廢舊瀝青混合料水穩(wěn)石試驗(yàn)研究

尚宏世,趙永剛

(蘭州理工大學(xué) 理學(xué)院,甘肅 蘭州 730050)

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廢舊瀝青混合料水穩(wěn)石試驗(yàn)研究

尚宏世,趙永剛

(蘭州理工大學(xué) 理學(xué)院,甘肅 蘭州 730050)

通過對(duì)不同廢舊瀝青混合料摻量的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)研究,測(cè)定其最佳含水量、最大干密度,進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及干縮試驗(yàn),確定最佳水泥摻量并對(duì)比分析廢舊瀝青混合料摻量對(duì)水泥穩(wěn)定碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和干燥收縮性能的影響。通過試驗(yàn)分析,確定最優(yōu)混合料摻量,研究其抗壓強(qiáng)度、溫縮等長(zhǎng)期性能的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明,30%廢舊瀝青混合料摻量和5%水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石,不僅可以保證基層的強(qiáng)度,有利于基層早期強(qiáng)度形成,而且具有較好的抗溫縮性能,可以作為基層鋪設(shè)材料。

廢舊瀝青混合料;水泥穩(wěn)定碎石;抗壓強(qiáng)度;溫縮性能

以水泥穩(wěn)定碎石為主要代表的半剛性基層強(qiáng)度、剛度、整體性良好,但因其易收縮、開裂進(jìn)而引起路面的反射裂縫,反而縮短了使用壽命。廢舊瀝青混合料的加入可以很好地改善這一現(xiàn)象。近年來,國(guó)內(nèi)有關(guān)半剛性基層以及向其中摻加柔性材料的性能試驗(yàn)研究較多,蔣應(yīng)軍等[1,2]、李明杰[3]、孫兆輝等[4]對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度影響因素進(jìn)行了詳細(xì)研究,分別探究了水泥摻量、成型方式、養(yǎng)生齡期等對(duì)其強(qiáng)度的影響;朱夢(mèng)良等[5]對(duì)摻廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能進(jìn)行研究,試驗(yàn)證明此基層具有較好的抗裂性能;張嘎吱等[6]、陳瀟等[7]則對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。但是,現(xiàn)有的摻瀝青廢舊混合料基層試驗(yàn)研究[10-13],大都是某一特性的詳細(xì)分析,且大都基于7d、28d齡期的短期性能,沒有系統(tǒng)的性能試驗(yàn)研究,對(duì)其長(zhǎng)期性能試驗(yàn)也未作深入探究。導(dǎo)致水泥摻廢舊瀝青混合料的性能試驗(yàn)研究存在欠缺,亟需進(jìn)行此方面的研究。

基于此,我們以振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)為基礎(chǔ),選擇最佳瀝青混合料摻量并對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期性能試驗(yàn)研究,系統(tǒng)揭示摻廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石基層長(zhǎng)期性能發(fā)展規(guī)律,為基層的設(shè)計(jì)施工提供參考依據(jù)。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料性質(zhì)

(1)廢舊瀝青混合料。采用山東濟(jì)青高速改擴(kuò)建中洗刨的瀝青混合料,油石比為4.5%,用篩分機(jī)直接進(jìn)行抽提篩分,試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

表1 試驗(yàn)篩分結(jié)果

(2)水泥。試驗(yàn)采用陜西秦嶺水泥公司生產(chǎn)的P.C32.5緩凝復(fù)合硅酸鹽水泥,試驗(yàn)用水為普通自來水。

(3)碎石。試驗(yàn)所用碎石取自山東青島榮輝石料廠的優(yōu)質(zhì)玄武巖,共分為0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～30mm四檔新石料。

1.2 基層配合比設(shè)計(jì)

以廢舊瀝青混合料為基礎(chǔ),加入各檔新料使級(jí)配均勻,按照如表2所列的比例進(jìn)行調(diào)整,采用骨架密實(shí)型級(jí)配方案[8],調(diào)整后的結(jié)果如表3所列。

表2 各類用料的目標(biāo)級(jí)配

2 振動(dòng)擊試驗(yàn)

按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[9]規(guī)定,采用重型擊實(shí)方法測(cè)定其最大干密度和最佳含水量,試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 最大干密度曲線Fig.1 The maximum dry density curve

