全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生基層應(yīng)用與耐久性能評價

邊海濱

(中交一公局第五工程有限公司 河北 廊坊 065201)

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層瀝青路面是我國各等級公路普遍采用的一種路面結(jié)構(gòu)形式，隨著瀝青路面服役期延長，車輛荷載和環(huán)境溫度變化對半剛性基層瀝青路面產(chǎn)生的疲勞損傷作用，加之極端環(huán)境因素和行車荷載條件導(dǎo)致的半剛性基層瀝青路面早發(fā)性損害，使得我國在役半剛性基層瀝青路面已經(jīng)進入大規(guī)模養(yǎng)護維修期[1-3]。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計[4]，每年我國瀝青路面在養(yǎng)護過程中所產(chǎn)生的廢棄瀝青路面材料約220萬t，產(chǎn)生的廢舊瀝青路面基層材料要超過500萬t，半剛性基層瀝青路面的回收瀝青路面材料(RAP)與回收基層材料(RBP)再生利用問題一直是困擾工程界的一大難題。全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生技術(shù)是采用專門的就地冷再生設(shè)備，對需要翻修的舊瀝青路面、半剛性基層進行現(xiàn)場冷銑刨和篩分(必要時)，摻入一定的添加適量的活性填料(水泥)、水、新集料(必要時)，經(jīng)常溫拌和、碾壓等工序之后形成滿足路用性能要求的道路基層的工程技術(shù)[5]。相比瀝青穩(wěn)定類再生技術(shù)，全深式水泥冷再生的早期強度高、水穩(wěn)定好、對銑刨舊料的適用性強、廢舊瀝青路面材料利用率高、施工效率高，解決了廢棄面層和基層材料對空間的占用及減少公路建設(shè)碎石開采對環(huán)境的破壞和污染，因而在我國得到了一定應(yīng)用，并成為研究的熱點。

郝增恒等[2]通過復(fù)合式基層的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提出復(fù)合式冷再生基層設(shè)計理念。郭寅川等[6]研究了面層和基層舊料的摻配比例、結(jié)合料種類和摻量以及齡期等因素對復(fù)合式水泥冷再生混合料路用性能的影響。張名成[7]研究了復(fù)合式水泥冷再生混合料結(jié)構(gòu)組合設(shè)計與路用性能。陳華鑫等[8]研究了水泥冷再生混合料基層的力學(xué)性能。樊統(tǒng)江等[9]研究了全深式就地冷再生路面設(shè)計參數(shù)及工藝參數(shù)。馬松林等[10]研究了全深式水泥冷再生混合料的溫縮應(yīng)變性能。蔣應(yīng)軍等[11]研究了垂直振動壓實水泥冷再生混合料劈裂強度特性。師郡等[12]研究了舊瀝青混凝土路面現(xiàn)場冷再生技術(shù)及施工工藝。

回收RAP、RBP可作為基層新集料使用，而已有研究成果主要集中在全深式水泥冷再生瀝青的強度影響因素、配合比設(shè)計、施工工藝參數(shù)等方面，鮮見有關(guān)全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生基層路用性能和耐久性評價方面研究，本文依托大廣高速奈曼東連接線改擴建工程，將含有回收瀝青路面材料(RAP)及回收基層材料(RBP)的廢舊路面材料就地水泥冷再生后用于高速公路的基層，基于室內(nèi)劈裂強度、無側(cè)限抗壓強度、彎拉強度、動態(tài)壓縮模量試驗(中間段法)、干縮溫縮應(yīng)變、凍融循環(huán)水穩(wěn)定性與抗疲勞耐久性試驗及現(xiàn)場足尺加速加載試驗對全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生基層路用性能與耐久性能進行系統(tǒng)評價，為全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生技術(shù)的推廣及同類工程應(yīng)用提供借鑒。

