低剂量水泥冷再生技术研究

陈爱勇，李　锋

（1.江苏沿江高速公路有限公司锡常管理中心，江苏 无锡 214400；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

低剂量水泥冷再生技术研究

陈爱勇1，李锋2

（1.江苏沿江高速公路有限公司锡常管理中心，江苏 无锡 214400；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

低剂量水泥冷再生技术不但可以有效解决半刚性基层的反射裂缝病害，而且可以实现旧沥青路面材料的循环利用，达到节能减排的目的。文章针对高速公路产生的沥青面层铣刨料RAP和二灰碎石铣刨料LFSM，分别采用重型击实法和振动压实法进行配合比设计，研究了不同水泥用量和试件成型方法对冷再生混合料干密度和抗压强度的影响；并对低剂量水泥冷再生施工过程中的关键技术进行了总结。

冷再生技术；低剂量水泥；重型击实法；振动压实法；最佳含水量

我国高速公路沥青路面大多采用半刚性基层，然而，半刚性基层材料易受水和温度的影响而产生干缩和温缩裂缝，并在行车荷载、温度、湿度等因素综合作用下反射至面层，形成反射裂缝。反射裂缝对路面结构的整体性和连续性产生严重的破坏并在一定程度上消弱了路面结构整体强度，而且随着雨水或雪水的浸入会导致基层变软，在车辆高速行驶产生的动水压力的冲刷作用下产生唧浆现象，进一步导致路面出现水损坏或其它结构性破坏，进而严重影响高速公路的路用性能［1-2］。针对反射裂缝病害，解决途径之一是采用低剂量水泥稳定碎石；然而水稳碎石需要大量的开采矿山，造成生态环境的破坏，而高速公路沥青路面铣刨重铺养护时却将旧沥青路面材料废弃，造成资源浪费且污染环境［3-4］。

本文针对高速公路产生的沥青面层铣刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）和二灰碎石铣刨料（Lime Fly-Ash Stabilized Macadam，LFSM），采用低剂量水泥再生后作为底基层，不但可以解决半刚性沥青路面产生的反射裂缝病害，同时可以减少矿山开采，达到旧沥青路面材料的循环利用和节能减排的目的，具有很好的现实意义。

1　原材料

水泥作为结合料在水化反应后与集料之间形成整体结构，产生一定的强度。因此，水泥的质量严重影响冷再生混合料的性能［5-6］。在水泥的选取时应严格按照规范要求，对于不满足指标要求的不能使用。本文采用普通硅酸盐水泥P.O 42.5作为结合料，其各项技术指标检测结果如表1所示。沥青路面铣刨料RAP和二灰碎石铣刨料LFSM取自现场，经过矿料筛分后添加一定用量的新集料，集料规格采用19.0～31.5 mm。

2　配合比设计

2.1 矿料级配

采用水洗法对沥青路面铣刨料RAP和二灰碎石铣刨料LFSM进行筛分，按颗粒组成进行计算，确定各种水泥冷再生RAP混合料的新集料添加量为30%，水泥冷再生LFSM混合料的新集料添加量为25%。各种材料的级配组成及冷再生混合料合成级配如表2所示。

表1 水泥试验结果

表2　矿料级配组成

2.2 最佳含水量

针对2.0%、2.5%、3.0%和3.5%4种水泥含量，分别采用重型击实法和振动压实法成型试件，测试水泥冷再生混合料的最大干密度，确定最佳含水量，其中水泥冷再生RAP混合料分别采用3%、4%、5%、6%、7%5种含水量；水泥冷再生LFSM混合料分别采用4%、5%、6%、7%、8%5种含水量。试验得到的含水量和干密度的关系曲线如图1所示。

