào)復(fù)合硅酸鹽水泥，3 d抗壓強(qiáng)度為21.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為 40.0 MPa。

2)集料:本論文的新集料為石灰?guī)r石料，分為0 mm～5 mm，5 mm～10 mm，10 mm～20 mm三檔;本文多次再生用集料為前一次試驗(yàn)后試件的破碎廢舊料。

2 重復(fù)再生混合料配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)JTG D50-2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中半剛性基層集料級(jí)配的要求，以及按照J(rèn)TG E51-2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中T 0804-1994擊實(shí)試驗(yàn)方法，通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算得出多次再生混合料的最佳級(jí)配如表1所示，混合料的最大干密度及最佳含水量如表2所示。

表1 多次再生中路面舊料級(jí)配變化表

從表1中可以看出，路面舊料隨著再生次數(shù)的增加，在4.75 mm及以下的通過(guò)率明顯增大，整體細(xì)化趨勢(shì)明顯。這種現(xiàn)象使得路面舊料的級(jí)配更加連續(xù)，符合基層的設(shè)計(jì)要求。

表2 多次再生中混合料擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表

從表2中可以看出，混合料的最大干密度和最佳含水量均隨著再生次數(shù)的增加呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。分析發(fā)現(xiàn)，原材料表面裹覆的水泥漿體隨著再生次數(shù)的增加而增厚，增加的水泥漿體導(dǎo)致其水化反應(yīng)所需用水量也逐漸增加，從而引起最佳含水率上升;而另一方面，集料的細(xì)化增加了集料間的比表面積，細(xì)化的集料也逐漸填充于混合料的骨架空隙當(dāng)中，導(dǎo)致混合料的最大干密度隨之增大。

3 重復(fù)再生混合料干縮性能衰變規(guī)律

本次干縮試驗(yàn)衰變規(guī)律研究，采用φ100 mm×100 mm的圓柱形中號(hào)試件。按照規(guī)程T 0804-1994確定混合料的最佳含水量和最大干密度;然后參照規(guī)程T 0843-2009的方法制備試件;再按照規(guī)程T 0845-2009的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生方法進(jìn)行養(yǎng)生，齡期為7 d(6 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生，1 d飽水養(yǎng)生);最后安裝干縮試驗(yàn)裝置(如圖1所示)，將收縮儀連同試件一起放入干縮室，使試件在室內(nèi)平均溫度20℃的試驗(yàn)臺(tái)上自然干燥，并在每個(gè)齡期里通過(guò)千分表數(shù)值的變化測(cè)定試件的收縮變形值，以及測(cè)定備用試件在相同自然環(huán)境下的平均水分蒸發(fā)損失量。在干縮觀測(cè)結(jié)束后，將標(biāo)準(zhǔn)試件放到烘箱內(nèi)烘干至恒重mp。試驗(yàn)結(jié)果如圖2，圖3所示。

圖1 干縮試驗(yàn)實(shí)情圖

圖2 多次再生混合料不同齡期累計(jì)失水量

圖3 多次再生混合料不同齡期累計(jì)干縮量

從圖2，圖3中可以看出，混合料的累計(jì)失水量及累計(jì)干縮量均隨著齡期的增大而增大，且前期增長(zhǎng)速率較大，后期增長(zhǎng)的較慢直至保持不變。另外，同齡期下，混合料的累計(jì)失水量隨著再生次數(shù)的增加而呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且增長(zhǎng)率也呈現(xiàn)前期大后期小直至穩(wěn)定無(wú)變化的規(guī)律。

根據(jù)式(1)～式(4)對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，計(jì)算得出不同齡期的失水率、干縮應(yīng)變及干縮系數(shù)，詳細(xì)變化情況見(jiàn)圖4～圖6，以來(lái)探究混合料的干縮性能。

圖4 多次再生混合料不同齡期失水率

失水率:

干縮量:

干縮應(yīng)變:

圖5 多次再生混合料不同齡期干縮應(yīng)變

圖6 多次再生混合料不同齡期干縮系數(shù)

干縮系數(shù):

由圖3～圖5可以看出，多次再生混合料的失水率、干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)均隨齡期的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì);且增長(zhǎng)趨勢(shì)隨著齡期的增大而趨于平緩，直至穩(wěn)定為零。整體上，失水率、干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)的增長(zhǎng)，前3天的增長(zhǎng)量較大，7 d后變化已不明顯，14 d后趨于穩(wěn)定。另外，同齡期的各個(gè)再生級(jí)別混合料的失水率、干縮應(yīng)變以及干縮系數(shù)均隨著再生次數(shù)的增加而出現(xiàn)了增大趨勢(shì)，且三種評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定不變值也呈現(xiàn)滯后現(xiàn)象。

分析得出上述趨勢(shì)的主要原因在于兩點(diǎn)。一方面，在多次再生過(guò)程中，路面舊料已裹覆有少量未完全水化的水泥漿體，這種水泥漿體會(huì)繼續(xù)發(fā)生水化作用，從而引起混合料收縮應(yīng)力增大，最終使得混合料的干縮呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。另一方面，混合料所用的原材料集料隨著再生次數(shù)的增加呈現(xiàn)細(xì)化趨勢(shì)，集料細(xì)化也會(huì)引起混合料的干縮增長(zhǎng)。這種干縮性能的增長(zhǎng)趨勢(shì)極易引起混合料的干縮開(kāi)裂，最終導(dǎo)致混合料結(jié)構(gòu)破壞而降低混合料的路用性能。因此，在重復(fù)再生過(guò)程中應(yīng)重視延緩混合料干縮性能的衰變趨勢(shì)，防止由于干縮所引起的收縮裂縫、結(jié)構(gòu)破壞等問(wèn)題。