1 項目概況

現(xiàn)有奈曼東連接線是內(nèi)蒙地區(qū)奈曼旗重要的公路交通線路，為連接大廣高速和大沁他拉鎮(zhèn)具有集散功能的公路。項目所在區(qū)域年最冷月平均氣溫為23.8℃，近10 a最高氣溫為41℃，年平均降雨量230 mm?，F(xiàn)狀道路為二級公路標(biāo)準，全長19.6 km，路基斷面12.0 m(行車道寬2×3.75 m(行車道)+2×1.5 m(硬路肩)+2×0.75 m(土路肩))，路面結(jié)構(gòu)為：5 cm AC-16中粒式瀝青混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石(基層)+20 cm水泥穩(wěn)定碎石(底基層)+30 cm天然砂礫(墊層)，路基填料為風(fēng)積沙，這是內(nèi)蒙地區(qū)典型的強基薄面半剛性基層瀝青路面?，F(xiàn)狀二級公路于2007 年9月建成通車，經(jīng)十余年的行車荷載作用，已達到了設(shè)計交通量，極端高低溫氣候條件和重載車輛荷載導(dǎo)致現(xiàn)狀瀝青路面出現(xiàn)了嚴重的龜裂、網(wǎng)裂病害和間距基本均等的半剛性基層反射裂縫，表面功能和結(jié)構(gòu)強度已不能滿足二級路使用性能要求。根據(jù)奈曼旗政府遠期規(guī)劃，改建后的一級公路路基寬度為30 m，橫斷面組成為：中央分隔帶寬4.0 m，行車道寬2×(2×3.75)m，路緣帶寬2×0.5 m，硬路肩寬2×3 m，人行道寬2×2.0 m(單側(cè)人行道包括0.15 m路緣石與0.50 m硬路肩)。為最大限度利用舊路殘留強度，對原有的舊路的基層及表面層采取銑刨然后摻加水泥進行就地再生利用的施工工藝。改建段路面結(jié)構(gòu)為：5 cmAC-13改性瀝青混凝土(SBS)+6 cmAC-20改性瀝青混凝土(SBS)+25 cm水泥就地冷再生+舊路基層及墊層。新建半幅為重車方向，路面結(jié)構(gòu)采用：5 cmAC-13改性瀝青混凝土(SBS)+6 cmAC-20改性瀝青混凝土(SBS)+20 cm骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層+30 cm砂礫墊層。

2 試驗方案

2.1 原材料

試驗研究采用的回收瀝青路面材料(RAP)、回收基層材料(RBP)來源于G45大廣高速連接線改建工程，回收路面材料RAP、RBP由WR250/WR2500S 就地再生機冷銑刨法獲取，經(jīng)檢測回收路面材料(RAPM)的壓碎值等物理力學(xué)指標(biāo)滿足JTG F41-2008、JTG TF20-2015相關(guān)要求[13，14]，RAPM篩分試驗結(jié)果1。選用奈曼宏基水泥廠生產(chǎn)的PSB復(fù)合礦渣硅酸鹽水泥，水泥技術(shù)指標(biāo)見表2。新集料采用奈曼旗青龍山碎石廠生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，新集料的各項集料物理力學(xué)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，篩分試驗結(jié)果見表3。

表1 回收路面材料(RAPM)篩分試驗結(jié)果Table1 Recycledpavementmaterial(RAPM)screeningtestresults篩孔尺寸/mm通過以下篩孔(mm)的通過百分比/%31.526.5199.54.752.360.60.075合成級配1009271.359.937.135.315.33.4

表2 水泥主要技術(shù)指標(biāo)Table2 Maintechnicalindicatorsofcement項目80μm篩余量/%凝結(jié)時間/min3d強度/MPa28d強度/MPa初凝終凝抗壓抗折抗壓抗折試驗結(jié)果2.727035713.63.1736.36.7規(guī)范要求≤10≥10≤600≥10≥2.5≥32.5≥5.5

表3 石灰?guī)r碎石篩分試驗結(jié)果Table3 limestonecrushedstonescreeningtestresults篩孔尺寸/mm通過以下篩孔(mm)的通過百分比/%31.526.5199.54.752.360.60.075合成級配10097.492.554.937.82.31.30.4

