探討瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程銑刨料摻量對(duì)水穩(wěn)碎石基層性能的影響

劉天鵬

（貴州省興義公路管理局,貴州 興義 562400）

0 引言

瀝青路面銑刨料二次利用，一方面能降低資源浪費(fèi)，減少投資費(fèi)用，另一方面能防止環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)[1]。但由于銑刨料吸水能力強(qiáng)、壓碎值高，會(huì)嚴(yán)重降低水穩(wěn)碎石基層的路用性能，這在一定程度上降低了其利用率。銑刨料比例的逐漸增大，基層混合料吸水性能顯著增加，干密度下降，嚴(yán)重降低基層強(qiáng)度、剛度、抗裂及抗沖刷性能。銑刨料粒徑差異不僅影響其力學(xué)性能，而且對(duì)基層路用性能具有重要影響[2]。其粒徑較小時(shí)，內(nèi)部雜質(zhì)越多，通常無法直接應(yīng)用。為全面探究銑刨料摻量對(duì)水穩(wěn)碎石基層路用性能的影響，該文針對(duì)各種摻量基層混合料實(shí)施試驗(yàn)分析，得到相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，以確定最佳的水穩(wěn)碎石基層銑刨料摻量[2]。

1 原材料與配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料選配

試驗(yàn)采用某普通公路瀝青路面銑刨舊料，利用篩分法對(duì)其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測分析，確定各粒徑銑刨料含量，水泥為P.C42.5。銑刨料和新集料壓碎值分別為23.7和12.4。水泥初凝、終凝時(shí)間分別為76 min和155 min，粗集料主要采用5~30 mm粒徑的級(jí)配碎石，細(xì)集料采用中粗砂，其中銑刨料、新集料相關(guān)指標(biāo)檢測值如表1所示。

表1 銑刨料和新集料相關(guān)指標(biāo)檢測值

1.2 配合比設(shè)計(jì)

銑刨料規(guī)格為4.75~9.5 mm、9.5~19 mm、19~31.5 mm，因粒徑小于4.75 mm的銑刨料含泥量較大，經(jīng)研究決定改用新集料，篩分后銑刨料級(jí)配區(qū)間狀況如表2所示。

表2 篩分后的銑刨料級(jí)配區(qū)間

為證實(shí)銑刨料摻量對(duì)基層相關(guān)性能造成的影響，先后采用銑刨料含量不同的基層混合料進(jìn)行試驗(yàn)檢測，全面分析道路基層力學(xué)性能、剛度、抗裂及抗沖刷性能。試驗(yàn)采用水泥含量為5%，銑刨料含量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%。分別對(duì)各摻量銑刨料基層試件實(shí)施擊實(shí)試驗(yàn)，準(zhǔn)確測得最佳含水率、級(jí)配，得出最佳配合比[4]。

2 試驗(yàn)方案

采用各銑刨料摻量，先后制作水穩(wěn)碎石基層試件，待其達(dá)到規(guī)定養(yǎng)護(hù)期限后，對(duì)其實(shí)施試驗(yàn)檢測，依次測出各項(xiàng)指標(biāo)，并確定其具體路用效果[5]。

（1）銑刨料含量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%，標(biāo)準(zhǔn)試件在養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行抗壓檢測，養(yǎng)護(hù)28 d后依次進(jìn)行疲勞強(qiáng)度、抗裂及抗沖刷性能檢測。

（2）強(qiáng)度、剛度、抗沖刷檢測構(gòu)件為圓柱形，其規(guī)格為：直徑d=150 mm，高度h=150 mm，抗壓及劈裂性能檢測設(shè)備采用建力YAW-2000型液壓機(jī)，抗沖刷檢測則采用和晟HS-3001A型多功能檢測機(jī)。

（3）抗裂性能檢測試件規(guī)格為：100 mm×100 mm×400 mm（長×寬×高），檢測設(shè)備為立式支架機(jī)千分表。通過靜壓法進(jìn)行檢測，以上試驗(yàn)均依據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51—2009）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

3 銑刨料摻量對(duì)水穩(wěn)基層性能影響分析

3.1 力學(xué)性能試驗(yàn)

依次按照銑刨料比例為0%、20%、40%、60%、80%、100%標(biāo)準(zhǔn)拌制混合料，并制備各規(guī)格試件實(shí)施試驗(yàn)檢測，先后測得試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后的抗壓強(qiáng)度及28 d劈裂強(qiáng)度，檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 各銑刨料摻量水穩(wěn)碎石混合料強(qiáng)度檢測結(jié)果

通過表3能夠看出，當(dāng)銑刨料摻量逐漸增大時(shí)，其水穩(wěn)碎石基層混合料抗壓及劈裂強(qiáng)度逐漸降低，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值由最初的6.6 MPa降至5.3 MPa，降幅高達(dá)19.7%，其28 d劈裂強(qiáng)度則由初期0.84 MPa降至0.62 MPa，降幅達(dá)26.2%。主要是因?yàn)殂娕倭陷^一般碎石壓碎值較高，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系較為松散，缺乏穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致瀝青道路基層各項(xiàng)指標(biāo)顯著降低[6]。

3.2 剛度試驗(yàn)

依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20—2015）相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用抗壓回彈模量試驗(yàn)?zāi)軠?zhǔn)確確定基層混合料剛度。該試驗(yàn)檢測共使用6組標(biāo)準(zhǔn)試件，銑刨料摻量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%，先后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d、28 d、60 d、90 d時(shí)進(jìn)行抗壓回彈模量檢測，具體檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 水穩(wěn)基層混合料抗壓回彈模量檢測數(shù)據(jù)

