上海理工大学学报 第 卷 第 期 : 5 * 49 " "94 $ $" % $ 44-4.4! 文章编号 55 )* +!,+ 水泥稳定全深式就地再生基层适应性的探讨 拾方治! 陈亚雄! 刘端阳 李秀君!! 上海理工大学环境与建筑学院上海 嘉兴市高新交通技术测评研究院嘉兴!! 浙江省嘉兴市公路管理局嘉兴!! 摘要 针对水泥稳定全深式就地再生基层 设计 种旧沥青面层与半刚性基层铣刨料掺配比例方案 通过室内试验与工程现场试验 对水泥稳定全深式就地再生基层厚度与旧沥青面层掺量的关系进行了探讨 研究结果表明 当原路面基层顶面弯沉值大于!! 旧沥青面层占再生基层质量比例低于 E 时 全深式就地再生基层的厚度应控制在! $ 当原路面基层顶面弯沉值在!! 旧沥青面层占再生基层质量比例在 E E 时 全深式就地再生基层的厚度应控制在! $ 根据旧沥青面层掺量对水泥稳定全深式就地再生基层的厚度进行控制 保障再生基层质量 关键词 水泥稳定 全深式就地再生基层 旧沥青面层掺量 适应性 再生层厚度中图分类号!! 文献标志码.$% 0 " / 8$ 2% / : " )!!,!! ", $ "! " " $% "! " " &''' " : 5 ) ", 7 : 5 ;'' " ) "3! $ : 5! " 4 : 5 ;'' ".!84, %*49 4 " *94 < 4%"* " " " %* %"* " "2 %* %94 $ * " %9 % "* " 4 "* 4 %44 " % 9% * * " 4 * * 2 $, **49 $ * " % 9 % * " 4 "*" % $4 494%"* " " 2 %*$ **% * ** 42 " 2 %9$ 4 49 4 " "5 "** " "!! " % "** " 449 4%"* " " 45 " 4 "**** " E $, **499 % * " 4 "** 4 %$4 4% 2! $ " % $ ; %9$ 4 49 4 " "5 "*5" *9 4! 4!! " % "** " 449 4%"* " " 45 " 4 "** 2 E " % E $, **499 % * " 4 "** 4 %$4 4% 2! $ " %$ $$4 % 4 $4 49 4%"* " " $, **49 $ * " %9 % * " 4 "*$" $4 4%" % " 4 "* " $" * % 收稿日期!&!!& 基金项目 浙江省公路管理局科技计划!& &! 第一作者 拾方治! & 男 高级工程师 研究方向 道路工程管理 0 "! $4
第 期拾方治 等 水泥稳定全深式就地再生基层适应性的探讨! 0& $ 6$ $ " $ "!$!"! 随着我国公路交通的快速发展 目前 许多公路尤其数量众多的低等级公路进入大修改造期 这样就会面临沥青面层和基层如何合理处理的问题 当前我国相当比例的公路由于沥青面层较薄 加之超期服役 沥青面层老化严重 将这些公路的沥青面层和基层材料分开铣刨进行再生利用 不仅增加铣刨成本和运输成本 而且由于路面损坏严重 很难将沥青面层和基层彻底分开 沥青面层单独再生利用的难度较大 采用水泥稳定的全深式路面就地再生基层技术将老化严重公路的沥青面层和基层 或部分基层 一并铣刨后与水泥就地拌和加以再生利用 实现了非开挖式一次性施工 施工速度快 交通干扰小 节省了材料和运费 成本较低 非常适合低等级公路的快速改造和养护维修 因此 这种方法已成为工程应用研究的热点课题 水泥稳定全深式就地再生基层的适应性受到旧沥青面层与半刚性基层质量比 原路面承载力状况!& 再生层厚度等多种因素的影响 国内外的研究大多偏重于再生材料的强度机理分析 缺少工程应用的适应性研究 尚无可以直接指导施工的参考标准 本文针对原路面弯沉值 承载能力 和原路面面层与基层质量比的不同 通过室内试验控制旧沥青面层掺量 室外试验控制旧沥青面层与半刚性基层质量比和再生厚度 研究不同影响因素之间的关系 提出合理的再生基层厚度范围 从而为全深式就地再生基层的推广应用提供参考 室内试验 原材料性能分析 本文料源来自桐乡市 C!! 乌塍线沥青路面 选取水泥稳定碎石为基准半刚性材料 试验设计 种旧沥青面层与半刚性基层质量比的再生混合料 质量比分别为! 