水泥就地冷再生技術(shù)在舊路改造工程中的應(yīng)用

楊玉慶 董戰(zhàn)霞

摘 要：水泥就地冷再生技術(shù)可循環(huán)利用舊路銑刨料并減少環(huán)境污染，具有重要的推廣價(jià)值。本文通過分析舊路銑刨料特征，綜合對(duì)比粗、中、細(xì)三種不同級(jí)配類型的再生混合料不同性能指標(biāo)，優(yōu)選再生混合料配合比。結(jié)果表明，舊路銑刨料中可添加10～30 mm碎石和石屑改善級(jí)配;中級(jí)配綜合路用性能最佳，可作為優(yōu)選級(jí)配;水泥就地冷再生技術(shù)的工程應(yīng)用中，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，其應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：舊路改造;水泥就地冷再生;配合比設(shè)計(jì);工程應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U418.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）02-0108-04

Application of Cement In-situ Cold Recycling Technology in Old Road Reconstruction Project

YANG Yuqing DONG Zhanxia

（Engineering Construction Center， Henan Yellow River Affairs Bureau，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： Cement in-situ cold recycling technology can recycle old road milling materials and reduce environmental pollution， which has important promotion value. This paper analyzed the characteristics of old road milling materials， comprehensively compared the different performance indicators of the three different gradation types of coarse， medium， and fine recycled mixtures， and optimized the ratio of recycled mixtures. The results show that 10～30 mm crushed stones and stone chips can be added to the old road milling material to improve the gradation; the middle gradation has the best comprehensive road performance and can be used as the optimal gradation; in the engineering application of cement in-situ cold recycling technology， all performance indicators meet the requirements， and its application effect is good.

Keywords： old road reconstruction;cement in-situ cold recycling;mix design;engineering application

在繁重的行車荷載和復(fù)雜的自然環(huán)境綜合作用下，早期建成的部分道路出現(xiàn)了較嚴(yán)重的損壞，急需大修養(yǎng)護(hù)，甚至銑刨重鋪[1-2]。路面銑刨工程會(huì)產(chǎn)生大量銑刨料，若不充分循環(huán)再利用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題[3-5]。舊路面水泥就地冷再生技術(shù)可充分利用原路面銑刨料，通過添加水泥結(jié)合料及少量新集料，實(shí)現(xiàn)就地銑刨重鋪，達(dá)到充分利用原路面銑刨料，同時(shí)顯著改善路面性能的良好效果[6-7]。目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)舊路改造項(xiàng)目中已被廣泛應(yīng)用。

本文以黃河堤頂?shù)缆粪嵵荻闻f路基層改造為依托工程，介紹舊路銑刨料級(jí)配特征、再生混合料級(jí)配優(yōu)選以及再生混合料工程應(yīng)用效果等，以期為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

1 原材料

原路面基層為水泥穩(wěn)定碎石基層，水泥就地冷再生應(yīng)盡量多利用原基層銑刨料。由于水泥穩(wěn)定碎石基層剛度大、強(qiáng)度高，銑刨機(jī)采用原設(shè)計(jì)的6 m/min行進(jìn)速度銑刨較為困難，銑刨速度降低至4 m/min，銑刨深度為15 cm（舊路面）。銑刨料的級(jí)配組成如表1所示。

從表1篩分結(jié)果可以看出，銑刨料中粒徑大于19 mm的粗集料占6.7%，與規(guī)范級(jí)配范圍中值（占23%）相比，19 mm以上粗集料太少;粒徑在2.36 mm以下的細(xì)集料占32.2%，與規(guī)范級(jí)配范圍中值45%相比，2.36 mm以下的細(xì)集料含量較少。因此，在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)銑刨料中缺少的不同規(guī)格集料進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。根據(jù)銑刨料級(jí)配，人們需要補(bǔ)充10～30 mm碎石和石屑，以改善再生混合料級(jí)配。

按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）要求，檢測(cè)混合料中額外添加的粗集料（10～30 mm碎石）、石屑和水泥原材料性能，檢測(cè)結(jié)果均滿足要求。

2 配合比設(shè)計(jì)

為確定適用于水穩(wěn)碎石基層瀝青路面水泥就地冷再生混合料的最佳級(jí)配，在進(jìn)行礦料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，本研究通過調(diào)節(jié)碎石和石屑的比例得到了粗、中、細(xì)三種不同的級(jí)配組成，如表2所示。

2.1 不同級(jí)配類型配合比確定

本研究采用重型擊實(shí)試驗(yàn)確定不同級(jí)配類型在不同水泥劑量下的最佳含水率和最大干密度及其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3分析可知，在最佳含水率狀態(tài)下，粗、中、細(xì)三種級(jí)配的抗壓強(qiáng)度與水泥劑量成正比。其中，粗級(jí)配和中級(jí)配混合料在4.5%的水泥劑量下即滿足設(shè)計(jì)要求;對(duì)于細(xì)級(jí)配混合料來說，當(dāng)水泥劑量為5.0%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度代表值滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。因此，從工程質(zhì)量、造價(jià)、路用性能等方面綜合考慮，本研究確定粗、中、細(xì)三種級(jí)配混合料的最佳水泥劑量分別為4.5%、4.5%、5.0%。確定不同級(jí)配類型的再生混合料配合比如表4所示。

2.2 不同級(jí)配類型配合比路用性能對(duì)比

按照《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），測(cè)試不同級(jí)配類型再生混合料劈裂強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、抗壓回彈模量、干縮、溫縮和抗沖刷性能，試驗(yàn)結(jié)果如表5至表7和圖1至圖2所示。