2.2 全深式水泥就地冷再生配合比設(shè)計

根據(jù)銑刨料現(xiàn)場取樣的篩分試驗結(jié)果，以滿足現(xiàn)行瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范(JTG F41-2008)基層無機結(jié)合料再生混合料級配范圍為控制條件，確定摻加石灰?guī)r新集料8%，合成級配見表4。按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTE51-2010)的相關(guān)要求進行擊實試驗，6%水泥用量下最佳含水量為5.5%，最大干密度2.180 g/cm3。變化水泥劑量4%、5%、6%、7%，對全深式水泥冷再生混合料進行7養(yǎng)生齡期內(nèi)的無側(cè)限抗壓強度試驗，以7 d無側(cè)限抗壓強度5.0 MPa確定復(fù)合式再生混合料的水泥劑量[13]，對照組采用新成型的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石(同新建段基層)，7 d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果見表5。根據(jù)試驗結(jié)果，再生水泥穩(wěn)定碎石混合料水泥劑量為6%時，7 d無側(cè)限抗壓強度為5.1 MPa，達到了設(shè)計要求，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石在水泥劑量為4.0%、5%時，7 d無側(cè)限抗壓強度為5.3、6.6 MPa，相同水泥劑量，新成型的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料無側(cè)限抗壓強度比再生水泥穩(wěn)定碎石混合料大32%～50%，實體工程中全深式水泥冷再生混合料、骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料的水泥劑量分別取6%、5%。

表4 復(fù)合式冷再生基層混合料合成級配Table4 Compositecold-recycledbasemixsynthesisgradationRAPM:新集料以下篩孔(mm)通過率/%31.526.5199.54.752.360.60.07592∶810092.473.059.537.232.714.23.2JTGF41級配下限100907247291780JTGF41級配上限10010089674935227

表5 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果Table5 Unconfinedcompressivestrengthtestresults混合料類型以下水泥劑量(C)的7d無側(cè)限抗壓強度代表值/MPaC=4%C=5%C=6%C=7%再生水泥穩(wěn)定碎石混合料3.74.45.16.2骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石5.36.67.58.2

2.3 試驗段鋪筑

全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生工藝流程包括：施工放樣-準備道路-冷再生機就位-冷再生機加水第一遍銑刨-平地機調(diào)拱(精平、碾壓)-撒布水泥-冷再生機第二次加水拌合-平地機精平-碾路機碾壓-接縫及調(diào)頭部位處理-酒布乳化瀝青養(yǎng)護-成品檢測。由于原有的舊路的路拱為雙向1.5%的橫坡，銑刨后要進行調(diào)拱，施工時分兩次進行銑刨，第一次將前進方向左側(cè)的多半幅寬度(6.7 m寬)先用冷再生機進行銑刨，銑刨深度為20 cm，右半幅(4.5 m寬)銑刨10 cm左右，用平地機對銑刨料進行調(diào)拱，即將原來右側(cè)的-1.5%橫坡調(diào)整成+1.5%的橫坡，將左側(cè)銑刨的料通過平地機及裝載機配合的方式攤到右邊半幅上，使其拱度為+1.5%，在調(diào)平的過程中，以右幅新建已完成的下面層的程為參考標(biāo)高，對左側(cè)調(diào)拱頂面進行控制，控制過程中盡量不要產(chǎn)生多余的銑刨料為原則。全深式水泥冷再生混合料的含水量應(yīng)該控制為最佳含水量的(-0.5%～+1.0%)冷再生機行進速度應(yīng)根據(jù)路面損壞狀況和再生深度進行調(diào)整，一般為6～8 m/min，使得銑刨后料的級配波動范圍不大，網(wǎng)裂嚴重地段應(yīng)采用較慢速度。第二次銑刨方式與第一次基本相同，銑刨厚度控制在21 cm左右，銑刨過程中要及時剔除超粒徑集料，否則會影響強度及下一步的平地機整平效果。在調(diào)整完后的路基層表面上，用水泥撒布車進行撒布水泥，然后用冷再生機對基層表面進行等厚度的銑刨及翻拌施工，然后再用平地機進行精平，精平后再用壓路機進行碾壓，最后灑乳化瀝青作為養(yǎng)生劑進行養(yǎng)生。養(yǎng)生7 d后進行鉆芯取樣分析，試驗段覆蓋保濕養(yǎng)生2個月后進行加速加載試驗。

