摘要

　　為實(shí)現(xiàn)半剛性基層無(wú)機(jī)回收料（RAI）的再生利用，采用水泥作膠結(jié)材料，利用廠拌冷再生技術(shù)將RAI用于水泥穩(wěn)定碎石基層，依托某普通省道大修工程，進(jìn)行了RAI的預(yù)處理、性能評(píng)價(jià)、再生水泥穩(wěn)定碎石混合料（再生混合料）設(shè)計(jì)，比選了三種壓實(shí)方法，實(shí)施了再生基層的施工。

　　結(jié)果表明，相較于天然碎石，長(zhǎng)期服役后的RAI具有更高的吸水性、更低的抗壓碎能力；選用振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法確定了再生混合料的壓實(shí)特性參數(shù)、水泥劑量及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，其壓實(shí)能力高于重型擊實(shí)（靜壓）法，可作為再生混合料性能增強(qiáng)的一種技術(shù)方案；再生混合料的拌合及養(yǎng)生是關(guān)鍵，可通過RAI預(yù)拌合、拌合時(shí)加強(qiáng)級(jí)配檢驗(yàn)、攤鋪時(shí)及時(shí)查補(bǔ)等措施提升再生基層均勻性，本工程實(shí)施的再生基層滿足技術(shù)要求。

　　一、背景

　　無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層是長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)瀝青路面主要的基層結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)長(zhǎng)期服役后，高速公路及普通國(guó)省道的大中修、改擴(kuò)建工程均面臨基層材料的再生利用問題。

　　目前《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）將瀝青路面回收料分為瀝青混合料回收料（RAP）和無(wú)機(jī)回收料（RAI），其中RAI再生可考慮廠拌冷再生、就地冷再生技術(shù)。廠拌冷再生使用水泥/石灰無(wú)機(jī)結(jié)合料、泡沫瀝青+無(wú)機(jī)結(jié)合料作為結(jié)合料，相比于就地冷再生，廠拌冷再生技術(shù)生產(chǎn)的再生水泥穩(wěn)定碎石（再生混合料）質(zhì)量可控制性強(qiáng)、再生混合料基層（再生基層）整體性能更優(yōu)。但不同與天然碎石，RAI表面覆蓋舊水泥砂漿，長(zhǎng)期服役、回收工藝均可能造成RAI產(chǎn)生破碎或裂縫，其抗壓碎能力低于天然碎石、吸水性較高，這與混凝土再生骨料相似。RAI的這種特性可能進(jìn)一步造成再生混合料力學(xué)強(qiáng)度、路用性能與常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石混合料的差異，因此，RAI用于再生基層時(shí)面臨著性能增強(qiáng)的技術(shù)問題。

　　本工程位于南方某省某普通省道二級(jí)路，路面寬度為10.5m，原瀝青路面結(jié)構(gòu)見圖1a，原瀝青路面經(jīng)近十年運(yùn)營(yíng)后產(chǎn)生車轍、破損、坑洞等病害。工程于2020年8月進(jìn)行大修，并考慮將RAP、RAI進(jìn)行再生利用，以節(jié)省材料、避免浪費(fèi)。大修設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)方案見圖1b，RAP采用廠拌熱再生技術(shù)用作下面層，RAI采用水泥作膠結(jié)材料通過廠拌冷再生技術(shù)用于上基層。

　　二、試驗(yàn)材料

　?。ㄒ唬┗鶎踊厥樟虾褪?guī)r集料

　　RAI來(lái)源于本工程水泥穩(wěn)定碎石上基層，外觀見圖2，RAI表面被舊水泥砂漿覆蓋，且部分舊碎石顆粒黏連在一起。石灰?guī)r集料共四檔。篩除RAI中大于31.5mm部分，RAI和石灰?guī)r集料的粒徑分布見表1。進(jìn)一步將RAI篩分為0-5、5-10、10-30 mm三檔，依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）檢測(cè)RAI、石灰?guī)r集料的基本物理力學(xué)性能指標(biāo)，見表2。表中數(shù)據(jù)表明，與石灰?guī)r集料相比，RAI的表觀密度較低，降低幅度約為6%，吸水率和壓碎值均較高，提高幅度約為302%、59%?？梢?，RAI的吸水性強(qiáng)，抗壓碎能力有所降低。

