旧路面冷再生基层温度特性探讨

包志宏

(濮阳县公路管理局,河南濮阳 457100)

旧路面冷再生基层温度特性探讨

包志宏

(濮阳县公路管理局,河南濮阳 457100)

半刚性底基层内部的温度变化和坡差会产生温度应力,是决定其路用性能的主要指标之一。通过对二灰稳定冷再生混合料、水泥粉煤灰稳定混合料和水泥稳定混合料的大量试验和比较分析,对这三种混合料的温度特性有了较系统地认识。

冷再生 温度特性 试验研究 对比分析

随着我国社会经济发展的需要，对道路的通行能力及质量的要求越来越高。而80年代修建的二级及二级以下路面大部分超过设计使用年限，对原有路面进行改造和升级已越来越多。对这部分路面的改造改善，传统施工方法一般采用破除老路面，采用大开膛式的施工，这种方法施工周期长、费用高，且常因管理不善造成沿线农作物污染。加之这类公路大部分为国道主干线或重要省道，沿途村镇多、车流量大，车辆绕行不便，为此常引发沿线群众和施工单位的矛盾。对当地的经济发展产生一定的负面影响。

我单位在多条道路施工中采用了旧路面冷再生施工技术，以德国维特根WR2500型路面冷再生机为主要施工机械，在原有沥青路面上加拌部分水泥并一次拌合碾压成型。这种施工方法既保证了路面的力学性能，还简化了施工工艺，缩短了周期，降低了工程造价，并取得了良好的经济效益和社会效益。

半刚性底基层内部的温度变化和坡差会产生温度应力。在寒冷季节，半刚性底基层表面的温度低，底基层的顶部会产生拉应力；在温暖春季，半刚性底基层的底部的温度低(特别在薄沥青面层的情况下)，在底基层的底部可能产生温度应力(拉应力)。这个拉应力与行车荷载在底基层底部产生的拉应力相结合，会促使底基层底面开裂。冷再生混合料不存在高温稳定性不足问题，因此其低温抗裂性如何就显得格外重要，是决定其路用性能的主要指标之一。

1 温度试验方法与试验方案

1.1 试验方法

成型试件尺寸为10×10×40cm，在标准养生条件下(20±2℃，湿度90%)，养生180d，采用电阻应变片测试材料的温度收缩系数，测试时首先将试件两侧烘干，贴上应变片，接到电路中，将环境箱先降到最低度(-25℃)，然后恒温2h，以每2小时升温5℃，当各温度段应变片的数据稳定后(每2h后)，读取相应的数据，直到最终温度(25℃)，数据通过自动数据采集仪。

冷再生混合料的温度特性一般可用温度应变εm和平均温度收缩系数αt来表示。平均温度收缩系数是表征冷再生混合料低温抗裂性的重要指标。若能使平均温度收缩系数减少，则冷再生混合料底基层产生的温度应变力也将按比例减少，相应的路面收缩开裂温度将会降低，从而提高低温抗裂能力。温度应变εm和平均温度收缩系数αt可用下式(1)和(2)计算。

式中：αt——半刚性混合料试件的平均温度系数

εm——半刚性混合料试件的温度应变

L—试件的原始长度

△L—小梁试件的整体收缩量

△T—温度区，从起始温度至试验温度的温度差(℃)

1.2 试验方案

拟定温度试验方案如表1所示。

2 温度试验结果及分析

2.1 试验结果

根据拟定的试验方案对7%水泥稳定，10：10：80石灰粉煤灰稳定，6：4：100水泥粉煤灰稳定的冷再生混合料进行温度试验，分别测的三个配合比在不同温度区的平均温度系数αt。试验结果如表2及图1所示。

2.2 试验分析

表1 温度试验方案

表2 温度试验结果

从图1，我们可以看出：各添加剂稳定的冷再生混合料在较低温度(-5℃以下)时，温度收缩系数较大，且有随温度降低，温度系数αt增大的趋势。而当温度在-5℃以上时，冷再生混合料温度收缩系数α t在平均值附近上下波动。造成冷再生混合料温度收缩系数αt随温度变化的主要原因是：冷再生混合料内部存在着各种矿物晶体结构，温度一定时，结晶体之间的因结合力(化学键和分子键力)的存在形成势能与质点热运动的动能保持平衡。当温度升高时。质点热运动的动能增加，使微粒间距减小，宏观上表现出热收缩。试件含水量对冷再生混合料的温度系数αt有一定的影响。因为半刚性材料中存在着各种孔隙，孔隙中存在大量自由水、吸附水和结合水，其重力水存在于大孔隙中，而毛细水存在毛细孔和凝胶孔之中，结合水存在于矿物晶体内部。水在结冰时不但体积增加，而且冰的温度收缩系数也随温度变化而变化。因此冷再生混合料的潮湿状态对αt影响很大。