圖2 最佳含水量曲線Fig.2 The optimizing water content

由圖1可知,摻廢舊瀝青混合料水穩(wěn)石的最大干密度比未摻廢舊瀝青混合料時(shí)小,且隨著廢舊瀝青混合料摻量逐漸增大,最大干密度整體呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì),這是因?yàn)?廢舊瀝青混合料的密度比新料小,所以隨著舊料的加入其干密度會(huì)呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)。此外,隨著水泥含量的增加,結(jié)合料最大干密度也不斷地增大,這表明水泥在振動(dòng)條件下有利于填補(bǔ)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的空隙,進(jìn)而增加混合料密實(shí)度。

由圖2可知,當(dāng)廢舊瀝青混合料含量較少時(shí),廢舊瀝青混合料表面附有一定含量的瀝青,降低了結(jié)合料對(duì)水分的吸收,最佳含水量會(huì)隨廢舊瀝青混合料的加入而降低;當(dāng)廢舊瀝青混合料含量較多時(shí),舊料占主要部分,整體吸水性能明顯提升,最佳含水量隨廢舊混合料的摻入而增大。此外,由于水泥顆粒較細(xì),比表面積大,吸水性能好,因此,結(jié)合料最佳含水量隨其含量的增加而增大。

3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及干縮試驗(yàn)

采用靜壓法成型標(biāo)準(zhǔn)試件并根據(jù)試驗(yàn)要求測(cè)定其7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,結(jié)果如圖3所示。按照擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果,將不同摻量廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石以97%的壓實(shí)度成型為10cm×10cm×40cm的中梁,養(yǎng)生7d后,浸水24h取出,用抹布擦干,放在室內(nèi)環(huán)境(17～20 ℃)自然干燥,通過手持應(yīng)變儀測(cè)定其干縮位移并計(jì)算平均干縮系數(shù)。試驗(yàn)前兩天失水收縮較快,每天讀取6次數(shù)據(jù),此后每天讀取2次數(shù)據(jù),試驗(yàn)周期為7d,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

分析圖3和圖4可以得出以下結(jié)論:

(1)普通水泥穩(wěn)定碎石的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度明顯高于摻有廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石,而且隨著廢舊瀝青混合料含量的增加其抗壓強(qiáng)度逐漸減小。這是因?yàn)閺U舊瀝青混合料常年經(jīng)受行車荷載與自然因素的共同作用,破碎狀況嚴(yán)重,瀝青結(jié)合料老化程度較高,此外,舊料中含有的瀝青對(duì)水泥的水化作用有一定阻礙,導(dǎo)致水泥水化作用不徹底。

圖3 7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線Fig.3 7 d non lateral confinement compressive strength

圖4 平均干縮系數(shù)曲線Fig.4 Mean dry shrinkage coefficient

(2)隨著混合料中水泥含量的增加,試件抗壓強(qiáng)度明顯增大,而且從圖3中可以看出水泥含量為5%時(shí)的抗壓強(qiáng)度較4%時(shí)提高了約15%,而水泥含量6%的抗壓強(qiáng)度較5%時(shí)只提高了約7%。因此,在滿足基層強(qiáng)度的要求下,經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果比選,確定水泥最佳摻量為5%,此摻量的水泥使得結(jié)合料抗壓強(qiáng)度增加較大且基層的抗裂性能也較好。

(3)普通水泥穩(wěn)定碎石平均干縮系數(shù)遠(yuǎn)大于摻有廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石。且隨著廢舊瀝青混合料摻量的增加其平均干縮系數(shù)逐漸減小,摻量大于35%以后其平均干縮應(yīng)變減小趨勢(shì)變緩。這說明,在水泥穩(wěn)定碎石中摻加適量廢舊瀝青混合料,有助于提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能?？紤]到特重交通基層強(qiáng)度需在3.5～4.5MPa范圍內(nèi)[8],可取30%廢舊瀝青混合料摻量和5%水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石作為基層鋪設(shè)材料。

4 不同齡期的強(qiáng)度及溫縮性能

取30%廢舊瀝青混合料摻量和5%水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石作為基層鋪設(shè)材料,按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[9]規(guī)定制作相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試件,自然養(yǎng)生后測(cè)定其7d、28d、56d和90d的抗壓強(qiáng)度以及3d、7d、14d、28d、56d和90d的溫縮系數(shù),如圖5、圖6所示。