由表5至表7和圖1至圖2分析可知，不同類型的冷再生混合料針對(duì)不同性能評(píng)價(jià)指標(biāo)表現(xiàn)出不同的性能優(yōu)勢(shì)。粗級(jí)配再生混合料抗沖刷性能、干縮性能和溫縮性能最優(yōu)，但抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度最差;中級(jí)配再生混合料抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量最優(yōu);細(xì)級(jí)配再生混合料劈裂強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度最優(yōu)，但是回彈模量、抗沖刷性能、干縮性能和溫縮性能均最差。

2.3 不同級(jí)配類型配合比優(yōu)選

為優(yōu)選性能最佳的冷再生混合料級(jí)配類型，本研究綜合對(duì)比分析不同級(jí)配類型冷再生混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)。為利于統(tǒng)計(jì)分析，將性能最好的記為“3”，性能居中的記作“2”，性能最差的記為“1”，分別賦予“3”“2”“1”三個(gè)等級(jí)為90分、60分和30分。不同級(jí)配類型的再生混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)比如圖3所示。

從圖3可以看出，粗級(jí)配混合料有3個(gè)“3”，2個(gè)“2”，2個(gè)“1”;中級(jí)配混合料有2個(gè)“3”，5個(gè)“2”;細(xì)級(jí)配混合料有2個(gè)“3”，1個(gè)“2”，4個(gè)“1”。按照賦分標(biāo)準(zhǔn)，粗、中、細(xì)三種級(jí)配得分分別為450、480、360分。由此可以確定，從混合料的路用性能方面綜合考慮，本項(xiàng)目再生混合料級(jí)配優(yōu)選上述確定的中級(jí)配。

由于實(shí)際施工中采用路拌法工藝，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）規(guī)范要求，施工中實(shí)際采用的水泥劑量應(yīng)在原配和比基礎(chǔ)上增加1%，即現(xiàn)場(chǎng)路拌法施工采用5.5%水泥劑量。根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果，中級(jí)配5.5%水泥劑量對(duì)應(yīng)的最佳含水率和最大干密度分別為8.2%和2.169 g/cm3。

3 工程應(yīng)用

黃河堤頂?shù)缆粪嵵荻螢楸狙芯烤唧w實(shí)施工程，原路面為10 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+5 cm瀝青混合料面層。就地冷再生舊路改造方案為銑刨原路面5 cm瀝青混凝土面層和10 cm水穩(wěn)基層，然后按設(shè)定配合比新增部分10～30 mm碎石和石屑，共鋪筑20 cm厚水泥就地冷再生水泥穩(wěn)定碎石基層，上面再加鋪5 cm厚熱拌瀝青混凝土面層。

施工機(jī)械為徐州銳馬重工WR2300型就地冷再生機(jī)，最大銑刨寬度為2.3 m，最大工作深度為420 mm。嚴(yán)格按照設(shè)定混合料級(jí)配施工，施工現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)取樣檢測(cè)水泥劑量和含水量，并在實(shí)驗(yàn)室對(duì)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件進(jìn)行成型。對(duì)施工完成段落及時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，養(yǎng)生完成后及時(shí)取芯并測(cè)彎沉，芯樣切割成標(biāo)準(zhǔn)試件后測(cè)試抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。施工完取芯部分芯樣如圖4所示。

由表8和圖4分析可知，冷再生混合料施工過程中混合料各項(xiàng)指標(biāo)、施工完成后強(qiáng)度和彎沉等指標(biāo)均滿足要求，芯樣密實(shí)完整，級(jí)配均勻合理，表明水泥就地冷再生技術(shù)在舊路改造中取得良好的工程應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

本文以黃河堤頂?shù)缆粪嵵荻螢橐劳泄こ?，研究了水泥就地冷再生技術(shù)在舊路改造中的應(yīng)用。研究表明，在銑刨速度4 m/min、銑刨深度15 cm的條件下，舊路銑刨料中粒徑在19 mm以上的粗集料和2.36 mm以下的細(xì)集料含量較少，可添加10～30 mm碎石和石屑來提高再生混合料中粗、細(xì)集料含量;粗、中、細(xì)三種不同類型的冷再生混合料在不同性能指標(biāo)方面表現(xiàn)出不同的性能優(yōu)勢(shì)，通過綜合對(duì)比各性能指標(biāo)，人們應(yīng)優(yōu)選中級(jí)配作為再生混合料級(jí)配;水泥就地冷再生技術(shù)的工程應(yīng)用效果良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫斌.基于基層損壞狀況的高速公路瀝青路面再生維修對(duì)策[J].公路，2018（3）：240-243.

[2]鄒靜蓉，劉運(yùn)丹，張志強(qiáng)，等.湖南省干線公路大修改造典型路面結(jié)構(gòu)研究[J].公路工程，2017（6）：287-291.

[3]于麗韜.水泥就地冷再生基層技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)維修工程中的應(yīng)用[J].交通世界，2020（24）：15-16.

[4]王劍，李莉，金光來，等.冷再生基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2019（1）：33-37.

[5]趙春博.瀝青路面就地冷再生技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)大中修工程的應(yīng)用[J].交通世界，2019（16）：34-35.

[6]張淵龍，楊玉慶，王緒，等.石灰穩(wěn)定土基層瀝青路面水泥就地冷再生技術(shù)及施工質(zhì)量檢測(cè)[J].廣東公路交通，2018（6）：15-19.

[7]楊玉慶，張淵龍，趙啟旸，等.水泥就地冷再生在碎石土基層瀝青路面改造中的應(yīng)用[J].廣東公路交通，2018（5）：13-16.