环保型固化剂在公路工程路面冷再生底基层中的应用

张俊庆

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

冷再生是公路养护维修的常用方法，经冷再生处理的原路面可作为新面层的基层或底基层使用。为了使再生层的强度等指标达到基层或底基层要求，通常需要掺入添加剂。过去主要采用水泥作为添加剂，同时还需添加一定量的集料，导致施工周期长、成本高，而如果掺加环保型固化剂，则既能代替水泥，又不再需要添加集料。

1 工程概况

某公路路段因近年来交通量持续增加，且重载车辆数量增多，导致路面破坏严重，经过多次修缮仍有局部段落的路面及附属结构产生较为严重的破坏，给路段的正常、安全通行造成了威胁，必须实施全面的养护维修。此次维修的路段为K116+200—K123+380 与K131+370—K134+370。经综合考虑，决定采用冷再生技术处理，将再生后的结构层作为底基层，层厚20cm，并选用环保型固化剂作为本次施工的添加剂。

2 环保型固化剂的优点

本次施工所用的环保型固化剂主要具有以下优势：

（1）成本低于普通水稳碎石，且无需进行土方外运，从而减少运输成本。

（2）成型速度快，可有效缩短冷再生工期，在添加适量的固化剂之后，可在很短的时间内达到要求的强度，进而减少工程投资，提高项目的经济效益。

（3）可提高结构整体性，形成板体结构，受车辆荷载持续作用后可实现整体受力，使上部荷载连续且均匀地向下传递，增强底基层结构自身的承载力，延长结构寿命[1]。

（4）适用范围广泛，可在有软基分布和产生翻浆的路段使用，提高基础的稳定性，并使底基层保持整体性和稳定性。

（5）能提高结构的水稳性与抗冻融性，提高结构强度，增强对水损害的抵御能力。

（6）适量添加固化剂能起到提高后期强度的作用，增强路面结构整体承载力，从而减小沉降[2]。

在本次改造工程中，充分利用原路面材料，在实验室中对采用环保型固化剂的底基层混合料开展击实试验，以确定具体的配合比。所用固化剂的类型为CGJ。根据试验结果得出的配合比为：旧路材料∶水泥∶固化剂=97∶3∶0.01。通过对旧路材料实施的筛分试验，并结合相关试验检测结果，旧路粗集料可达到相关技术要求，在冷再生施工中建议将碎石的掺入量控制在10%～15%，将水泥的掺入量控制在3%。为验证采用环保型固化剂后得到的混合料的经济性，对采用水泥作为添加剂的混合料进行经济性对比。其中，采用水泥作为添加剂的混合料的配合比为旧路材料∶碎石∶水泥=80%～85%∶10%～15%∶5%，其单位面积造价为33.17 元，而由于无需使用碎石，所以采用环保型固化剂后得到的混合料的单位面积造价仅为27.5 元。因此，无论是从技术角度还是经济角度考虑，都可将采用环保型固化剂后得到的混合料作为首选方案。

3 冷再生施工

冷再生施工工艺流程为：施工准备→施工放样→碎石撒布→水泥撒布→冷再生拌和→羊角碾初压→平地机初平→压路机复压→平地机精平→压路机压实→洒水养生。

具体施工工艺如下：

（1）为防止新旧路面结合处产生较大沉降，在冷再生开始前1h 内，先施工端部水稳碎石，将其初平并碾压后，再进行就地冷再生，此时按照20～30cm的宽度向外搭接，以使二者形成一个整体。

（2）采用半幅作业、半幅正常通车的方式施工，禁止重型车辆通行。

（3）开工前先洒布一层底水，然后不断掺加碎石，掺量以筛分结果为依据，结合合成级配确定。

（4）按照预设水泥用量对水泥撒布车进行设定，并在其前方铺设一块铁板，车辆通过后对其收集的水泥进行称重，并与设计数据进行对比，若误差小于3%，则为合格。

（5）冷再生机实际运行速度需以路面损坏情况为依据，结合再生深度适当调整，通常不超出2～6m/min这一范围，施工中不可随意更改速度。在网裂较严重的段落应适当减慢速度，并提高铣刨转子的实际转速。

（6）在再生机的后方应安排专人对再生深度及水泥用量等进行检查，并及时将信息反馈给再生机操作人员，以便及时且正确地做出调整。

（7）对再生深度进行检查时，需将相邻的已经完成再生的路面作为基准，将钢钎插入土内，根据插入深度确定再生深度。此时需在作业面边缘设置导向线，为操作员提供必要的帮助。

（8）在多刀施工过程中，要随时检查搭接宽度，确保其始终达到10cm 以上。应在再生机的后方安排专人做好清理工作，防止对施工后的密实度及横纵向接缝造成不利影响。

（9）施工中做好混合料级配与再生深度等关键指标的检测工作，以保证后续作业正常开展为准确定再生长度，认真组织现场施工，以免产生横向裂缝。再生施工应一次完成，中途不可停机，每次再生的长度控制在50～80m 范围内。完成一段再生施工后，立即检查铣刨刀架和刀具，若发现损坏，应及时更换。