　?。ǘ┡浜媳仍O(shè)計(jì)

　　考慮到本工程水泥穩(wěn)定碎石拌合站僅有四個(gè)冷料倉(cāng)，RAI實(shí)際工程中未采用篩分處理，僅作為一檔添加，這可能會(huì)導(dǎo)致再生混合料生產(chǎn)時(shí)礦料級(jí)配波動(dòng)較大的情況。

　　因此，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，一方面采用挖掘機(jī)預(yù)拌合RAI、加強(qiáng)加入冷料倉(cāng)前的均勻性，另一方面加強(qiáng)RAI級(jí)配檢測(cè)、提升生產(chǎn)過程質(zhì)量控制水平。

　　依據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）以及項(xiàng)目所在地的施工經(jīng)驗(yàn)確定再生混合料的礦料配合比，見表3，礦料級(jí)配曲線見圖3，RAI占總礦料質(zhì)量的百分率為40%。水泥采用海螺牌普通硅酸鹽水泥425，水泥劑量由下節(jié)試驗(yàn)確定。

　　三、再生混合料性能增強(qiáng)

　?。ㄒ唬┬阅茉鰪?qiáng)方案比較

　　RAI與混凝土再生骨料存在相似性，參考再生骨料及其再生混合料的性能提升技術(shù)，可通過RAI性能增強(qiáng)、再生混合料設(shè)計(jì)優(yōu)化及使用外摻劑、改善生產(chǎn)工藝等技術(shù)來(lái)提升再生混合料的整體性能。

　　RAI性能增強(qiáng)指去除其表面裹附砂漿或強(qiáng)化裹附砂漿，包含物理和化學(xué)方法，物理方法包括摩擦整形、加熱研磨、濕法處理等，化學(xué)方法主要指采用稀鹽酸浸泡去除舊砂漿；為增強(qiáng)再生骨料的嵌擠、降低破碎率，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法被用來(lái)設(shè)計(jì)再生混合料；聚酯纖維可通過增韌作用提升再生混合料性能；近年來(lái)，振動(dòng)攪拌技術(shù)被用于提升水泥穩(wěn)定碎石的整體力學(xué)強(qiáng)度。

　　比較各方案，RAI改性技術(shù)需采用物理設(shè)備或化學(xué)試劑，需較大經(jīng)濟(jì)、時(shí)間成本；使用外加劑、振動(dòng)攪拌技術(shù)也將增加材料成本和設(shè)備投入；再生混合料設(shè)計(jì)方法上的優(yōu)化成本投入小，是一種性價(jià)比較高的技術(shù)方案。

　　采用振動(dòng)壓實(shí)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)及重型擊實(shí)（靜壓）試驗(yàn)三種方法，按照上節(jié)再生混合料配合比，進(jìn)行室內(nèi)成型試驗(yàn)，采用3.5%、4.5%、5.5%三組水泥劑量，確定再生混合料的壓實(shí)特性參數(shù)（最佳含水率wopt、最大干密度ρmax）。振動(dòng)壓實(shí)和重型擊實(shí)（靜壓）試驗(yàn)依據(jù)《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）進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)。

