垂直振動(dòng)壓實(shí)水泥冷再生混合料的抗壓強(qiáng)度特性

鄒雨航，何德偉，陳浙江，蔣應(yīng)軍

（1．浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，浙江 寧波 315100；2．長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064；3．金華市公路管理局，浙江 金華 321110）

0 引 言

綜上所述，有關(guān)齡期、新集料摻量、基面層回收材料比例、水泥劑量等因素對(duì)CCRM力學(xué)特性的影響缺乏系統(tǒng)深入研究，研究還表明，靜壓成型法成型試件與現(xiàn)場(chǎng)鉆芯試樣的工程特性相關(guān)性不足36%，不能準(zhǔn)確反映冷再生材料的實(shí)際性能；垂直振動(dòng)試驗(yàn)法能較好地模擬實(shí)際工程中機(jī)械對(duì)路面的壓實(shí)效果，成型試件與路面芯樣物理力學(xué)性能的相關(guān)性可高達(dá)93%，試驗(yàn)結(jié)果具有代表性、可靠性和真實(shí)性［13－14］?；诖?，本文采用垂直振動(dòng)試驗(yàn)法深入系統(tǒng)地研究養(yǎng)生齡期、新集料摻量、基面層回收料比例、水泥劑量等因素對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度的影響。

1 原材料與研究方案

1．1 原材料

（1）水泥。選用鄭州天瑞牌復(fù)合硅酸鹽水泥，其技術(shù)性質(zhì)見表1。

（2）新集料。新集料（Virgin Aggregate，簡(jiǎn)稱VAG）選取河南省許昌市禹州淺井鄉(xiāng)石料廠生產(chǎn)的石灰?guī)r，其技術(shù)性質(zhì)見表2。

表1 水泥技術(shù)性質(zhì)

表2 新集料技術(shù)性質(zhì)

（3）路面回收集料。面層回收集料（Reclaimed Asphalt Pavement Material，簡(jiǎn)稱RAP）與基層回收集料（Reclaimed Cement Base Material，簡(jiǎn)稱 RCB）的技術(shù)性質(zhì)見表3。

表3 回收集料技術(shù)性質(zhì)

1．2 試驗(yàn)方案

1．2．1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）基面層回收料比例。S325省道許昌市境內(nèi)改建工程原面層為7cm厚瀝青混凝土，原基層為18cm厚水泥穩(wěn)定碎石。因此，選取3種基面層回收材料質(zhì)量（m）比例，mRCB∶mRAP＝0∶1，是指水泥穩(wěn)定碎石基層不銑刨，瀝青面層銑刨7cm；mRCB∶mRAP＝1∶1，是指水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨7cm，瀝青面層銑刨7cm；mRCB∶mRAP＝18∶7，是指水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨18cm，瀝青面層銑刨7cm。

（2）新集料摻量?；厥占现袛M摻入20%和40%的新集料。

(2)酸霧吸收裝置。為處理凈化除鐵反應(yīng)、鐵渣酸溶過程產(chǎn)生的酸霧，配置了2套湍沖洗滌塔，把溫度≤65 ℃，濃度≤550 mg/m3(含硫酸、鹽酸酸霧、少量的水蒸氣)，合計(jì)自然揮發(fā)面積約600 m2的酸霧通過堿液吸收達(dá)標(biāo)排放。湍沖洗滌塔防腐：塔體(Φ3 600 mm×13 500 mm)FRP樹脂采用DEK470- 300酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂。酸霧連接管道為Φ1 000 m玻璃鋼纏繞管。風(fēng)機(jī)選用材質(zhì)為Ti2、通風(fēng)量Q≥48 000 m3/h、風(fēng)壓P≥7 000 Pa的鈦風(fēng)機(jī)。

