低劑量水泥冷再生技術研究

陳愛勇，李　鋒

（1.江蘇沿江高速公路有限公司錫常管理中心，江蘇 無錫 214400；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

低劑量水泥冷再生技術研究

陳愛勇1，李鋒2

（1.江蘇沿江高速公路有限公司錫常管理中心，江蘇 無錫 214400；2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

低劑量水泥冷再生技術不但可以有效解決半剛性基層的反射裂縫病害，而且可以實現(xiàn)舊瀝青路面材料的循環(huán)利用，達到節(jié)能減排的目的。文章針對高速公路產(chǎn)生的瀝青面層銑刨料RAP和二灰碎石銑刨料LFSM，分別采用重型擊實法和振動壓實法進行配合比設計，研究了不同水泥用量和試件成型方法對冷再生混合料干密度和抗壓強度的影響；并對低劑量水泥冷再生施工過程中的關鍵技術進行了總結。

冷再生技術；低劑量水泥；重型擊實法；振動壓實法；最佳含水量

我國高速公路瀝青路面大多采用半剛性基層，然而，半剛性基層材料易受水和溫度的影響而產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫，并在行車荷載、溫度、濕度等因素綜合作用下反射至面層，形成反射裂縫。反射裂縫對路面結構的整體性和連續(xù)性產(chǎn)生嚴重的破壞并在一定程度上消弱了路面結構整體強度，而且隨著雨水或雪水的浸入會導致基層變軟，在車輛高速行駛產(chǎn)生的動水壓力的沖刷作用下產(chǎn)生唧漿現(xiàn)象，進一步導致路面出現(xiàn)水損壞或其它結構性破壞，進而嚴重影響高速公路的路用性能［1-2］。針對反射裂縫病害，解決途徑之一是采用低劑量水泥穩(wěn)定碎石；然而水穩(wěn)碎石需要大量的開采礦山，造成生態(tài)環(huán)境的破壞，而高速公路瀝青路面銑刨重鋪養(yǎng)護時卻將舊瀝青路面材料廢棄，造成資源浪費且污染環(huán)境［3-4］。

本文針對高速公路產(chǎn)生的瀝青面層銑刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）和二灰碎石銑刨料（Lime Fly-Ash Stabilized Macadam，LFSM），采用低劑量水泥再生后作為底基層，不但可以解決半剛性瀝青路面產(chǎn)生的反射裂縫病害，同時可以減少礦山開采，達到舊瀝青路面材料的循環(huán)利用和節(jié)能減排的目的，具有很好的現(xiàn)實意義。

1　原材料

水泥作為結合料在水化反應后與集料之間形成整體結構，產(chǎn)生一定的強度。因此，水泥的質量嚴重影響冷再生混合料的性能［5-6］。在水泥的選取時應嚴格按照規(guī)范要求，對于不滿足指標要求的不能使用。本文采用普通硅酸鹽水泥P.O 42.5作為結合料，其各項技術指標檢測結果如表1所示。瀝青路面銑刨料RAP和二灰碎石銑刨料LFSM取自現(xiàn)場，經(jīng)過礦料篩分后添加一定用量的新集料，集料規(guī)格采用19.0～31.5 mm。

2　配合比設計

2.1 礦料級配

采用水洗法對瀝青路面銑刨料RAP和二灰碎石銑刨料LFSM進行篩分，按顆粒組成進行計算，確定各種水泥冷再生RAP混合料的新集料添加量為30%，水泥冷再生LFSM混合料的新集料添加量為25%。各種材料的級配組成及冷再生混合料合成級配如表2所示。

表1 水泥試驗結果

表2　礦料級配組成

2.2 最佳含水量

針對2.0%、2.5%、3.0%和3.5%4種水泥含量，分別采用重型擊實法和振動壓實法成型試件，測試水泥冷再生混合料的最大干密度，確定最佳含水量，其中水泥冷再生RAP混合料分別采用3%、4%、5%、6%、7%5種含水量；水泥冷再生LFSM混合料分別采用4%、5%、6%、7%、8%5種含水量。試驗得到的含水量和干密度的關系曲線如圖1所示。

圖1　干密度與含水量關系

結果表明，隨著含水量的不斷增加，冷再生混合料的干密度先增加后減小，其中水泥冷再生RAP混合料的最佳含水量出現(xiàn)在5.5%左右，而水泥冷再生LFSM混合料的最佳含水量出現(xiàn)在6.5%左右，均大于水泥冷再生RAP混合料的含水量，表明二灰碎石銑刨料的吸水率明顯高于瀝青面層銑刨料。由干密度和含水量的關系曲線確定的2種冷再生混合料在不同成型方法下的最佳含水量和最大干密度結果如表3所示。

表3　最佳含水量和最大干密度試驗結果 MPa

結果表明：

（1）隨著水泥用量的增加，水泥冷再生混合料的干密度不斷增大，壓實度也隨之提高。水泥作為一種填料，有效填充了材料內部空隙，使得冷再生混合料的結構更加密實，表現(xiàn)出密度增加；

（2）對于不同的成型方式來說，振動壓實法成型的混合料干密度明顯高于重型擊實法，表明振動成型法能夠提高水泥冷再生混合料的壓實度；

（3）對于同一種成型方法，水泥冷再生RAP混合料的干密度大于水泥冷再生LFSM混合料。RAP屬于瀝青面層材料，具有一定的柔性，而LFSM屬于基層材料，具有一定的剛性，相比而言，柔性材料更加容易壓實；