2.4 試驗方法

采用90 d齡期的劈裂強度試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗、彎拉強度試驗、動態(tài)壓縮模量試驗(中間段法)評價水泥冷再生混合料的強度特性[14]；采用干縮試驗、溫縮試驗評價水泥冷再生混合料的變形特性；采用凍融循環(huán)試驗、控制應(yīng)力彎曲疲勞試驗研究水泥冷再生混合料的水穩(wěn)定性與抗疲勞耐久性，相關(guān)試驗嚴格按照(JTG E51—2009)《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》、(JTG D50-2017)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》要求進行。采用足尺加速加載試驗評價全深式水泥就地冷再生半剛性基層結(jié)構(gòu)的長期使用性能，測試經(jīng)歷不同加載次數(shù)后彎沉變化趨勢，分析在持續(xù)重載作用下半剛性基層結(jié)構(gòu)承載能力衰變趨勢，并與新成型的骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料進行了對比。

3 水泥冷再生混合料路用性能

3.1 水泥冷再生混合料的強度特性與力學(xué)性能

水泥冷再生混合料的各項力學(xué)性能試驗結(jié)果見表6。由表6試驗結(jié)果可知，2種水泥穩(wěn)定碎石基層現(xiàn)場鉆芯取樣的7 d無側(cè)限抗壓強度略大于室內(nèi)配合比設(shè)計強度代表值，同時滿足路面基層設(shè)計強度大于5.0 MPa的要求。水泥冷再生混合料養(yǎng)生90 d齡期后的劈裂強度、彎拉強度、動態(tài)壓縮模量比骨架密實水泥穩(wěn)定碎石降低了19.7%、21.0%、13.3%，分析其原因主要是，①冷再生混合料礦料級配的骨架嵌擠作用較弱，且經(jīng)行車荷載反復(fù)作用后路面回收材料的力學(xué)強度低于新集料；②冷再生混合料中RAP表面被瀝青砂漿裹附，瀝青砂漿呈偏酸性，與堿性水泥砂漿為各項異性材料，水泥水化產(chǎn)物不易進入RAP內(nèi)部，水泥砂漿與RAP相容性較差，導(dǎo)致RAP集料與水泥砂漿的界面黏附強度和RAP細集料與水泥砂漿的界面黏結(jié)強度均小于新成型的水泥穩(wěn)定碎石混合料；③將原有舊路瀝青混凝土及水泥穩(wěn)定碎石基層進行銑刨再生利用時，老路面層與基層分離，面層銑刨破碎難度大，RAP中可能存在片狀超粒徑集料，冷再生級配控制難度原大于新成型水泥穩(wěn)定碎石混合料，RAP、RBP組成的共混體，集料骨架效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力及水泥砂漿的黏結(jié)力均相對較小，受荷時破壞裂紋易沿RAP集料表面、RAP細集料水泥砂漿內(nèi)部貫穿。水泥冷再生混合料動態(tài)壓縮模量18 606 MPa、彎拉強度1.514 MPa，試驗結(jié)果與《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50-2017)推薦的無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料彈性模量(18 000～28 000 MPa)和彎拉強度(1.5～2.0 MPa)范圍一致，由此可見，水泥冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強度、彎拉強度、動態(tài)壓縮模量均滿足高速公路基層強度要求，回收瀝青路面面層和基層材料可作為基層新集料使用。

表6 水泥冷再生混合料的強度特性與力學(xué)性能試驗結(jié)果Table6 TestresultsofstrengthcharacteristicsandmechanicalpropertiesofcementcoldrecycledmixtureMPa試驗項目無側(cè)限抗壓強度劈裂強度抗彎拉強度動態(tài)壓縮模量水泥冷再生混合料7d鉆芯取樣5.30.3791.02312083室內(nèi)養(yǎng)生90d8.50.5641.514186067d鉆芯取樣6.90.5031.22115842骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料室內(nèi)養(yǎng)生90d12.30.7031.91721461