　?。ǘ┰偕旌狭蠅簩?shí)特性

　　再生混合料的壓實(shí)特性參數(shù)反映了其壓實(shí)需要的含水率以及能達(dá)到的最密實(shí)狀態(tài)，不同壓實(shí)方法中作用在再生混合料上的力及其內(nèi)部傳遞均有差異，以盡可能接近實(shí)際碾壓情況為佳。wopt、ρmax的確定是再生混合料設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，ρmax可用來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度， wopt過大可能造成再生混合料養(yǎng)生過程中自由水損失過大、干縮開裂情況加劇。因此，選用合理的室內(nèi)成型方法是保證再生混合料設(shè)計(jì)結(jié)果的關(guān)鍵。擊實(shí)試驗(yàn)中混合料在錘擊力作用下逐漸達(dá)到嵌擠狀態(tài)；振動(dòng)成型過程中，一定頻率和振幅的振動(dòng)使再生混合料產(chǎn)生“液化”現(xiàn)象；旋轉(zhuǎn)壓實(shí)則在垂直壓力和水平剪力的共同揉搓作用下，集料定向形成骨架，試件壓密。

　　不同方法成型再生混合料的wopt、ρmax見表4。表中數(shù)據(jù)表明，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)確定的wopt、ρmax相近，其中wopt均低于重型擊實(shí)，平均降低幅度為8.1%，ρmax則均較高，平均提高幅度為6.5%?？梢?，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)方法提供的壓實(shí)能力高于擊實(shí)方法，wopt包含了再生混合料壓實(shí)所需的潤(rùn)滑水以及RAI吸附水，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)過程中礦料的移動(dòng)方式保證了盡量少的潤(rùn)滑水，從而防止過高wopt、養(yǎng)生過程中水散失帶來(lái)的干縮開裂。因此，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)更適用于再生混合料試件的成型。

　?。ㄈ┰偕旌狭狭W(xué)強(qiáng)度

　　按照表4試驗(yàn)結(jié)果，分別以98%壓實(shí)度、wopt，采用三種壓實(shí)方法成型圓柱體試件，并依據(jù)JTG E51-2009進(jìn)行試件標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)生、7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度Rd測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖4中數(shù)據(jù)表明，隨著水泥劑量增加，不同方法成型試件的Rd增大，振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)成型試件的Rd分別較靜壓試件提高約40.5%、43.6%，兩者相近。

　　JTG/T F20—2015 中對(duì)重交通條件下二級(jí)及二級(jí)以下公路基層Rd標(biāo)準(zhǔn)要求為3.0~5.0MPa，據(jù)此可知：按照靜壓成型試驗(yàn)結(jié)果，水泥劑量需達(dá)到5.5%才能滿足要求；按照振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)成型試驗(yàn)結(jié)果，3.5%水泥劑量時(shí)再生混合料Rd僅在3MPa左右，4.5%水泥劑量下Rd達(dá)到3.5MPa以上，可滿足要求。可見，采用振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法設(shè)計(jì)再生混合料，可減少一定水泥劑量。為進(jìn)一步驗(yàn)證壓實(shí)是否造成再生混合料中RAI、石灰?guī)r集料破碎，對(duì)壓實(shí)后試件輕敲碎，水洗后檢驗(yàn)礦料破碎率，發(fā)現(xiàn)靜壓試件中礦料存在一定破碎，振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件破碎情況則有明顯改善。本工程以振動(dòng)成型試驗(yàn)結(jié)果為參考，據(jù)此確定再生基層水泥劑量采用4.5%，工程用含水率為6.4%，即wopt+0.5%。

　　四、試驗(yàn)路鋪筑

　?。ㄒ唬┦┕?zhǔn)備

　　對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料抽檢，保證材料質(zhì)量。RAI剔除≥31.5mm的部分，采用挖掘機(jī)多次翻動(dòng)拌合RAI，以保證級(jí)配均勻。攤鋪前將下承層表面灑水潤(rùn)濕，保證無(wú)松散顆粒及雜物。