其合成级配组成符合 " 公路沥青路面再生技术规范 : 8! 中! 号级配的要求 具体筛分结果如表! 所示 对旧沥青面层与半刚性基层不同质量比的再生集料进行了压碎值试验 压碎值结果如表 所示 旧沥青面层经抽提后计算得到油石质量比为 E 水泥采用强度等级为 的普通硅酸盐水泥 添加的水为饮用水 从试验结果来看 随着旧沥清面层掺量的增加! 粒径的通过率逐渐减小 因为面层材料经再生机铣刨后主要以包裹着沥青的集料和旧沥青颗粒存在 面层的沥青混凝土材料有沥青包裹不易破碎成粉料 而 以下各筛孔通过率随旧沥青面层掺量的增加而减少 这部分细集料主要为破碎后的半刚性基层材料 表 再生混合料的合成级配 $ "7 旧沥青面层与半刚性基层质量比 通过下列筛孔 的百分率 E!!!!!!!!!!!!!!!! 级配范围!!! 表 再生集料的压碎值 ' 旧沥青面层与半刚性基层质量比! 压碎值 E!!!!!! 压碎值试验结果也说明了这个原因 未完全老化的沥青仍具有一定的粘结性 沥青相当于弹簧体包裹着集料 减缓了内部集料在荷载作用下的压力 导致沥青混凝土在压力机荷载作用下不易分离破碎 并且一部分被压碎的集料与未完全老化的沥青在压力作用下又嵌挤在一起 形成了粘结料 构成的粒径大于碎石单独存在的粒径 因此 随着旧沥青面层掺量的增加 再生集料压碎值减小 最大干密度与最佳含水量本文按 E 质量掺量 的水泥剂量 根据公路
! 上海理工大学学报! 年第 卷 工程无机结合料设计的步骤进行击实试验 获得含水量 & 干密度关系曲线 确定最佳含水量与最大干密度 试验结果如表 所示 表 再生混合料击实试验结果 "%! "7 旧沥青面层与半刚性基层质量比 最大干密度 $ & 最佳含水量 E!!!! 由表 标准击实试验结果可以看出 随着旧沥青面层掺量的增加 混合料的最佳含水量和最大干密度均逐渐减小 这主要是因为沥青对集料的裹覆阻碍了集料对水分的吸收 游离在集料之间的水分增多 混合料吸收的水分减少 导致混合料的最佳含水量呈现降低趋势 相同体积混合料裹覆沥青集料的含量越高质量越小 最大干密度也随之减小 因此 再生基层施工中沥青层较厚时 施工用水量应该予以降低 在全基层铣刨料基础上 旧沥青面层与半刚性基层质量比增加! E 混合料的用水量应减少 E 左右 强度与模量根据击实结果确定最佳含水量和最大干密度 水泥剂量 质量掺量 为 E 通过静压法成型! @! 的圆柱体试件 养护温度为 相对湿度为 E 经过不同龄期 % 的养护后 室内试验温度为 测试无侧限抗压强度 劈裂强度和抗压回弹模量 试验结果如图! 所示 图 旧沥青面层掺量对劈裂强度的影响!! $% 0 % 要是由于未完全老化的旧沥青阻碍了集料之间的水 & 泥水化反应 沥青与集料在常温条件下不能产生胶结作用 因此降低了混合料的致密性 对水泥稳定再生料的强度形成产生较大影响 其次 原沥青面层中沥青材料由大功率再生设备铣刨破碎后 剥落的沥青颗粒和裹覆沥青的集料与相同粒径的旧半刚性基层中的石料相比 其颗粒组成不同 一定荷载条件下 使旧沥青与旧集料之间的交界面发生破坏 降低了混合料的强度 从强度的降低幅度来看 旧沥青面层掺量由 E 增加到 E 时 抗压强度降低幅度最大 劈裂强度基本保持线性降低 这说明旧沥青面层掺量超过 E 时 对再生混合料的抗压强度影响较大 图 试件养护龄期对抗压强度的影响!! % $! "% ' 从图 可以看出 随着养护龄期的增长 不同旧沥青面层与半刚性基层质量比的再生混合料强度增 图 旧沥青面层掺量对抗压强度的影响!! $% 0! "% ' 由图! 可知 随着旧沥青面层掺量的增加 再生混合料的抗压强度和劈裂强度逐渐降低 这主 长规律基本一致 % 的强度增长幅度较大 % 的强度增长幅度较小 这与水泥强度形成的时期有关 随着水泥水化等反应的进行 胶结料不断生成 再生集料颗粒之间联结性能和结构致密性逐渐加强 % 以内是水泥稳定再生混合料强度形成的主要时期 从图 可以看出 养护龄期为 % 和 % 旧沥