由圖5可以看出,摻有30%廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石,由于前期反應(yīng)物比較充足,水化反應(yīng)較快,前期強(qiáng)度增長(zhǎng)也較快,后期反應(yīng)物含量減少,水化反應(yīng)較慢,強(qiáng)度增加也相對(duì)變緩,但后期強(qiáng)度與未摻廢舊混合料水穩(wěn)石強(qiáng)度基本相同,約為其強(qiáng)度的95%。因此,摻入一定量廢舊瀝青混合料不僅可以保證基層的強(qiáng)度,還有利于基層早期強(qiáng)度形成,縮短開放交通的時(shí)間。

圖5 抗壓強(qiáng)度柱狀圖Fig.5 Compressive strength bar chart

圖6 溫縮系數(shù)曲線圖Fig.6 Temperature shrinkage coefficient

由圖6可知,摻有30%廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石溫縮系數(shù)與未摻廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石情況基本相同,都呈現(xiàn)出隨齡期增長(zhǎng)先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)?水泥前期水化反應(yīng)較快,生成物具有較大的溫縮性能,隨著齡期的增長(zhǎng),水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度逐漸形成,對(duì)試件的變形約束能力也相應(yīng)增強(qiáng)。從圖6還可以發(fā)現(xiàn),未摻廢舊瀝青混合料水泥穩(wěn)定碎石的溫縮系數(shù)整體要比摻有30%廢舊瀝青混合料水泥穩(wěn)定碎石大35%左右。這說明,摻有30%廢舊瀝青混合料的水泥穩(wěn)定碎石具有較好的抗溫縮性能。

5 結(jié)論

(1)隨著廢舊瀝青混合料含量的增加,水泥穩(wěn)定

碎石試件的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度逐漸減小,水泥對(duì)其強(qiáng)度的形成具有決定性作用,水泥含量為5%時(shí)的抗壓強(qiáng)度較4%時(shí)提高了約15%,而水泥含量為6%的抗壓強(qiáng)度較5%時(shí)只提高了約7%,經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果比選,確定水泥最佳摻量為5%。

(2)隨著廢舊瀝青混合料摻量的增加其平均干縮系數(shù)逐漸減小,摻量大于35%以后其平均干縮應(yīng)變減小趨勢(shì)變緩。試驗(yàn)表明,在水泥穩(wěn)定碎石中摻加適量廢舊瀝青混合料,有助于提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能?？紤]到強(qiáng)度和抗裂性能的要求,取30%廢舊瀝青混合料摻量和5%水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石作為基層鋪設(shè)材料。

(3)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,30%廢舊瀝青混合料摻量和5%水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石,不僅可以保證基層的強(qiáng)度,有利于基層早期強(qiáng)度形成,而且具有較好的抗溫縮性能,可以作為基層鋪設(shè)材料。

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Shang Hongshi,Zhao Yonggang

(School of Science,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China)

By vibration experiment for cement stabilized macadam of different waste asphalt mixture,it determines the optimized cement content and analyze the effect of waste asphalt mixture content on non lateral confinement compressive strength and drying shrinkage performance of cement stabilized macadam after measuring the optimized water content,the maximum dry density and conducting non lateral confinement compressive strength in this text.Based on the above experiment and analysis,determine the optimization mixture content,study its long-term behavior development of compressive strength and shrink.The result shows that cement stabilized macadam with 30% waste asphalt mixture and 5% cement content not only ensure the strength of base and further early strength formation but also has good anti-temperature shrink performance,so it can be used as laying material of base.

Waste asphalt mixture;Cement stabilized macadam;Compressive strength;Temperature shrinkage performance

ShangHongshi,ZhaoYonggang.ExperimentalStudyonCementStabilizedMacadamofWasteAsphaltMixture[J].JournalofGansuSciences,2016,28(6):85-88,148.[尚宏世,趙永剛.廢舊瀝青混合料水穩(wěn)石試驗(yàn)研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(6):85-88,148.]

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.06.017.

2016-01-19;

2016-03-07.

尚宏世(1989-),男,山西朔州人,碩士研究生,研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)非線性.E-mail:250860580@qq.com.

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