　　（二）混合料的拌和及運(yùn)輸

　　拌合、運(yùn)輸過程見圖5。拌合站進(jìn)料倉(cāng)為4個(gè)，RAI使用1個(gè)進(jìn)料倉(cāng)。在拌制混合料之前，檢查原材料的質(zhì)量，并測(cè)定其含水量，確定各原材料分斗（或盤）稱量及混合料加水量。出料口車輛前后移動(dòng)分三次裝料，避免再生混合料離析。再生混合料拌合至外觀質(zhì)量均勻，并無(wú)明顯粗細(xì)料分離的現(xiàn)象。運(yùn)輸車取料，采用水沖洗測(cè)試再生混合料的礦料級(jí)配（≥2.36mm），結(jié)果見圖6。表中數(shù)據(jù)表明，再生混合料兩次抽檢礦料級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配差異不大?？梢?，RAI雖未篩分，但其進(jìn)入料倉(cāng)前的拌合預(yù)處理措施會(huì)起到保證級(jí)配準(zhǔn)確的作用。運(yùn)輸時(shí)采用遮蓬布減少再生混合料水分損失，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)通過表面視覺判斷水分損失是否過大。

　　（三）攤鋪及碾壓

　　采用徐工集團(tuán)RP953型攤鋪機(jī)攤鋪再生混合料，松鋪系數(shù)依據(jù)再生混合料最大干密度及目標(biāo)壓實(shí)度確定，攤鋪、碾壓工藝參考JTG/T F20，碾壓機(jī)械包含1臺(tái)徐工XP302膠輪壓路機(jī)及1臺(tái)三一重工YZ26E鋼輪壓路機(jī)，初壓鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍、復(fù)壓鋼輪振動(dòng)碾壓2遍+膠輪壓路機(jī)碾壓2遍、終壓鋼輪壓路機(jī)碾壓消除輪跡。攤鋪機(jī)后面設(shè)專人消除粗細(xì)集料離析現(xiàn)象，鏟除局部粗集料“窩”，并用新拌混合料填補(bǔ)。

　　（四）養(yǎng)生及開放交通

　　由于RAI孔隙多，再生混合料內(nèi)部散水通道多于常規(guī)混合料，同時(shí)本工程在8月份施工，高溫條件也會(huì)加速失水，為降低再生基層因失水過快、多大而發(fā)生過高干縮開裂的可能性，碾壓完畢后即用土工布進(jìn)行覆蓋，并在當(dāng)天即開始灑水養(yǎng)生，保持表面潮濕。在7d養(yǎng)生期間內(nèi)封閉交通。

　?。ㄎ澹z測(cè)

　　施工后第8天鉆芯取樣，見圖9。除底部有少量顆粒掉落外，再生基層試樣可較完整取出，且石灰?guī)r集料、RAI均未發(fā)生明顯破碎。養(yǎng)生期結(jié)束后，盡早鋪筑瀝青面層，面層彎沉檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求。本工程服役1年至今，未產(chǎn)生開裂，整體良好。這也驗(yàn)證了振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法在再生混合料設(shè)計(jì)中的適應(yīng)性。

　　五、結(jié)論

　?。?）取自某普通省道二級(jí)路上基層的RAI表面覆蓋舊砂漿，顆粒間存在黏連，相比于石灰?guī)r集料，RAI密度降低幅度為6%，吸水率、壓碎值提高302%、59%。

　?。?）為增強(qiáng)再生混合料性能，采用設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，比較了擊實(shí)（靜壓）、振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)再生混合料的壓實(shí)特性和力學(xué)強(qiáng)度。振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)能力相近，相較于擊實(shí)（靜壓），其確定的wopt平均降低約8.1%，ρmax提高約6.5%，Rd提高約42.1%，水泥劑量也有所降低。

　　（3）通過再生基層施工前增加RAI預(yù)拌合處理工序、拌合時(shí)加強(qiáng)合成礦料級(jí)配檢驗(yàn)、攤鋪時(shí)鏟除局部粗集料窩等措施減少再生混合料離析，養(yǎng)生時(shí)加強(qiáng)保濕，本工程再生基層整體性能較好。

　　作者：麻旭榮 浙江交通資源投資有限公司

　　 劉 棟 浙江順暢高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)有限公司

　　 羅正斌 江西省交通科學(xué)研究院

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標(biāo)簽：再生水泥、穩(wěn)定碎石基層

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文章名稱：《再生水泥穩(wěn)定碎石基層工程應(yīng)用研究》

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