舊路面冷再生基層溫度特性探討

包志宏

(濮陽(yáng)縣公路管理局,河南濮陽(yáng) 457100)

舊路面冷再生基層溫度特性探討

包志宏

(濮陽(yáng)縣公路管理局,河南濮陽(yáng) 457100)

半剛性底基層內(nèi)部的溫度變化和坡差會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,是決定其路用性能的主要指標(biāo)之一。通過對(duì)二灰穩(wěn)定冷再生混合料、水泥粉煤灰穩(wěn)定混合料和水泥穩(wěn)定混合料的大量試驗(yàn)和比較分析,對(duì)這三種混合料的溫度特性有了較系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)。

冷再生 溫度特性 試驗(yàn)研究 對(duì)比分析

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對(duì)道路的通行能力及質(zhì)量的要求越來(lái)越高。而80年代修建的二級(jí)及二級(jí)以下路面大部分超過設(shè)計(jì)使用年限，對(duì)原有路面進(jìn)行改造和升級(jí)已越來(lái)越多。對(duì)這部分路面的改造改善，傳統(tǒng)施工方法一般采用破除老路面，采用大開膛式的施工，這種方法施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，且常因管理不善造成沿線農(nóng)作物污染。加之這類公路大部分為國(guó)道主干線或重要省道，沿途村鎮(zhèn)多、車流量大，車輛繞行不便，為此常引發(fā)沿線群眾和施工單位的矛盾。對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

我單位在多條道路施工中采用了舊路面冷再生施工技術(shù)，以德國(guó)維特根WR2500型路面冷再生機(jī)為主要施工機(jī)械，在原有瀝青路面上加拌部分水泥并一次拌合碾壓成型。這種施工方法既保證了路面的力學(xué)性能，還簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了周期，降低了工程造價(jià)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

半剛性底基層內(nèi)部的溫度變化和坡差會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在寒冷季節(jié)，半剛性底基層表面的溫度低，底基層的頂部會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力；在溫暖春季，半剛性底基層的底部的溫度低(特別在薄瀝青面層的情況下)，在底基層的底部可能產(chǎn)生溫度應(yīng)力(拉應(yīng)力)。這個(gè)拉應(yīng)力與行車荷載在底基層底部產(chǎn)生的拉應(yīng)力相結(jié)合，會(huì)促使底基層底面開裂。冷再生混合料不存在高溫穩(wěn)定性不足問題，因此其低溫抗裂性如何就顯得格外重要，是決定其路用性能的主要指標(biāo)之一。

1 溫度試驗(yàn)方法與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)方法

成型試件尺寸為10×10×40cm，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下(20±2℃，濕度90%)，養(yǎng)生180d，采用電阻應(yīng)變片測(cè)試材料的溫度收縮系數(shù)，測(cè)試時(shí)首先將試件兩側(cè)烘干，貼上應(yīng)變片，接到電路中，將環(huán)境箱先降到最低度(-25℃)，然后恒溫2h，以每2小時(shí)升溫5℃，當(dāng)各溫度段應(yīng)變片的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后(每2h后)，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直到最終溫度(25℃)，數(shù)據(jù)通過自動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀。

冷再生混合料的溫度特性一般可用溫度應(yīng)變?chǔ)舖和平均溫度收縮系數(shù)αt來(lái)表示。平均溫度收縮系數(shù)是表征冷再生混合料低溫抗裂性的重要指標(biāo)。若能使平均溫度收縮系數(shù)減少，則冷再生混合料底基層產(chǎn)生的溫度應(yīng)變力也將按比例減少，相應(yīng)的路面收縮開裂溫度將會(huì)降低，從而提高低溫抗裂能力。溫度應(yīng)變?chǔ)舖和平均溫度收縮系數(shù)αt可用下式(1)和(2)計(jì)算。

式中：αt——半剛性混合料試件的平均溫度系數(shù)

εm——半剛性混合料試件的溫度應(yīng)變

L—試件的原始長(zhǎng)度

△L—小梁試件的整體收縮量

△T—溫度區(qū)，從起始溫度至試驗(yàn)溫度的溫度差(℃)

1.2 試驗(yàn)方案

擬定溫度試驗(yàn)方案如表1所示。

2 溫度試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)擬定的試驗(yàn)方案對(duì)7%水泥穩(wěn)定，10：10：80石灰粉煤灰穩(wěn)定，6：4：100水泥粉煤灰穩(wěn)定的冷再生混合料進(jìn)行溫度試驗(yàn)，分別測(cè)的三個(gè)配合比在不同溫度區(qū)的平均溫度系數(shù)αt。試驗(yàn)結(jié)果如表2及圖1所示。

2.2 試驗(yàn)分析

表1 溫度試驗(yàn)方案

表2 溫度試驗(yàn)結(jié)果

從圖1，我們可以看出：各添加劑穩(wěn)定的冷再生混合料在較低溫度(-5℃以下)時(shí)，溫度收縮系數(shù)較大，且有隨溫度降低，溫度系數(shù)αt增大的趨勢(shì)。而當(dāng)溫度在-5℃以上時(shí)，冷再生混合料溫度收縮系數(shù)α t在平均值附近上下波動(dòng)。造成冷再生混合料溫度收縮系數(shù)αt隨溫度變化的主要原因是：冷再生混合料內(nèi)部存在著各種礦物晶體結(jié)構(gòu)，溫度一定時(shí)，結(jié)晶體之間的因結(jié)合力(化學(xué)鍵和分子鍵力)的存在形成勢(shì)能與質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能保持平衡。當(dāng)溫度升高時(shí)。質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能增加，使微粒間距減小，宏觀上表現(xiàn)出熱收縮。試件含水量對(duì)冷再生混合料的溫度系數(shù)αt有一定的影響。因?yàn)榘雱傂圆牧现写嬖谥鞣N孔隙，孔隙中存在大量自由水、吸附水和結(jié)合水，其重力水存在于大孔隙中，而毛細(xì)水存在毛細(xì)孔和凝膠孔之中，結(jié)合水存在于礦物晶體內(nèi)部。水在結(jié)冰時(shí)不但體積增加，而且冰的溫度收縮系數(shù)也隨溫度變化而變化。因此冷再生混合料的潮濕狀態(tài)對(duì)αt影響很大。