通過表4能夠看出，水穩(wěn)碎石基層混合料齡期越長，其抗壓回彈模量越高；混合料中銑刨料摻量越大，則其抗壓回彈模量就越低。

3.3 干縮抗裂性能試驗(yàn)

和其他類型的半剛性基層相同，水穩(wěn)碎石基層同樣具有較強(qiáng)的干縮性，嚴(yán)重降低其使用性能[7]。對(duì)各種銑刨料摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料實(shí)施干縮抗裂性能檢測，當(dāng)銑刨料摻量依次為0%、20%、40%、60%、80%、100%時(shí)，水穩(wěn)碎石基層28 d干縮系數(shù)變化曲線和不同齡期內(nèi)干縮系數(shù)變化曲線如圖1和圖2所示。

圖1 不同銑刨料摻量28 d干縮系數(shù)變化曲線

圖2 齡期內(nèi)干縮系數(shù)變化曲線

（1）通過圖1曲線變化趨勢(shì)可以看出：1）銑刨料含量逐漸增大時(shí)，水穩(wěn)碎石基層28 d干縮系數(shù)隨之增大，其干縮抗裂能力逐漸降低，充分表明銑刨料可導(dǎo)致水穩(wěn)基層抗裂能力下降；2）銑刨料摻量為0%和100%時(shí)，干縮系數(shù)分別為77.5×10-6和91.2×10-6。主要是因?yàn)殂娕倭现兴嗌皾{含量較大，其吸水性明顯增大，導(dǎo)致基層混合料失水過快，干縮變形增大，從而造成混合料干縮性能顯著降低。

（2）通過圖2能夠看出：1）銑刨料摻量為100%和0%時(shí)，混合料養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)干縮系數(shù)變化曲線存在較大差異。銑刨料摻量為100%時(shí)與0%相比，14 d內(nèi)混合料干縮系數(shù)較小，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷延長，其干縮系數(shù)顯著增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銑刨料摻量0%的基層混合料；2）銑刨料摻量0%時(shí)，隨著齡期的延長，其干縮系數(shù)出現(xiàn)緩慢增加，而銑刨料摻量為100%時(shí)，其干縮系數(shù)產(chǎn)生顯著變化，經(jīng)綜合分析，銑刨料吸水率增大是導(dǎo)致混合料干縮系數(shù)升高的主要因素；3）銑刨料摻量100%和0%時(shí)，瀝青路面基層混合料28 d干縮系數(shù)分別為85和68，前后增加了近20%。

3.4 抗沖刷性能試驗(yàn)

水穩(wěn)碎石基層抗磨性能較差，遭受水流沖刷時(shí)極易出現(xiàn)損失，因此沖刷質(zhì)量損失率是評(píng)估基層抗沖刷能力的關(guān)鍵參數(shù)[8]。針對(duì)各銑刨料摻量混合料進(jìn)行抗沖刷試驗(yàn)檢測，得出各種銑刨料摻量下基層沖刷質(zhì)量損失率變化曲線，如圖3所示。

圖3 不同銑刨料摻量基層沖刷質(zhì)量損失率變化曲線

通過圖3中銑刨料摻量基層沖刷質(zhì)量損失率變化曲線可看出，銑刨料摻量逐漸增大時(shí)，基層沖刷質(zhì)量損失率逐步增大。銑刨料摻量為0%時(shí)，其損失率為0.51%，而當(dāng)銑刨料摻量為100%，其損失率為0.94%，增幅高達(dá)84.3%。經(jīng)綜合分析，主要是因?yàn)殂娕倭蠐搅吭龃?，使混合料中?xì)集料比重顯著增加，最終導(dǎo)致其沖刷質(zhì)量損失率顯著提升，抗沖刷性能降低[9-10]。

4 結(jié)論

為全面探究瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程銑刨料摻量對(duì)水穩(wěn)碎石基層路用性能的影響，通過對(duì)各種銑刨料綜合試驗(yàn)檢測分析，具體結(jié)論如下：

（1）當(dāng)銑刨料摻量逐漸增大時(shí)，其水穩(wěn)碎石基層混合料7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及28 d劈裂強(qiáng)度逐漸降低，主要是因?yàn)殂娕倭蠅核橹递^高，構(gòu)成的骨架結(jié)構(gòu)較為松散，缺乏穩(wěn)定性，從而造成水穩(wěn)基層各項(xiàng)路用指標(biāo)顯著降低。

（2）水穩(wěn)碎石基層混合料齡期越長，其抗壓回彈模量越高；混合料中銑刨料摻量越大，則其抗壓回彈模量就越低。

（3）銑刨料含量逐漸增大時(shí)，水穩(wěn)碎石基層28 d干縮系數(shù)隨之增大，其干縮抗裂能力逐漸降低，主要是因?yàn)殂娕倭现兴嗌皾{含量較大，其吸水性明顯增大，導(dǎo)致基層混合料失水過快，干縮變形增大。

（4）銑刨料摻量逐漸增大時(shí)，混合料沖刷質(zhì)量損失率逐步增大，抗沖刷性能下降。主要是因?yàn)殂娕倭蠐搅吭龃螅够旌狭现屑?xì)集料含量顯著增加，導(dǎo)致基層混合料沖刷質(zhì)量損失率顯著提升，抗沖刷性能減弱。

綜上所述，銑刨料摻量越大，水穩(wěn)碎石基層路用性能越差，因此必須嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計(jì)要求科學(xué)控制銑刨料摻量。