图1　干密度与含水量关系

结果表明，随着含水量的不断增加，冷再生混合料的干密度先增加后减小，其中水泥冷再生RAP混合料的最佳含水量出现在5.5%左右，而水泥冷再生LFSM混合料的最佳含水量出现在6.5%左右，均大于水泥冷再生RAP混合料的含水量，表明二灰碎石铣刨料的吸水率明显高于沥青面层铣刨料。由干密度和含水量的关系曲线确定的2种冷再生混合料在不同成型方法下的最佳含水量和最大干密度结果如表3所示。

表3　最佳含水量和最大干密度试验结果 MPa

结果表明：

（1）随着水泥用量的增加，水泥冷再生混合料的干密度不断增大，压实度也随之提高。水泥作为一种填料，有效填充了材料内部空隙，使得冷再生混合料的结构更加密实，表现出密度增加；

（2）对于不同的成型方式来说，振动压实法成型的混合料干密度明显高于重型击实法，表明振动成型法能够提高水泥冷再生混合料的压实度；

（3）对于同一种成型方法，水泥冷再生RAP混合料的干密度大于水泥冷再生LFSM混合料。RAP属于沥青面层材料，具有一定的柔性，而LFSM属于基层材料，具有一定的刚性，相比而言，柔性材料更加容易压实；

（4）通过相关性分析，振动压实法和重型击实法成型的水泥冷再生RAP试件干密度之间的相关系数达到了0.986 9，而水泥冷再生LFSM试件干密度之间的相关系数达到了0.999 5，两者之间表现出很好的相关性。

2.3 最佳水泥用量

针对2.0%、2.5%、3.0%和3.5% 4种水泥含量冷再生混合料确定的最佳含水量，分别采用静压法和振动压实法成型试件，测试试件的7d无侧限抗压强度，确定水泥冷再生混合料的最佳水泥用量，试验结果如表4所示。

表4　7 d无侧限抗压强度试验结果 MPa

试验结果显示：（1）水泥冷再生混合料的7d无侧限抗压强度随着水泥用量的增加而不断增加。水泥水化后产生的水化硅酸钙具有很高的强度，因此，>水泥用量越多其混合料的抗压强度越大；LFSM属于半刚性材料，其强度本身就高于柔性材料RAP，水泥再生后其强度同样较高；

（3）对于同一种冷再生混合料，振动压实法压实功高，成型的试件更加密实，抗压强度明显高于静压法；

（4）参照水泥冷再生设计指标，高速公路底基层7d无侧限抗压强度不小于2.0MPa的要求，并考虑>抗反射裂缝的效果，设计水泥剂量取最小值2.0%。

3　施工工艺

低剂量水泥冷再生RAP和LFSM的施工工艺相同，具体施工过程如下［7-8］：

（1）施工准备。铣刨料应不结块且无杂物，最大粒径不大于31.5 mm，含水量不大于3%。与水泥稳定碎石混合料不同的是，在水泥冷再生前必须通过随机的方式合理获得具有代表性的铣刨料，并测试铣刨料和新集料的含水量，根据配合比设计中的最佳含水量确定外掺水量，保证水泥冷再生混合料具有最好的压实条件。

（2）拌和。每天开始搅拌前，应检查场内铣刨料和集料的含水量，计算当天的施工配合比。开始搅拌之后，按规定取混合料试样检查级配和水泥剂量，随时在线检查配比、含水量是否变化。

（3）运输。运输车应该按前后中的顺序装料，避免混合料离析。车上的混合料应覆盖，并尽快运送到铺筑现场，减少水分损失。当车内混合料不能在水泥初凝时间内运到工地摊铺压实，必须予以废弃［9］。

（4）摊铺。摊铺前应将下卧层洒水湿润，并检查摊铺机各部分运转情况，且严格控制基层厚度和高程，松铺系数一般为1.2～1.3。采取2台摊铺机同时进行摊铺，作业时应保持平稳连续的进行，应采取各种有效措施，防止水泥冷再生混合料在施工中出现离析现象。