（3）水泥劑量。水泥劑量Ps擬采用3%、4%。

（4）礦料級(jí)配。以骨架密實(shí)級(jí)配為準(zhǔn)，擬定10組水泥冷再生混合料試驗(yàn)級(jí)配，見表4。

1．2．2 試驗(yàn)方法

（1）振動(dòng)試驗(yàn)方法。垂直振動(dòng)擊實(shí)儀要求工作時(shí)只產(chǎn)生垂直振動(dòng)力而沒有水平力，振動(dòng)參數(shù)配置：工作頻率30Hz，激振力7．6kN，名義振幅1．2mm，上車系統(tǒng)質(zhì)量120kg，下車系統(tǒng)質(zhì)量180kg［15－16］。采用垂直振動(dòng)擊實(shí)儀將不同含水量的CCRM振動(dòng)擊實(shí)100s，然后測(cè)試不同含水量CCRM的密度，繪制干密度－含水量曲線，確定CCRM 的最大干密度ρ 和最佳含水量ω［15－16］。

表4 試驗(yàn)礦料級(jí)配及CCRM最大干密度與最佳含水量

（2）抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法。采用垂直振動(dòng)擊實(shí)儀將CCRM振動(dòng)擊實(shí)至98%壓實(shí)度，并制備直徑為15cm、高為15cm的圓柱體試件［17］，采用《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）中的頂面法測(cè)試抗壓強(qiáng)度。

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1 試驗(yàn)結(jié)果

（1）最大干密度和最佳含水量。垂直振動(dòng)擊實(shí)確定的最大干密度CCRM的ρdmax和最佳含水量ωo見表4。

（2）室內(nèi)抗壓強(qiáng)度。CCRM不同齡期的抗壓強(qiáng)度代表值Rc0．95見表5。

表5 CCRM抗壓強(qiáng)度代表值及抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)模型

2．2 齡期的影響

（1）抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線。CCRM抗壓強(qiáng)度與齡期之間的關(guān)系曲線見圖1。

（2）抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)模型。假設(shè)CCRM抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)方程滿足式（1）［18－19］。

圖1 抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)生齡期的變化曲線

式中：T為CCRM養(yǎng)生齡期（d）；Rc為CCRM抗壓強(qiáng)度（MPa）；Rc0為CCRM養(yǎng)生0d時(shí)的抗壓強(qiáng)度（MPa）；Rc∞為CCRM 養(yǎng)生無(wú)數(shù)天時(shí)的抗壓強(qiáng)度（MPa）；ξc為回歸系數(shù)。

根據(jù)式（1）回歸得到CCRM抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)模型見表5，表中r2為相關(guān)系數(shù)。從表5中相關(guān)系數(shù)r2的結(jié)果可知，式（1）對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律具有較好的擬合效果，真實(shí)有效地揭示了CCRM抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律，因而采用式（1）預(yù)估CCRM 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

圖2是根據(jù)表5中數(shù)據(jù)得到的CCRM的Rc／Rc∞與齡期之間的關(guān)系。如圖2所示，CCRM抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)生齡期的增長(zhǎng)而增大，養(yǎng)生28d前CCRM抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28d后抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率逐漸變小并趨于0。28d的CCRM抗壓強(qiáng)度約為極限強(qiáng)度的80%，90d的CCRM 抗壓強(qiáng)度約為極限強(qiáng)度的90%。因此，分析后續(xù)影響因素時(shí)，若無(wú)特殊說明，均采用90d抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，為了保證CCRM具有足夠強(qiáng)度與剛度，必須加強(qiáng)CCRM的養(yǎng)生，尤其是前28d養(yǎng)生。

2．3 新集料摻量的影響

根據(jù)表5中結(jié)果，可得新集料摻量對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度的影響，見表6。表中 Rc－0、Rc－20和 Rc－40分別指不摻新集料、摻20%和40%新集料的CCRM抗壓強(qiáng)度代表值。