3.2 水泥冷再生混合料的變形特性

溫縮系數(shù)試驗結(jié)果見表7，干縮應(yīng)變試驗結(jié)果見表8。

由表7可知，隨著溫縮試驗溫度增加，溫縮系數(shù)先減小后增大，在-5～10℃溫度區(qū)間的2種水泥穩(wěn)定碎石混合料溫縮系數(shù)最小，30～60℃、-35～-20℃極端高低溫處的溫縮系數(shù)均明顯較大，且高溫下的平均溫縮系數(shù)明顯大于常溫和低溫的；相同溫度區(qū)間內(nèi)，水泥冷再生混合料的溫縮系數(shù)明顯大于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料，在-35～-20℃、-20～-5℃、-5～10℃、10～30℃、30～60℃溫度區(qū)間內(nèi)，水泥冷再生混合料的溫縮系數(shù)比骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料分別增大了65.6%、26.7%、35.5%、24.1%、67.1%。由表8試驗結(jié)果可知，隨著養(yǎng)生時間增加，2種水泥穩(wěn)定碎石混合料的干縮應(yīng)變減小，這主要是試件含水率減小所致。相同養(yǎng)生齡期，水泥冷再生混合料的干縮系數(shù)明顯大于新成型骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料，7、28、60、90 d養(yǎng)生齡期后，水泥冷再生混合料的干縮系數(shù)比新成型骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料大24.1%、38.8%、44.6%、31%。

綜上可知，水泥冷再生混合料的干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變明顯大于新成型的水泥穩(wěn)定碎石混合料，在服役期間更易于因溫縮、干縮變形導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫。從抵抗服役期間半剛性基層反射裂縫考慮，工程實踐中應(yīng)對水泥冷再生基層采取一定的抗反射裂縫措施。

表7 不同溫度區(qū)間溫縮試驗結(jié)果Table7 Temperatureshrinkagetestresultsindifferenttemperatureintervalsμε/℃混合料類型以下溫度區(qū)間(℃)的不同溫縮系數(shù)-35^-20-20^-5-5^1010^3030^60水泥冷再生混合料167.5107.183.298.8189.5骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料101.184.561.479.6113.5

表8 干縮應(yīng)變試驗結(jié)果Table8 Resultsofdryshrinkagestraintest混合料類型以下養(yǎng)生齡期(d)的不同干縮系數(shù)/με7286090水泥冷再生混合料111.194.578.462.6骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料89.568.154.247.8

3.3 水泥冷再生混合料水穩(wěn)定性

經(jīng)歷5、10、15次凍融循環(huán)后的水泥冷再生混合料抗壓強度損失率(BDR)及質(zhì)量損失率(Wn)結(jié)果見表9。

表9 凍融循環(huán)試驗結(jié)果Table9 Freeze-thawcycletestresults混合料類型凍融循環(huán)試驗結(jié)果凍融循環(huán)5次凍融循環(huán)10次凍融循環(huán)15次BDR/%Wn/%BDR/%Wn/%BDR/%Wn/%水泥冷再生91.72.285.45.976.99.9骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石96.21.292.53.188.55.8

表9凍融循環(huán)試驗結(jié)果表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，2種水泥穩(wěn)定碎石混合料無側(cè)限壓強度損失率(BDR)和質(zhì)量損失率(Wn)增大，凍融循環(huán)的劣化作用顯著降低了水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強度。相比未凍融循環(huán)的試件，在經(jīng)歷5、10、15次凍融循環(huán)后，水泥冷再生混合料比骨架密實型穩(wěn)定碎石混合料損失率(BDR)減小了4.5%、7.1%、11.6%，質(zhì)量損失率(Wn)增大了1%、2.8%、4.1%，凍融循環(huán)次數(shù)越多，水泥冷再生混合料與骨架密實型穩(wěn)定碎石混合料水穩(wěn)定性差距越大。經(jīng)歷相同凍融循環(huán)作用次數(shù)，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料比水泥冷再生混合料表現(xiàn)出了更優(yōu)異的水穩(wěn)定性，這對服役期間減少瀝青路面翻漿等水損害有利。經(jīng)歷5、10次凍融循環(huán)后水泥冷再生冷再生混合料的無側(cè)限壓強度損失率(BDR)分別達到了91.7%、85.4%，滿足經(jīng)歷5、10次凍融循環(huán)后強度損失率大于90%和80%的要求，可見水泥冷再生混合料有優(yōu)良的抗水害性能。

