基于水泥添加劑的全深式就地冷再生力學(xué)性能研究

楊萬紅

[摘要]首先通過就地冷再生機(jī)WR2500S進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)銑刨取樣，然后進(jìn)行室內(nèi)廢舊混合料配合比設(shè)計(jì)；根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)，確定最大干密度以及最佳含水量；根據(jù)最佳含水量以及最大干密度成型試件后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；然后測(cè)試試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：以水泥為添加劑的全深式就地冷再生無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度均滿足規(guī)范對(duì)高速公路基層的強(qiáng)度要求，隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度也相應(yīng)的增加：冷再生混合料銑刨篩分后其通過率滿足規(guī)范要求且無側(cè)限抗壓強(qiáng)度符合水泥穩(wěn)定類材料作為底基層及二級(jí)公路基層的要求后可不進(jìn)行新骨料的添加。

[關(guān)鍵詞]水泥：添加劑：無側(cè)限：全深式：就地冷再生

0引言

瀝青路面廢舊料再生利用技術(shù)是將原有的舊瀝青路面以及部分基層經(jīng)過銑刨、破碎、拌和、攤鋪以及碾壓而形成滿足一定的路用性能的一整套施工工藝。瀝青路面廢舊料再生利用技術(shù)主要分為熱再生和冷再生兩大類，其中熱再生又分為廠拌熱再生和就地?zé)嵩偕?，冷再生又分為廠拌冷再生和就地冷再生，其中就地冷再生根據(jù)再生厚度以及再生結(jié)構(gòu)層的不同又可分為瀝青層就地冷再生和全深式就地冷再生。在冷再生廢舊混合料中水泥是一種比較常用的添加劑，其作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：改變廢舊混合料中土的塑性，使其隨著齡期的增長，塑性指數(shù)減小：增加廢舊混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并隨著水泥劑量的增加，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性增強(qiáng)。在冷再生廢舊混合料中最大水泥劑量不宜超過6%。

1試驗(yàn)部分

1.1原材料

試驗(yàn)中所需冷再生廢舊混合料均為國道312線雞兒嘴至清水驛段維修改造工程中采用維特根WR2500S冷再生機(jī)全深式銑刨20em原來的舊瀝青混凝土路面所得（包括部分基層）。通過四分法進(jìn)行取樣并對(duì)冷再生廢舊混合料篩分，結(jié)果見表1。試驗(yàn)所需的添加劑水泥為復(fù)合硅酸鹽緩凝水泥，強(qiáng)度等級(jí)為32.5MPa。

由表l可以看出，銑刨料的級(jí)配組成滿足規(guī)范要求。5mm以下占39.7%，5-10mm占24.4%，10-20mm占28.2%，19mm以上占7.7%，因此并不需摻加新的骨料。因此，根據(jù)篩分結(jié)果，依據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E51-2009進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。按四種水泥劑量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%，每種水泥劑量冷再生混合料分別對(duì)應(yīng)含水量為5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%。采用重型擊實(shí)試驗(yàn)方法分別確定不同水泥劑量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度。根據(jù)每種水泥劑量對(duì)應(yīng)的最佳含水量以及最大干密度成型無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件以及劈裂強(qiáng)度試件。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（溫度20±2℃、濕度≥95%）：無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件養(yǎng)生6天，浸水1天；劈裂強(qiáng)度試件養(yǎng)生89天，浸水1天。最后測(cè)定其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值和劈裂強(qiáng)度值。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

按四種水泥劑量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%，每種水泥劑量冷再生混合料分別對(duì)應(yīng)含水量為5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)方法分別確定不同水泥劑量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度，并根據(jù)所確定的最大干密度以及最佳含水量，按97%的壓實(shí)度控制密度制備無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)試件，結(jié)果見表2、表3。

由表3以及圖1、圖2可以看出，隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度也相應(yīng)的增加。說明水泥為添加劑的冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度受水泥劑量的影響較大。水泥添加劑在冷再生混合料中起提高冷再生材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的作用。當(dāng)水泥劑量由3%增加到4%時(shí)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增幅最大，增幅為50%，往后隨著水泥劑量的增加其增幅較小：當(dāng)水泥劑量由5%增加到6%時(shí)劈裂強(qiáng)度增幅最大，增幅為29.7%，在其他兩個(gè)水泥劑量時(shí)增幅較小。這是因?yàn)樗嗟哪Y(jié)和硬化是一個(gè)復(fù)雜的物理一化學(xué)過程，取決于構(gòu)成水泥熟料的礦物成分本身的特性。水泥主要成分為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等四種礦物組成。這四種礦物在遇水后會(huì)發(fā)生水解或水化反應(yīng)而變成水化物，這些水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強(qiáng)度。水泥劑量增加的同時(shí)也增加了這四種礦物成分的比例，它們?cè)谒^程中生成了許多膠體大小范圍的結(jié)晶體（如Ca（OH）₂）包裹在水泥顆粒表面，隨著水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒表面不穩(wěn)定的包裹層開始破壞使得水化反應(yīng)加速，新的、更加穩(wěn)定的水化物結(jié)晶體從飽和溶液中析出，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)。隨后，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，結(jié)晶體不斷充滿冷再生混合料一水泥體系的結(jié)構(gòu)空間中，冷再生混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也因此不斷得到增長。

由表3和圖3可以看出，隨著水泥劑量的增加無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值也在增大。對(duì)水泥劑量與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值進(jìn)行線性回歸，得到線性方程：Y=1.468X-2.9713（相關(guān)系數(shù)R²=0.98493），根據(jù)規(guī)范無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于2.0MPa的要求進(jìn)行反推得到水泥劑量為3.5%，全深式就地冷再生施工屬于路拌法，故最佳水泥劑量比室內(nèi)試驗(yàn)確定的最佳水泥劑量多1.0%，最終確定全深式就地冷再生施工水泥劑量為4.5%。

3結(jié)論

1）隨著水泥劑量的增加，冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度也相應(yīng)的增加，

2）基于水泥添加劑的全深式就地冷再生混合料室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，在規(guī)范確定的級(jí)配范圍內(nèi)。冷再生混合料的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在水泥劑量為3.5%時(shí)就可以滿足要求，劈裂強(qiáng)度在0.2-0.6MPa之間。

3）冷再生混合料銑刨篩分后，5mm以下占40%、5-10mm占24%、10-20mm占28%、19mm以上占8%，其通過率滿足規(guī)范要求且無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在水泥劑量3.5%時(shí)，符合水泥穩(wěn)定類材料作為底基層及二級(jí)公路基層的要求，

4）冷再生混合料在其水泥劑量不超過6%的情況下，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足規(guī)范要求后，合成級(jí)配在規(guī)范級(jí)配上下限之間時(shí)可不進(jìn)行新骨料的添加。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]