由表6可知，試件成型初期，由于水泥還沒有硬化，強(qiáng)度主要依賴于礦料級(jí)配，因此摻入新集料對(duì)提高早期CCRM抗壓強(qiáng)度具有顯著效果，最高可提高1．5倍。隨著齡期增長(zhǎng)，新集料對(duì)抗壓強(qiáng)度提高作用逐漸弱化，90d后抗壓強(qiáng)度提升作用處于穩(wěn)定狀態(tài)。與不摻新集料的CCRM相比，摻20%新集料的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高3．3%（水泥劑量為3．0%）或5．7%（水泥劑量為4．0%），摻40%新集料的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高11%（水泥劑量為3．0%）或15．1%（水泥劑量為4．0%）。因此，建議新集料摻量為40%。

表6 新集料摻量對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 Rc／Rc∞隨養(yǎng)生齡期變化規(guī)律曲線

2．4 RCB與RAP的影響

3組基面層回收料比例下不同水泥劑量CCRM抗壓強(qiáng)度與相應(yīng)水泥劑量水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度的比值隨養(yǎng)生齡期的變化見表7。

由表7可知：當(dāng)水泥劑量為3%，基面層回收料比例為18∶7、1∶1和0∶1時(shí)，CCRM 90d抗壓強(qiáng)度分別為水泥穩(wěn)定碎石的59%～71%、51%～67%、50%～62%；當(dāng)水泥劑量為4%，基面層回收料比例為18∶7、1∶1和0∶1時(shí)，CCRM 90d抗壓強(qiáng)度分別為水泥穩(wěn)定碎石的47%～58%、44%～56%、40%～51%。

表7 基面層比例對(duì)CCRM無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響

2．5 水泥劑量的影響

水泥劑量對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度的影響結(jié)果見表8。

表8 水泥劑量對(duì)CCRM抗壓強(qiáng)度的影響

由表8可知：增加水泥劑量可顯著提高CCRM的抗壓強(qiáng)度；與水泥劑量為3%的CCRM相比，水泥劑量為4%的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高12．3%（基面層比例為0∶1）、10．7%（基面層比例為1∶1）和8．5%（基面層比例為18∶7）；水泥劑量為4%時(shí)，CCRM 7d抗壓強(qiáng)度均大于3．0MPa?？紤]到水泥劑量過多會(huì)對(duì)CCRM抗裂性能不利，因此，建議水泥劑量采用4%。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）CCRM抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)生齡期的增長(zhǎng)而增大，28d前CCRM抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28d后抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速率逐漸變緩并趨于零；28d的CCRM抗壓強(qiáng)度約為極限強(qiáng)度的80%，90d的CCRM抗壓強(qiáng)度約為極限強(qiáng)度的90%。建議加強(qiáng)CCRM的養(yǎng)生，尤其是早期養(yǎng)生。

（2）與不摻新集料CCRM相比，摻20%新集料的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高3．3%（水泥劑量為3．0%）或5．7%（水泥劑量為4．0%），摻40%新集料的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高11%（水泥劑量為3．0%）或15．1%（水泥劑量為4．0%）。因此，建議新集料摻量為40%。

（3）當(dāng)水泥劑量為3%，基面層回收料比例為18∶7、1∶1和0∶1時(shí)，CCRM 90d抗壓強(qiáng)度分別為水泥穩(wěn)定碎石的59%～71%、51%～67%、50%～62%；當(dāng)水泥劑量為4%，基面層回收料比例為18∶7、1∶1和0∶1時(shí)，CCRM 90d抗壓強(qiáng)度分別約為水泥穩(wěn)定碎石的47%～58%、44%～56%、40%～51%。

（4）增加水泥劑量可顯著提高CCRM抗壓強(qiáng)度；與水泥劑量3%的CCRM相比，水泥劑量4%的CCRM 90d抗壓強(qiáng)度可提高12．3%（基面層比例為0∶1）、10．7%（基面層比例為1∶1）和8．5%（基面層比例為18∶7）；水泥劑量過多對(duì)CCRM基層抗裂性能不利，建議水泥劑量取4%。