圖7 混合料失水量隨齡期的變化關(guān)系圖

圖8 混合料干縮量隨齡期的變化關(guān)系圖

4 采取改善措施后收縮性能的變化規(guī)律

對(duì)多次再生水穩(wěn)基層混合料采取減小水泥用量、外摻聚丙烯纖維和膨脹劑后，進(jìn)行干縮試驗(yàn)，得到多次再生混合料的累計(jì)失水量、累計(jì)干縮量同齡期的變化關(guān)系表，結(jié)合第3節(jié)中的結(jié)果繪制采取改善措施前后多次再生混合料的累計(jì)失水量、累計(jì)干縮量隨齡期的變化曲線，如圖7，圖8所示。

表3 基準(zhǔn)與改善后各類(lèi)混合料失水量與干縮量比較表

分析圖7及圖8，對(duì)比前7天混合料累計(jì)失水量及累計(jì)干縮量的增長(zhǎng)曲線斜率，發(fā)現(xiàn)采取改善措施后，混合料的干縮速率明顯減慢。另外從圖中看出，采取改善措施后，雖然混合料的累計(jì)失水量及累計(jì)干縮量的增長(zhǎng)趨勢(shì)沒(méi)有變化，但從圖中及表3中可以得出，混合料的累計(jì)失水量及累計(jì)干縮量明顯較同齡期未采取改善措施的基準(zhǔn)再生混合料的值大幅降低。

由圖7及圖8結(jié)果，根據(jù)相關(guān)關(guān)系式計(jì)算得出多次再生混合料的失水率、干縮應(yīng)變、干縮系數(shù)，并繪制多次再生混合料的累計(jì)失水率、累計(jì)干縮應(yīng)變累計(jì)干縮系數(shù)隨齡期的變化曲線，如圖9～圖11所示。

圖9 混合料失水率隨齡期的變化關(guān)系圖

圖10 混合料干縮應(yīng)變隨齡期的變化關(guān)系圖

由圖9～圖11可以看出，采取改善措施后，多次再生混合料的失水率、干縮應(yīng)變及干縮系數(shù)仍舊隨著齡期的增長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)，但較基準(zhǔn)混合料指標(biāo)而言，其增大趨勢(shì)較為緩和。另一方面，從圖9～圖11以及表4中可以發(fā)現(xiàn)，相同齡期相同再生周期下，改善后的混合料失水率、干縮應(yīng)變及干縮系數(shù)均較基準(zhǔn)的有所降低。以上現(xiàn)象均說(shuō)明，采取少水泥用量及摻加外摻材料(膨脹劑及聚丙烯纖維)的措施能夠有效緩解水泥穩(wěn)定碎石基層在重復(fù)再生利用過(guò)程中混合料的干燥收縮，降低混合料的收縮開(kāi)裂，有效增強(qiáng)混合料在實(shí)際工程中的使用價(jià)值。

圖11 混合料干縮系數(shù)隨齡期的變化關(guān)系圖

表4 基準(zhǔn)與改善后各類(lèi)混合料失水率、干縮應(yīng)變及干縮系數(shù)比較表

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次試驗(yàn)及研究分析得出以下結(jié)論:

1)水穩(wěn)基層在重復(fù)再生過(guò)程中，集料呈細(xì)化趨勢(shì)，且集料表面覆蓋水泥漿體會(huì)隨著再生次數(shù)的增加而增厚，上述這種趨勢(shì)易引起混合料干縮加劇，降低混合料的使用性能。

2)水穩(wěn)基層在重復(fù)再生過(guò)程中，由于水泥漿體裹覆集料表面及集料呈細(xì)化趨勢(shì)，引起混合料的最大干密度及最佳含水量均隨著再生次數(shù)的增加而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

3)水穩(wěn)基層在重復(fù)再生過(guò)程中，混合料的失水率、干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)均會(huì)隨著養(yǎng)生齡期的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且隨著再生次數(shù)的增加，混合料的干縮也會(huì)呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4)采取減小水泥用量、外摻聚丙烯纖維和膨脹劑能夠有效緩解水穩(wěn)基層重復(fù)再生混合料干縮性能的衰變趨勢(shì)，降低因干縮而導(dǎo)致的混合料開(kāi)裂問(wèn)題，延長(zhǎng)再生混合料的重復(fù)利用率。

5)水穩(wěn)基層具有重復(fù)再生的使用價(jià)值和利用潛能。

[1] 趙 蕾.半柔性高強(qiáng)基層冷再生技術(shù)試驗(yàn)及工程應(yīng)用[J].交通科技，2006，214(1):68-70.

[2] 張善士.水泥穩(wěn)定碎石干縮特性的分析[J].交通世界，2008，13(7):126-127.

[3] JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JTG E51-2009，公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5] 陳俊志，楊年順，林旭霞.水穩(wěn)類(lèi)基層干縮開(kāi)裂的原因及預(yù)防措施[J].山西建筑，2007，33(1):269-270.