武 鶴，魏建軍，蘇 群，馬松林

(1.黑龍江工程學(xué)院，哈爾濱150050;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱150000)

水泥穩(wěn)定瀝青路面冷再生材料是由銑刨破碎后的瀝青混凝土團(tuán)塊、銑刨材料空隙中存在的液態(tài)水和空氣等組成，結(jié)構(gòu)比較松散，孔隙率較大，在施工使用過(guò)程中，其孔隙率中含有大量水分，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生凍融循環(huán)，各組成相的性質(zhì)都發(fā)生改變［1－2］。已有研究成果顯示，半剛性基層產(chǎn)生開(kāi)裂有兩個(gè)主要原因，即干縮和溫縮。在這兩個(gè)因素中，溫度收縮對(duì)基層開(kāi)裂的影響相對(duì)較大。因此半剛性基層材料的溫縮性能和抗凍性能對(duì)路面的使用性能具有重要影響，尤其是在寒冷地區(qū)，對(duì)該材料的溫度收縮性能和抗凍性能研究是十分有價(jià)值的［3－4］。

1 舊路面材料性能分析及添加料的選擇

舊瀝青路面在車輛荷載的碾壓和銑刨破碎的綜合作用下，其礦質(zhì)骨料部分已經(jīng)破碎，失去原有的骨架結(jié)構(gòu)［5－6］。經(jīng)銑刨破碎后的舊路面材料中含有舊瀝青混凝土團(tuán)塊，由于瀝青的存在，該材料對(duì)溫度具有較強(qiáng)的敏感性［7］，本次篩分試驗(yàn)采用自然風(fēng)干的方法進(jìn)行試驗(yàn)

經(jīng)銑刨的混合料中含有瀝青混凝土團(tuán)塊，對(duì)溫度有較強(qiáng)的敏感性，本次篩分試驗(yàn)從銑刨現(xiàn)場(chǎng)取回原材料后，采用自然風(fēng)干后進(jìn)行篩分試驗(yàn)。篩分結(jié)果見(jiàn)表1和如圖1所示。

表1 銑刨材料篩分試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Screening results of milling materials

圖1 銑刨材料篩分試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Screening results of milling materials

由圖1可以看出，銑刨材料的級(jí)配基本滿足《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定基層的級(jí)配范圍以及《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生混合料級(jí)配范圍，為研究骨料摻加量對(duì)水泥穩(wěn)定冷再生材料性能的影響，本文以不同比例摻加兩種新骨料，骨料粒徑分別為:10～30 mm和20～40 mm。通過(guò)試驗(yàn)最終確定新骨料摻加量為7%和10%，10～30 mm和20～40 mm的摻配比例分別為3∶4和6∶4。

本文根據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目選擇了32.5#普通硅酸鹽水泥，分別采用5%、6%和7%三個(gè)水泥劑量和面基層厚度比分別為7∶18和9∶18，作為試驗(yàn)研究的影響因素。

2 溫縮性能試驗(yàn)與分析

水泥穩(wěn)定冷再生材料的性質(zhì)介于半剛性材料和柔性材料之間，具有特殊的力學(xué)特性。已有研究顯示，導(dǎo)致半剛性基層開(kāi)裂的主要因素 (溫縮和干縮)中，溫度收縮的影響相對(duì)較大［8］。同時(shí)半剛性基層材料在一般含水量狀態(tài)下溫度收縮性能較差，在干燥或飽水狀態(tài)下溫度收縮性能相對(duì)較好［9］。有試驗(yàn)研究指出，半剛性基層材料的含水量越接近最佳含水量，半剛性基層材料的溫縮性能越不利［10－11］。為保證冷再生材料始終保持在最佳含水量狀態(tài)下，本次試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試件進(jìn)行塑料布密封。

試驗(yàn)采用3種水泥劑量、2種面基層厚度比和2種新骨料摻加量，試驗(yàn)按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(T 0855—2009)進(jìn)行，采用儀表法進(jìn)行無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料溫縮試驗(yàn)，試件采用90 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生。本試驗(yàn)以5℃為一個(gè)溫度級(jí)別，試驗(yàn)溫度區(qū)間為－20～20℃。

各配合比水泥穩(wěn)定冷再生材料的溫縮試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)鐖D2所示。

圖2 水泥穩(wěn)定冷再生材料溫縮曲線Fig.2 Temperatureshrinkagecurveof cold regenerationmaterialsstabilized by cement.