（10）严格按照预定方案进行再生层的碾压，正式碾压前还需通过必要的试验来确定各项技术参数，如压实层厚度及碾压遍数等，进而为正式施工提供指导。

（11）再生机后方使用羊角碾初压，遵循低频高幅的原则，具体的碾压遍数以达到要求的压实度为准。采用钢轮压路机施工时，其速度应控制在3km/h以内。

（12）初压结束后，尽快用平地机整平。完成整平后，由技术人员对表面的横纵坡进行检测，确认是否达到设计要求。

（13）整平过程中需将局部高处的料刮至路面范围外，不可进行薄层贴补。

（14）整平时不允许任何车辆通过，以防止影响后续碾压的连续进行，导致局部粗细集料产生离析。

（15）已完成碾压的路段和正处于碾压状态的路段，压路机不可进行调头及紧急制动等可能导致面层破坏的操作。

（16）碾压时再生层表面需始终处于湿润状态，若由于季节原因水分蒸发过快，应及时补水，但注意不可大面积洒水。

（17）完成拌和与整平后的再生层，需在水泥达到初凝前完成碾压并保证压实度合格，同时不能有明显的轮迹。

（18）再生及碾压施工中应设专门的质检人员进行跟班作业，及时对再生层的层厚、标高、横坡及平整度等进行检测和反馈，以及时发现隐患、解决问题。

4 环保型固化剂的工程应用

4.1 取样

在项目实施之前，应先对原路面实施钻芯取样，然后将取得的样品送交实验室，按照不同的水泥掺量制备5组试样，进而确定各组试样的主要技术参数。这5 组试样的水泥掺量最小值为3%，按1%的间隔递增至7%[3]。

4.2 击实试验

采用四分法进行试样制备，结合相关经验，固化剂掺入量初设为0.01%，采用外掺法计算掺量，之后通过击实试验加以验证。试样分3次添加到筒内，每层连续击实98次之后，对试样进行拉毛，然后装到套筒内。重复上述过程，击实结束后试样高度不能超过6mm，并用修土刀在套筒的内壁连续削刮，直至试样与套筒分离，最后将底板拆除进行称量，测定试样的含水率。

经试验，不同水泥掺量条件下的试样最大干密度与最佳含水量实测结果如表1所示。各组试样的固化剂掺量相同，均为0.01%。从表1 可以看出，随着水泥掺量的增加，试样最大干密度与最佳含水量均明显增大[4]。

表1 不同水泥掺量条件下的试样最大干密度与最佳含水量实测结果

4.3 强度试验

强度试验中，试样的水泥掺量依然为上述5种，各组试样的固化剂掺量均为0.01%，压实度为97%，采用静压法制备直径和长度均为150mm 的标准柱体试件。试件制备完成后，使用塑料袋将其密封，放置于标准环境条件下连续养护7d，然后测定试样的强度，并计算干密度等指标。

强度试验结果如表2 所示。从表2 可以看出，随着水泥掺量的增加，试件的干密度、实测强度均增大，说明水泥的加入提高了混合料的强度[5]。

表2 无侧限抗压强度试验结果

在经试验得出不同水泥掺量对应的混合料强度后，对强度与水泥掺量进行线性回归，得出以下关系：

式（1）中：X 为水泥掺量（%）；Rc为强度的代表值（MPa）。

4.4 结果分析

试件的7d 强度需达到2.5MPa 以上（代表值），结合强度实测结果与相应的回归分析结果，认为水泥剂量为3%即可达到强度要求。分析试验时所用各类原材料的基本性能、试件制作方式与施工时需满足的各项控制要求，同时结合相关技术细则，在施工过程中所用水泥剂量需要比经试验得出的掺量多出0.5%左右，由此可得实际施工中的水泥掺量为3.5%，比采用水泥作为单一添加剂的混合料的水泥掺量减小了1.5 个百分点。如果原材料在施工中发生了变化，则要重新开展配合比设计。除此之外，试验人员观察发现，在混合料中按照0.01%的比例掺入环保型固化剂后，混合料早期强度形成速度明显加快，仅需3d 试件强度就可以达到2.7MPa，同时能省去大量外运石料，减少原材料购置成本及运输成本，提高项目的经济性。

5 结论

本文结合工程实例，对环保型固化剂在路面冷再生施工中的具体应用进行了分析，对不同水泥掺量的各组试件进行了主要技术指标的实测分析，得出以下结论：

（1）根据各组试件的强度实测结果可知，在混合料中掺加适量环保型固化剂后，混合料的早期强度形成速度明显加快，由此可起到缩短工期和减少投资的作用，符合当前公路维修养护中的经济合理、绿色环保等理念。

（2）要使环保型固化剂在冷再生施工中发挥预期效果，配合比设计是关键。本文提出了在配合比设计过程中的注意要点和技术参考。但由于这种新材料在实体工程中的应用并不多，且相关规范并未对此作出明确且细致的规定，所以在现实情况中可能出现一些新问题，对此还需要不断通过实践和总结来提升工程应用效果。

（3）需要充分考虑该方法的独特性。由于不同地区的地质条件及不同项目的路面结构方案有所不同，即便采用完全相同的环保型固化剂，其效果也有所不同。鉴于此，在条件允许的情况下，应根据项目所在地区和工程实际情况，选择适宜的固化剂类型，以更好地发挥固化剂的作用，提升冷再生基层的质量。

（4）根据工程实践经验，对采用固化剂后的冷再生底基层各项性能进行分析，找出存在的不足，并在设计或施工中采取针对性的措施予以改善，以免影响固化剂的使用效果。