第 期拾方治 等 水泥稳定全深式就地再生基层适应性的探讨!! 青面层掺量增加 再生混合料的回弹模量呈降低趋势 旧沥青面层含量低于 E 时 再生集料的回弹模量有所降低 但材料的柔性增大 有助于提高水泥稳定再生基层的收缩变形能力 & 旧沥青面层掺量高于 E 时 回弹模量降低幅度较大 水稳再生基层抗压变形能力较差 图 3 旧沥青面层掺量对回弹模量的影响 3*!! $% 0!" $ 工程应用 再生方案再生混合料的室内试验指标满足路用性能后 本文在浙江省桐乡市 C!! 乌塍线大中修工程中选取若干试验路段 对旧沥青混凝土 种掺量方案进行了施工验证 原路面主要存在块状裂缝 龟裂 坑 槽和松散等病害 路面结构为!$ 沥青面层! $ 水泥稳定碎石基层 宕渣层 各标段内的结构层厚度不一致 试验段内通过控制旧沥青面层掺量分别对应铺筑不同厚度的再生基层 旧沥青面层与半刚性基层质量比与室内试验质量比保持一致 分别为! 再生基层厚度分别控制在!! $ 采用纯基层就地再生的方案 首先将原路面沥青面层全部铣刨掉 再对基层分别进行不同厚度的就地再生 采用含沥青层就地再生的方案 将沥青面层与不同厚度的基层进行不同厚度的就地再生 每种掺配方案试验路段为 在再生基层完成后加铺沥青面层 旧路面结构和再生后新路面结构如图所示 再生试验路段施工设备采用维特根 ; 就地冷再生机! 台 自行式平地机! 台 单钢轮振动压路机! 台 净重 胶轮压路机! 台 净重 洒水车 台 压实度施工日内对不同方案的再生基层试验段进行压实度检测 本文按照 " 公路土工试验规程 : 0 中灌砂法进行试验 压实度值为现场压实后的再生基层干密度与坑内混合料标准最大干密度之比 试验结果如表 所示 从压实度试验结果来看 随着旧沥青面层掺量 图 路面结构设计 %'"! 表 3 再生层压实度试验结果 3 "%! 0 旧沥青面层与半刚性基层质量比 不同厚度 $ 再生层的压实度 E!!! 的增加 再生混合料的压实度逐渐减小 当旧沥青面层掺量低于 E 再生层厚度在 $ 以内时 再生层厚度对再生基层压实度基本无影响 当旧沥青面层掺量在 E E 再生层厚度对压实度影响较大 旧沥青面层掺量为 E 再生层厚度为 $ 条件下的压实度已小于 E 三级公路再生基层压实度设计要求 弯沉值本文为评价基层最适宜的再生厚度 在再生基
上海理工大学学报 3<!!!!!!!!!.3/年 第<卷! 层施工前和完成养护/7后!根据4公路工程质量检 验评定标准5 XK^V*.32!..$!对不同方案试验 路的基层顶面采用贝克曼梁法进行弯沉试验!测试 车采用后轴3.?双侧轮标准轴载 Aaa83.. 的自 卸货车!试验结果如图'所示) 图<!取芯厚度@@34 $ <!O* ) 0 3D. @@34 %& 图>!再生基层顶面弯沉试验结果 $ >!' / 2 3 ) - )*, 2 ) /) 0* * 5 ) -.+5 %& %.!!从弯沉试验结果来看!经过水泥稳定全深式就 地再生后!使用全基层铣刨料再生厚度为 326, 的 原路面弯沉降低幅度最大!降低了 2*i!再生层厚 图S!取芯厚度@?34 度为!26, 的原路面弯沉降低了近 /i%旧沥青面 $ S!O* ) 0 3D. @?34 %& 层掺量为2.i!再生厚度为 326, 的原路面弯沉降 低了近/i!再生层厚度为!26, 的原路面弯沉降 $!适应性分析 低了!.i)因此!再生混合料中旧沥青面层的掺量 越小!再生基层路面的弯沉降低效果越显著) 全深式就地再生基层施工中!应根据原路面基 "!!取芯 对养护 /7 后的试验段进行钻孔取芯!取芯机 调整再生基层厚度)通过对旧路面面层或和基层一 采用 Ca8!.% 型钻孔取芯机)取芯发现!当旧沥青 起就地铣刨拌合形成强度均匀的再生基层!从而增 面层掺量大于.i!再生层厚度超过!!6,!取出的 强路面结构的承载力) 芯样底部松散!高度普遍达不到设计要求)再生层设 层的弯沉值和旧沥青面层与半刚性基层的质量比! 当原路面基层顶面弯沉值大于 3!... 3,,$ 计厚度!26,!旧沥青面层与半刚性基层质量比为 在路面损坏较为严重的路段!可将沥青面层和基层 2.m2.!取出的芯样厚度仅!!6,见图 /$)这是因 为施工工艺与压路机设备一致的情况下!旧沥青面 全部进行全深式就地再生!旧沥青面层占再生基层 质量比应控制在!/i 以内%或 者 将 沥 青 面 层 铣 刨 层掺量过高导致集料之间嵌挤能力不足!未完全老 掉!对基层进行就地再生!作为新路面的基层!