2.2.1 二灰穩(wěn)定與水泥類穩(wěn)定冷再生混合料溫度性能的對(duì)比分析

表3 冷再生混合料與普通半剛性材料的溫度性能對(duì)比

圖1 冷再生混合料溫度系數(shù)與溫度的關(guān)系

圖2 不同添加劑穩(wěn)定的冷再生混合料溫度性能比

圖3 冷再生混合料與普通半剛性材料的溫度性能對(duì)比

圖2直觀地比較了3種添加劑穩(wěn)定的冷再生混合料溫度性能。

從圖3可以看出，平均溫度系數(shù)最大的是二灰穩(wěn)定冷再生混合料，其次是水泥粉煤灰穩(wěn)定，最好的是7%水泥穩(wěn)定的冷再生混合料，我們分析認(rèn)為冷再生混合料的溫度主要是由舊路破碎料中具體有一定塑性的細(xì)粒土，以及冷再生料中包含的自由水、吸附水和結(jié)合水的溫度漲縮所造成的。與水泥類穩(wěn)定再生混合料相比，二灰添加劑對(duì)細(xì)粒土的塑性改善較差，二灰穩(wěn)定再生混合料整體上還具有一定的塑性，另外二灰穩(wěn)定冷再生混合料相對(duì)水泥類穩(wěn)定再生料而言，強(qiáng)度較低，在相同的溫度應(yīng)力下，較容易產(chǎn)生縮裂，故二灰穩(wěn)定冷再生混合料表現(xiàn)為平均溫度系數(shù)較大。

2.2.2 水泥穩(wěn)定與水泥粉煤灰穩(wěn)定冷再生混合料溫度性能對(duì)比分析

溫度試驗(yàn)表明：7%水泥穩(wěn)定的冷再生混合料平均溫度系數(shù)比6∶4∶100水泥粉煤灰穩(wěn)定的小，我們分析認(rèn)為冷再生混合料的溫度性能主要受混合料中具有塑性的細(xì)料含量及冷再生混合料結(jié)構(gòu)的影響，混合料中粗顆粒能否形成空間骨架結(jié)構(gòu)，而讓細(xì)料在骨架的富余空間里自由伸縮，這點(diǎn)對(duì)混合料的溫度性能至關(guān)重要。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在6：4：100水泥粉煤灰穩(wěn)定冷再生混合料中，由于粉煤灰的摻入，使混合料中細(xì)料進(jìn)一步增多，隔離了粗顆粒的接觸，混合料結(jié)構(gòu)無(wú)法形成富余空間，再加上粉煤灰的火山灰反應(yīng)產(chǎn)物也對(duì)溫度收縮敏感，故水泥粉煤灰穩(wěn)定要比水泥穩(wěn)定的溫度性能差。

2.2.3 冷再生混合料與普通半剛性材料的溫度性能比分析

為了更好地評(píng)價(jià)冷再生混合料的溫度特性，我們將冷再生混合料的溫度特性與其他典型的半剛性材料的溫度性能對(duì)比分析，見表3。

從表3可以看出，冷再生混合料的溫度性能比水泥砂礫的差，但比石灰土及二灰土的要好的多，冷再生破碎在級(jí)配上與砂礫土相似，故我們分析認(rèn)為冷再生破碎料中存在的舊瀝青造成了與穩(wěn)定砂礫的溫度性能差異，瀝青是一種溫度敏感材料，再生破碎料中占有一定比例的舊瀝青，它與添加劑的水化產(chǎn)物共同組成混合料的膠凝材料，它的溫度對(duì)混合料的影響是不容忽視的，故冷再生混合料的溫度性能位于穩(wěn)定砂礫與穩(wěn)定土之間，從圖3可以看出。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)冷再生混合料的溫度性能主要由混合料中具有塑性的細(xì)粒土含量及混合料中各種狀態(tài)的水分含量決定的，破碎料中的舊瀝青對(duì)冷再生混合料的溫度性能也有很大的影響。

(2)3種添加劑穩(wěn)定的冷再生混合料中。7%水泥穩(wěn)定的冷再生混合料溫度性能最好，二灰穩(wěn)定較差，水泥粉煤灰穩(wěn)定居中。

(3)由于瀝青的存在，使冷再生混合料的溫度性能劣于穩(wěn)定砂礫，但比石灰土、二灰土的溫度性能好得多。

[1]《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》.

[2]《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》.

[3]《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》.

[4] 《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》.

包志宏,男,1975年9月出生,漢族,濮陽(yáng)縣人,1996年畢業(yè)于河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,工程師,濮陽(yáng)縣公路管理局任職,先后從事施工控制、試驗(yàn)檢測(cè)、工程監(jiān)理等工作。