（4）通過相關性分析，振動壓實法和重型擊實法成型的水泥冷再生RAP試件干密度之間的相關系數(shù)達到了0.986 9，而水泥冷再生LFSM試件干密度之間的相關系數(shù)達到了0.999 5，兩者之間表現(xiàn)出很好的相關性。

2.3 最佳水泥用量

針對2.0%、2.5%、3.0%和3.5% 4種水泥含量冷再生混合料確定的最佳含水量，分別采用靜壓法和振動壓實法成型試件，測試試件的7d無側限抗壓強度，確定水泥冷再生混合料的最佳水泥用量，試驗結果如表4所示。

表4　7 d無側限抗壓強度試驗結果 MPa

試驗結果顯示：（1）水泥冷再生混合料的7d無側限抗壓強度隨著水泥用量的增加而不斷增加。水泥水化后產(chǎn)生的水化硅酸鈣具有很高的強度，因此，>水泥用量越多其混合料的抗壓強度越大；LFSM屬于半剛性材料，其強度本身就高于柔性材料RAP，水泥再生后其強度同樣較高；

（3）對于同一種冷再生混合料，振動壓實法壓實功高，成型的試件更加密實，抗壓強度明顯高于靜壓法；

（4）參照水泥冷再生設計指標，高速公路底基層7d無側限抗壓強度不小于2.0MPa的要求，并考慮>抗反射裂縫的效果，設計水泥劑量取最小值2.0%。

3　施工工藝

低劑量水泥冷再生RAP和LFSM的施工工藝相同，具體施工過程如下［7-8］：

（1）施工準備。銑刨料應不結塊且無雜物，最大粒徑不大于31.5 mm，含水量不大于3%。與水泥穩(wěn)定碎石混合料不同的是，在水泥冷再生前必須通過隨機的方式合理獲得具有代表性的銑刨料，并測試銑刨料和新集料的含水量，根據(jù)配合比設計中的最佳含水量確定外摻水量，保證水泥冷再生混合料具有最好的壓實條件。

（2）拌和。每天開始攪拌前，應檢查場內銑刨料和集料的含水量，計算當天的施工配合比。開始攪拌之后，按規(guī)定取混合料試樣檢查級配和水泥劑量，隨時在線檢查配比、含水量是否變化。

（3）運輸。運輸車應該按前后中的順序裝料，避免混合料離析。車上的混合料應覆蓋，并盡快運送到鋪筑現(xiàn)場，減少水分損失。當車內混合料不能在水泥初凝時間內運到工地攤鋪壓實，必須予以廢棄［9］。

（4）攤鋪。攤鋪前應將下臥層灑水濕潤，并檢查攤鋪機各部分運轉情況，且嚴格控制基層厚度和高程，松鋪系數(shù)一般為1.2～1.3。采取2臺攤鋪機同時進行攤鋪，作業(yè)時應保持平穩(wěn)連續(xù)的進行，應采取各種有效措施，防止水泥冷再生混合料在施工中出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

（5）碾壓。采用2～3臺20 t以上的單鋼輪振動壓路機和1～2臺25 t以上的輪胎壓路機進行組合碾壓，先使用鋼輪進行穩(wěn)壓，然后振動碾壓，最后使用膠輪進行終壓。第1～2遍碾壓速度為1.5～1.7 km/h，以后各遍為1.8～2.2 km/h。注意穩(wěn)壓要充分，振壓不起浪、不推移，壓至無輪跡為止。碾壓完成后用灌砂法檢測壓實度，建議壓實度應不小于97%。

（6）養(yǎng)生。采用濕潤的麻布或透水無紡土工布覆蓋的方式進行養(yǎng)生，后續(xù)采取灑水車養(yǎng)生，保持底基層處于濕潤狀態(tài)，養(yǎng)生期間封閉交通。

4　結論

（1）水泥冷再生RAP和LFSM混合料的干密度和7 d無側限抗壓強度均隨著水泥用量的增加而不斷增大；

（2）對于同一種成型方法，由于RAP屬柔性材料，更易壓實，而LFSM屬半剛性材料，強度相對更高。因此，水泥冷再生RAP混合料的最大干密度大于水泥冷再生LFSM混合料，而7 d無側限抗壓強度小于水泥冷再生LFSM混合；

（3）通過相關性分析，振動壓實法和重型擊實法成型的水泥冷再生RAP和LFSM混合料的最大干密度之間具有很好的相關性；

（4）水泥冷再生RAP和LFSM混合料的7 d無側限抗壓強度均大于2.0 MPa，滿足高速公路底基層的要求，結合抗反射裂縫的目的，采用

最小值2.0%。同時，建議在低劑量水泥冷再生混合料設計時水泥用量控制在2%～3%。

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Study on Construction Technology of Low Dose Cement Cold Recycling

Chen Aiyong1， Li Feng2
（1. Wuxi and Changzhou Management Center， Jiangsu Yanjiang Expressway Co.， Ltd.， Wuxi 214400， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China）

Low dose cement cold recycling technology can not only solves the reflection cracks of semi rigid base， but also realizes the recycling of old asphalt pavement materials and the purpose of energy saving and emission reduction. In this paper，heavy compaction and vibratory compaction method are use respectively for mix proportion design of reclaimed asphalt pavement and lime fly-ash stabilized macadam from expressway， the influence of the different cement content and molding methods on density and compressive strength of cold recycling mixture are analyzed. At the same time， the key technologies of low dose cement cold recycling construction process are summarized.

cold recycling technology; low dose cement; heavy compaction method; vibratory compaction method; optimum water content

U414

A

1672–9889（2015）05–0009–03

陳愛勇（1980-），男，江蘇宿遷人，工程師，主要從事道路、橋梁設計工作。

（2015-01-26）