再生 化的柔性沥青与半刚性基层在水泥作为稳定剂的条 后压实度能够满足大于</i 的要求!再生后的基层 件下!由沥青包裹的面层材料与基层材料之间仅依 顶面弯沉值可控制在'..3,,$以内!全部基层 靠结构的填充形成骨架结构 & 3.83'!水泥难以形成强 材料再生 弯 沉 值 可 控 制 在 2.3,,$以 内)因 有力的粘结) 当旧沥青面层掺量小于.i!再生层厚 度超过! 时! 取出的再生基层芯样均较完整!6, )再 生层设计厚度! 26,!旧沥青面层与半刚性基层质量 此!全 深 式 就 地 再 生 基 层 的 厚 度 应 控 制 在 3*$ 取出的芯样厚度达到! 比为! /m/! 26,见图*$ )这 是因为压路机碾压厚度较薄!且沥青混凝土含量较!26,)当 原 路 面 基 层 顶 面 弯 沉 值 在 *.$ 3...3,,$!路面损坏一般的路段!可将沥青面层和 全部或部分上基层进行全深式就地再生)旧沥青面 低! 沥青混凝土在再生混合料结构中处于半刚性基层 层占再生基层质量比宜控制在!/i $2.i!再生后 作为新路面的基层或底基层!再生后基层顶面弯沉 材料的空隙中! 沥青混凝土四周形成了水泥稳定碎石 值可控制在 '.$/2.3,,$)因此!全深式就地 所以再生后保持着较高的强度) 的牢固骨架结构! 再生基层的厚度应控制在32$!!6,)
第 期拾方治 等 水泥稳定全深式就地再生基层适应性的探讨! 结 论 本文结合 C!! 干线公路养护大中修工程 对旧沥青混凝土的掺量与全深式就地再生基层适应性的关系进行了研究 研究的主要结论如下 随着养护龄期的增加 旧沥青面层与半刚性基层不同质量比的再生混合料的无侧限抗压强度 劈裂强度 回弹模量增长规律基本一致 再生混合料中旧沥青面层掺量越低 养护期越长 再生混合料的强度和模量越高 全深式就地再生基层施工中应保证再生路段养护期至少在 % 以上 随着旧沥青面层掺量的增加 混合料的最佳含水量和最大干密度逐渐减小 主要是因为沥青对集料的包裹 阻碍了集料对水分的吸收 导致混合料吸收的水分减少 游离在集料之间的水分增多 因此 含沥青层的再生基层施工时 在全基层铣刨料基础上 旧沥青面层与半刚性基层质量比增加! E 混合料的用水量应减少 E 左右 再生混合料的压实度随旧沥青面层掺量的增加而减小 当旧沥青面层掺量在 E E 时 压实度随再生层厚度的增加而减小 旧沥青面层掺量越高 压实度降低幅度越大 在原路面基层顶面弯沉值较大的条件下 旧沥青面层的掺量越高 全深式就地再生基层控制的厚度越低 相反 在原路面基层顶面弯沉值较小的条件下 旧沥青面层掺量可适量增加 再生基层厚度可予以提高 参考文献! 裴建中 贾彦顺 张久鹏 等 沥青路面结构可靠度的研 究进展及展望 : 中国公路学报!!!&! 王周凯 公路路面水泥稳定就地冷再生关键技术与工程应用研究 / 杭州 浙江大学! 邵伟跃 李洁 水泥稳定旧沥青路面材料强度的影响因素研究 : 交通世界!! & 交通部公路科学研究院 公路工程无机结合料稳定材料试验规程 北京 人民交通出版社 王浩宇 全深式沥青路面现场冷再生技术研究 / 西安 长安大学! 吴正光 徐剑 康爱红 等 水泥稳定废旧沥青混合料的强度试验 : 扬州大学学报 自然科学版!!!!& 0.78. 80$ $" $9 "$*" * $ " % " "* 94 4"% $4 * $ 4 $ " $"" %% " 4 *:'4 * $ 4 " % ) % " "*!!! & 李清富 张鹏 刘晨辉 聚丙烯纤维半刚性基层抗裂性能研究 郑州 黄河水利出版社! 周英超 杨君英 水泥稳定碎石基层含水量对回弹模量影响的试验研究 : 路基工程!!! &!!! 吴静 王发洲 胡曙光 等 集料 & 水泥石界面对混凝土损伤断裂性能的影响 : 北京工业大学学报! &!! 拾方治 马卫民 沥青路面再生技术手册 北京 人民交通出版社!0 + 08'7+0. /7 0 : 9 $49 " " * 2" $ " 4" %" 4 $ 4* $ 49 9"$" " * 4 4 : ' " % '4 $ *" $!!! &!! 谭忆秋 沥青与沥青混合料 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 编辑 丁红艺