2.2.1 二灰稳定与水泥类稳定冷再生混合料温度性能的对比分析

表3 冷再生混合料与普通半刚性材料的温度性能对比

图1 冷再生混合料温度系数与温度的关系

图2 不同添加剂稳定的冷再生混合料温度性能比

图3 冷再生混合料与普通半刚性材料的温度性能对比

图2直观地比较了3种添加剂稳定的冷再生混合料温度性能。

从图3可以看出，平均温度系数最大的是二灰稳定冷再生混合料，其次是水泥粉煤灰稳定，最好的是7%水泥稳定的冷再生混合料，我们分析认为冷再生混合料的温度主要是由旧路破碎料中具体有一定塑性的细粒土，以及冷再生料中包含的自由水、吸附水和结合水的温度涨缩所造成的。与水泥类稳定再生混合料相比，二灰添加剂对细粒土的塑性改善较差，二灰稳定再生混合料整体上还具有一定的塑性，另外二灰稳定冷再生混合料相对水泥类稳定再生料而言，强度较低，在相同的温度应力下，较容易产生缩裂，故二灰稳定冷再生混合料表现为平均温度系数较大。

2.2.2 水泥稳定与水泥粉煤灰稳定冷再生混合料温度性能对比分析

温度试验表明：7%水泥稳定的冷再生混合料平均温度系数比6∶4∶100水泥粉煤灰稳定的小，我们分析认为冷再生混合料的温度性能主要受混合料中具有塑性的细料含量及冷再生混合料结构的影响，混合料中粗颗粒能否形成空间骨架结构，而让细料在骨架的富余空间里自由伸缩，这点对混合料的温度性能至关重要。从试验结果来看，在6：4：100水泥粉煤灰稳定冷再生混合料中，由于粉煤灰的掺入，使混合料中细料进一步增多，隔离了粗颗粒的接触，混合料结构无法形成富余空间，再加上粉煤灰的火山灰反应产物也对温度收缩敏感，故水泥粉煤灰稳定要比水泥稳定的温度性能差。

2.2.3 冷再生混合料与普通半刚性材料的温度性能比分析

为了更好地评价冷再生混合料的温度特性，我们将冷再生混合料的温度特性与其他典型的半刚性材料的温度性能对比分析，见表3。

从表3可以看出，冷再生混合料的温度性能比水泥砂砾的差，但比石灰土及二灰土的要好的多，冷再生破碎在级配上与砂砾土相似，故我们分析认为冷再生破碎料中存在的旧沥青造成了与稳定砂砾的温度性能差异，沥青是一种温度敏感材料，再生破碎料中占有一定比例的旧沥青，它与添加剂的水化产物共同组成混合料的胶凝材料，它的温度对混合料的影响是不容忽视的，故冷再生混合料的温度性能位于稳定砂砾与稳定土之间，从图3可以看出。

3 结语

(1)冷再生混合料的温度性能主要由混合料中具有塑性的细粒土含量及混合料中各种状态的水分含量决定的，破碎料中的旧沥青对冷再生混合料的温度性能也有很大的影响。

(2)3种添加剂稳定的冷再生混合料中。7%水泥稳定的冷再生混合料温度性能最好，二灰稳定较差，水泥粉煤灰稳定居中。

(3)由于沥青的存在，使冷再生混合料的温度性能劣于稳定砂砾，但比石灰土、二灰土的温度性能好得多。

[1]《公路路面基层施工技术规范》.

[2]《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》.

[3]《公路路基路面现场测试规程》.

[4] 《公路土工试验规程》.

包志宏,男,1975年9月出生,汉族,濮阳县人,1996年毕业于河南交通职业技术学院,工程师,濮阳县公路管理局任职,先后从事施工控制、试验检测、工程监理等工作。