3.4 水泥冷再生混合料疲勞性能

疲勞試驗方法按照試驗規(guī)程T0856-2009進行。采用15 cm×15 cm×550 cm梁式試件，標(biāo)準養(yǎng)生89 d后浸水一晝夜，采用4個應(yīng)力比(0.3、0.4、0.5、0.6)，加載采用連續(xù)的Havesine波動態(tài)周期性壓應(yīng)力荷載，荷載頻率為10 Hz，疲勞試驗結(jié)果見表6，采用試驗規(guī)程推薦的應(yīng)力強度比-疲勞壽命雙對數(shù)擬合方程對疲勞試驗數(shù)據(jù)進行分析，擬合方程見表10、雙對數(shù)擬合曲線見圖1。

表10 疲勞試驗結(jié)果Table10 Fatiguetestresults混合料類型以下應(yīng)力強度比的疲勞壽命/次0.30.40.50.6水泥冷再生562902454998424659骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石7028533859140956934

圖1 應(yīng)力強度比-疲勞壽命雙對數(shù)擬合方程

由表10、圖1疲勞試驗結(jié)果可知，在0.3、0.4、0.5、0.6共4個應(yīng)力強度比條件下，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料的疲勞壽命比水泥冷再生混合料增大了24.9%、37.7%、43.2%、48.8%，應(yīng)力強度比越大，相比骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料而言，水泥冷再生混合料疲勞壽命損失越大。采用試驗規(guī)程推薦的應(yīng)力強度比-疲勞壽命雙對數(shù)擬合方程對疲勞試驗數(shù)據(jù)進行分析，擬合優(yōu)化度R2大于0.95，水泥冷再生混合料擬合方程的斜率n絕對值比骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料增大了6.34%，截距K減小了4.27%，擬合參數(shù)斜率n的絕對值越大，表明基層混合料的疲勞壽命隨著應(yīng)力強度水平的增加衰減的越快，疲勞壽命對應(yīng)力水平變化越敏感，截距K值越大，水泥穩(wěn)定碎石混合料的疲勞曲線線位越高，相應(yīng)的疲勞性能越好，由此可見，水泥冷再生混合料疲勞壽命對應(yīng)力水平變化更加敏感，且抗疲勞耐久性能稍差于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料，這與其原材料性能和礦料級配組成有關(guān)。

4 水泥冷再生基層結(jié)構(gòu)承載能力衰變趨勢

采用MLS足尺加速加載試驗分析在持續(xù)重載作用下水泥就地冷再生基層結(jié)構(gòu)承載能力衰變趨勢，加速加載段路面結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗段路面結(jié)構(gòu)試驗加載輪軸載75 kN，試驗輪荷載0.7 MPa，左右試驗輪隙間距為65 cm，累計加載120萬次，測點布置測點間距為30 cm(見圖3)，每加載10萬次對半剛性基層上標(biāo)記的測點位置進行彎沉檢測。以1號測點為坐標(biāo)起點，繪制各測點經(jīng)歷不同試驗輪加載后的彎沉變化趨勢，結(jié)果見圖4。比較2種路面結(jié)構(gòu)基層結(jié)構(gòu)承載能力衰變趨勢結(jié)果見圖5。

圖2 試驗段路面結(jié)構(gòu)