（5）碾压。采用2～3台20 t以上的单钢轮振动压路机和1～2台25 t以上的轮胎压路机进行组合碾压，先使用钢轮进行稳压，然后振动碾压，最后使用胶轮进行终压。第1～2遍碾压速度为1.5～1.7 km/h，以后各遍为1.8～2.2 km/h。注意稳压要充分，振压不起浪、不推移，压至无轮迹为止。碾压完成后用灌砂法检测压实度，建议压实度应不小于97%。

（6）养生。采用湿润的麻布或透水无纺土工布覆盖的方式进行养生，后续采取洒水车养生，保持底基层处于湿润状态，养生期间封闭交通。

4　结论

（1）水泥冷再生RAP和LFSM混合料的干密度和7 d无侧限抗压强度均随着水泥用量的增加而不断增大；

（2）对于同一种成型方法，由于RAP属柔性材料，更易压实，而LFSM属半刚性材料，强度相对更高。因此，水泥冷再生RAP混合料的最大干密度大于水泥冷再生LFSM混合料，而7 d无侧限抗压强度小于水泥冷再生LFSM混合；

（3）通过相关性分析，振动压实法和重型击实法成型的水泥冷再生RAP和LFSM混合料的最大干密度之间具有很好的相关性；

（4）水泥冷再生RAP和LFSM混合料的7 d无侧限抗压强度均大于2.0 MPa，满足高速公路底基层的要求，结合抗反射裂缝的目的，采用

最小值2.0%。同时，建议在低剂量水泥冷再生混合料设计时水泥用量控制在2%～3%。

［1］杨宇亮，孙立军，毛如麟，等.回收旧沥青混合料冷拌再生技术的研究［J］. 公路交通科技，2002，19（6）：38-40.

［2］ 李文广.水泥稳定集料收缩抗裂性能研究［J］.交通科技与经济，2005（3）：7-9.

［3］石丽君，水泥稳定碎石基层在浦东道路工程中的应用［J］.城市道路与防洪， 2005（3）：38-40.

［4］江涛.冷再生沥青混合料用于重交路面改建时若干关键问题研究［D］.上海：同济大学，2010.

［5］丛林，郭忠印，暨育雄，等.半刚性基层材料性能参数的试验研究［J］. 建筑材料学报，2001，4（4）：385-390.

［6］杜素军，韩萍，杜蓉华.水稳碎石拌和后反应时间对水泥剂量滴定的影响［J］.辽宁交通科技，2004（1）: 18-20.

［7］肖学营，胥彬.冷再生施工技术及质量控制［J］.筑路机械与施工机械化，2004（4）：31-33.

［8］康庆华.旧沥青混凝土路面冷再生基层的施工质量控制［J］.交通世界，2006（9）：90-91.

［9］孙准正.水稳碎石基层的离析与控制［J］.天津市政工程，2000，12（2）：38-40.

Study on Construction Technology of Low Dose Cement Cold Recycling

Chen Aiyong1， Li Feng2
（1. Wuxi and Changzhou Management Center， Jiangsu Yanjiang Expressway Co.， Ltd.， Wuxi 214400， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China）

Low dose cement cold recycling technology can not only solves the reflection cracks of semi rigid base， but also realizes the recycling of old asphalt pavement materials and the purpose of energy saving and emission reduction. In this paper，heavy compaction and vibratory compaction method are use respectively for mix proportion design of reclaimed asphalt pavement and lime fly-ash stabilized macadam from expressway， the influence of the different cement content and molding methods on density and compressive strength of cold recycling mixture are analyzed. At the same time， the key technologies of low dose cement cold recycling construction process are summarized.

cold recycling technology; low dose cement; heavy compaction method; vibratory compaction method; optimum water content

U414

A

1672–9889（2015）05–0009–03

陈爱勇（1980-），男，江苏宿迁人，工程师，主要从事道路、桥梁设计工作。

（2015-01-26）