分析試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

(1)水泥穩(wěn)定冷再生材料由于舊瀝青混合料的存在，而瀝青混合料具有粘彈特性，通過(guò)比較典型半剛性基層材料溫縮系數(shù)和冷再生材料溫縮系數(shù)，冷再生材料的溫縮系數(shù)明顯低于典型的半剛性基層材料，說(shuō)明其溫度收縮性能優(yōu)于典型的半剛性基層材料。

(2)水泥穩(wěn)定冷再生材料存在溫度敏感區(qū)間，溫縮系數(shù)在－15～0℃溫度區(qū)間波動(dòng)比較大，說(shuō)明水泥穩(wěn)定冷再生材料在－15～0℃溫度區(qū)間內(nèi)溫度變化對(duì)其收縮變形將產(chǎn)生比較劇烈的影響。

(3)水泥穩(wěn)定冷再生材料的抗溫縮性能與水泥劑量、面基層厚度比和新骨料摻加量有關(guān)，隨水泥劑量、面基層厚度比和新骨料摻加量增長(zhǎng)而逐漸減小，且后期的影響比較明顯。

3 抗凍性能試驗(yàn)與分析

文獻(xiàn) ［12］顯示，水泥穩(wěn)定冷再生材料是由多種材料混合而成的混合材料，原瀝青路面材料和原路面水穩(wěn)砂礫基層材料，經(jīng)銑刨后孔隙率比較大，空隙中存在大量的液態(tài)水或氣態(tài)水，在季凍地區(qū)，地下水位高，晝夜溫大，基層材料在氣溫下降和升高過(guò)程中產(chǎn)生凍融循環(huán)，在交通荷載作用下，冷再生材料內(nèi)部產(chǎn)生薄弱面，使基層材料的強(qiáng)度急劇降低，導(dǎo)致路面加速破壞。因此基層材料的抗凍性能對(duì)提高整個(gè)路面的使用性能是至關(guān)重要的。

本試驗(yàn)采用水泥劑量為6%，7∶18和9∶18兩種面、基層厚度比和7%和10%兩種新骨料摻加量進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)按照《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)中的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料凍融試驗(yàn)方法 (T 0858—2009)進(jìn)行試驗(yàn)。進(jìn)行7 d、28 d和90 d三個(gè)齡期的養(yǎng)生。

各配合比水泥穩(wěn)定冷再生材料的凍融試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)鐖D3所示。

分析試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

(1)各齡期的水泥穩(wěn)定冷再生材料的耐凍系數(shù)均在0.89以上，說(shuō)明水泥穩(wěn)定冷再生材料具有良好的抗凍性能。

(2)水泥穩(wěn)定冷再生材料的耐凍系數(shù)隨新骨料摻加量和齡期的增長(zhǎng)而顯著提高，隨面基層厚度比的增大而降低。冷再生抗凍性能受新骨料摻加量的影響較小，受面、基層厚度比和齡期影響相對(duì)較大。

圖3 水泥穩(wěn)定冷再生材料凍融試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of freezing and thawing performance of cold regeneration material stabilized by cement.

4 結(jié)論

(1)水泥穩(wěn)定冷再生材料的抗溫度收縮性能典型的半剛性基層材料的抗凍性能。

(2)水泥穩(wěn)定砂礫冷再生材料的溫縮系數(shù)存在溫度敏感區(qū)，本材料的溫度敏感區(qū)間為－15～0℃。

(3)水泥穩(wěn)定冷再生材料具有良好的抗凍性能。

(4)水泥穩(wěn)定冷再生材料中面基層厚度比和齡期對(duì)該材料的抗凍性能具有重要影響。

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