分析加速加載試驗結(jié)果，從圖4試驗結(jié)果可知，各測點實測彎沉值離散性小，試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，相同路面結(jié)構(gòu)，輪跡帶內(nèi)不同測點的彎沉隨加載次數(shù)增大的變化趨勢大致相似，可見水泥冷再生混合料基層施工性能良好，攤鋪碾壓后整體施工質(zhì)量較為均勻。加載前，改建段水泥冷再生和新建段水泥穩(wěn)定碎石基層頂面彎沉代表值分別為23.8、20.4(0.01 mm)，這與改建段整體結(jié)構(gòu)強度有關(guān)。在50～400 cm輪跡帶內(nèi)，隨著加載次數(shù)的增加，2種半剛性基層彎沉整體呈增大趨勢，說明在持續(xù)荷載作用下，路面基層疲勞損傷累積會導(dǎo)致其承載能力不斷衰減，尤其是在試驗區(qū)域起點和終點位置，隨荷載次數(shù)增大，彎沉增大趨勢更加明顯，這主要是試驗輪在該點加減速比較頻繁，剪應(yīng)力大且荷載作用時間長所致。隨著試驗輪加載次數(shù)增大，2種半剛性基層彎沉代表值持續(xù)增大，而彎沉增長率呈先顯著增大后趨于平穩(wěn)的變化趨勢，彎沉隨加載次數(shù)增大呈兩階段發(fā)展趨勢，即增長階段和穩(wěn)定階段，在加載100萬次前，隨加載次數(shù)增加，彎沉平穩(wěn)增大，試驗輪加載超過100萬次后，彎沉增大趨勢減緩，進入穩(wěn)定階段，2種半剛性基層彎沉發(fā)展趨勢基本一致。水泥冷再生基層在加載120萬次后，彎沉代表值由23.8(0.01 mm)增大至40.4(0.01 mm)，增大了70%，同樣加載次數(shù)，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層的彎沉代表值由20.4.8(0.01 mm)增大至32.8(0.01 mm)，增加幅度為61%。采用指數(shù)模型Y=A×NB指數(shù)模型擬合回歸彎沉-加載次數(shù)之間回歸關(guān)系，結(jié)果見式1、式2。

圖3 PFWD彎沉測點布置

圖4 不同測點位置加載過程中彎沉變化趨勢

圖5 各測點實測彎沉隨加載次數(shù)大的變化趨勢

水泥冷再生基層：

Y=13.493N0.16024R2=0.979

(1)

骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層：

Y=10.443N0.15126R2=0.985

(2)

式中：Y為彎沉(0.01mm)；N為加載次數(shù)(萬次)。

由式(1)、式(2)可知，彎沉(Y)與試驗輪作用次數(shù)(N)之間呈良好的指數(shù)擬合關(guān)系，擬合優(yōu)化度R2大于0.95，參數(shù)B表征彎沉對加載次數(shù)的敏感性，B值越大，彎沉對加載次數(shù)越敏感，A值越大，相同加載次數(shù)下的半剛性基層結(jié)構(gòu)承載能力衰減幅度越大，加速加載試驗過程中水泥就地冷再生基層未見明顯的疲勞開裂病害，也表現(xiàn)出了良好的耐久性能。綜合考慮，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層比水泥冷再生基層有更好的耐久性能，這與疲勞試驗結(jié)果一致，因此本項目將骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)用于重車道，水泥就地冷再生應(yīng)用于交通量較小的車道方向是合理的。

5 結(jié)語

a.全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生混合料控制的施工工藝流程主要包括：施工放樣-準備道路-冷再生機就位-冷再生機加水第一遍銑刨-平地機調(diào)拱(精平、碾壓)-撒布水泥-冷再生機第二次加水拌合-平地機精平-碾路機碾壓-接縫及調(diào)頭部位處理-酒布乳化瀝青養(yǎng)護-成品檢測等。

b.全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生混合料的7 d無側(cè)限抗壓強度、彎拉強度、動態(tài)壓縮模量完全能滿足規(guī)范中高速公路基層的要求，回收RAP、RBP可作為基層新集料使用。水泥冷再生混合料的干縮應(yīng)變和溫縮應(yīng)變明顯大于新成型的水泥穩(wěn)定碎石混合料，從抵抗服役期間半剛性基層反射裂縫考慮，工程實踐中應(yīng)對水泥冷再生基層采取一定的抗反射裂縫措施。

c.全深式水泥就地冷再生混合料的水穩(wěn)定性和抗疲勞耐久性能稍差于骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石混合料，水泥冷再生混合料疲勞壽命對應(yīng)力水平變化更加敏感，但也具有良好的抗疲勞性能和水穩(wěn)定性。

d.足尺加速加載試驗加載了120萬次后，全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生基層未發(fā)生疲勞開裂病害，也表現(xiàn)出了良好的耐久性能，建議改建工程中，宜將全深式水泥穩(wěn)定就地冷再生基層應(yīng)用于交通量較小的車道方向。