水泥穩(wěn)定碎石冷再生技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、高寒地區(qū)基層瀝青混凝土路面冷再生機(jī)理分析摘 要 : 高原氣候條件下水泥穩(wěn)定舊瀝青混凝土路面材料的再生機(jī)理 , 通過(guò)強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn) , 探討了瀝青和半剛性基層材料對(duì)水泥穩(wěn)定再生 材料強(qiáng)度的影響 ; 試驗(yàn)證明隨著瀝青混合料比例的增大 , 冷再生基 層的強(qiáng)度降低 ; 舊集料與水泥水化產(chǎn)物間存在薄弱界面 , 對(duì)強(qiáng)度有 不利影響。關(guān)鍵詞 : 高寒地區(qū) ; 冷再生; 瀝青舊路面 ; 基層; 試驗(yàn)利用水泥冷再生舊瀝青混凝土路面材料 , 在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)是日臻 完善的一項(xiàng)技術(shù) , 由于甘南地屬高寒地區(qū)， G 213 線甘南境內(nèi)平均海 拔為 3300 米。冷再生技術(shù)首次使用，還是試驗(yàn)驗(yàn)證階段。通過(guò)十一 公里舊瀝青混凝

2、土路面的冷再生試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)由于路面結(jié)構(gòu)不一 , 舊瀝 青面層厚度差異較大 , 對(duì)舊瀝青混凝土路面材料再生后的使用性能不 了解 , 以致出現(xiàn)了不同路段不同質(zhì)量狀況。 因此在這里首先從技術(shù)和 材料上做以總結(jié)和闡明。1 技術(shù)方面的因素就地水泥冷再生舊瀝青混凝土路面材料基層是指利用原路面舊瀝 青混凝土路面材料使用專用再生機(jī)按照設(shè)計(jì)的速度和厚度進(jìn)行粉碎 處理，考慮將舊瀝青混凝土路面材料破碎加工后作為路面材料中的骨 料重新利用 , 同時(shí)加入一定數(shù)量的水泥或一定規(guī)格集料按照一定的配 合比拌合后進(jìn)行整型碾壓使其達(dá)到路面基層需求的承載力的施工工 藝。缺點(diǎn)：a:就地水泥冷再生舊瀝青混凝土路面材料基層采用WR2500

3、L或 WR20001冷再生機(jī)，該機(jī)最大工作寬度 240cm和190cm,最大拌合深度50cm和40cm不能更深的處理路基軟基。b:就地水泥冷再生材料 基層含泥量較大 c: 現(xiàn)場(chǎng)再生設(shè)備作業(yè)時(shí)銑刨刀重疊容易使再生料內(nèi) 骨料再次打碎，導(dǎo)致粒徑過(guò)小，不利于施工質(zhì)量。2 材料方面的因素舊路面在車輛荷載的沖擊、 震動(dòng)和擠壓作用下， 礦質(zhì)顆粒接觸 點(diǎn)處產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力， 有時(shí)候可以超過(guò)礫石材料的極限強(qiáng) 度，而使礦質(zhì)顆粒發(fā)生破碎， 同時(shí)礦質(zhì)顆粒之間的摩擦也會(huì)引起顆粒 表面的磨損， 導(dǎo)致混合料中的粉料增加， 還應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析確定添加 集料。冷再生集料的級(jí)配組成之間影響到混合料的強(qiáng)度、 模量等指標(biāo)。女口

4、 K215+180-K217+700銑刨厚度 20cm,水泥劑量為 19Kg/mf, 混合料中舊瀝青路面厚度 5cm , 舊瀝青路面占總混合料的 25%，經(jīng)銑 刨刀的粉碎，其中0-10mm集料占總混合料的62%10mm-20mr占37% 20mm31.5mm 占 1%，經(jīng)鉆心取樣，抗壓強(qiáng)度平均為3.8PM。K18+400-K219+450銑刨厚度20cm取樣篩分后，得到混合料中舊瀝 青路面厚度 4cm , 舊瀝青路面占總混合料的 20%，經(jīng)銑刨刀的粉碎， 其中0mm-10mr集料占總混合料的 56% 10mm-20mn占 40% 20m 31.5mm占4%水泥劑量為19Kg/m2經(jīng)鉆心取樣，抗

5、壓強(qiáng)度平均為4.5PM。 K222+100-K222+800銑刨厚度20cm,取樣篩分后，得到混合料中舊瀝 青路面厚度 8cm , 舊瀝青路面占總混合料的 40%，經(jīng)銑刨刀的粉碎， 其中0mm-10mr集料占總混合料的 67% 10mm-20mn占 32% 20mm 31.5mm占1%水泥劑量為19Kg/m2經(jīng)鉆心取樣，抗壓強(qiáng)度平均為2.1PM 經(jīng)行車碾壓后，表面有不同程度的被搓起。K224+200-K225+000銑刨厚度20cm,取樣篩分后，得到混合料中舊瀝青路面平均厚度14cm ,舊瀝青路面占總混合料的 70%經(jīng)銑刨刀的粉碎，其中 0mm-10m集 料占總混合料的56% 10mm-20m

6、r占 42% 20mm 31.5mm占2% 水泥 劑量為 19Kg/m2 經(jīng)鉆心取樣 抗壓強(qiáng)度平均為 1.1PM 且大面積出現(xiàn) 龜裂松散。對(duì)K225+000-K225+600段預(yù)先灑布一層15kg/m2 0-5mm砂 和 20-31.5mm 碎石 銑刨厚度 20cm 混合料中舊瀝青路面平均厚度 14cm, 舊瀝青路面占總混合料的 52% 取樣篩分后 經(jīng)銑刨刀的粉碎 其中0mm-10mr集料占總混合料的 48% 10mm-20mn占 44% 20mm 31.5mm占8%水泥劑量為19Kg/mi經(jīng)鉆心取樣，抗壓強(qiáng)度平均為3.5PM, 實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于同一劑量的添加劑，當(dāng)10mm-20m粒料含量占40

7、%以上時(shí) 其抗壓強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)明顯提高 當(dāng)瀝青舊路面的厚度增加 其抗壓強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)明顯降低。當(dāng)增加一定比例的新碎石集料后 可提高其抗壓強(qiáng)度。從微觀上分析 在水泥冷再生舊瀝青混合料時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列非 常復(fù)雜的作用過(guò)程，主要如下。1 物理過(guò)程舊瀝青混合料在機(jī)械破碎、 拌和、水泥穩(wěn)定材料混合料的壓實(shí)下 , 以及在合適的溫度和濕度長(zhǎng)期作用下形成強(qiáng)度的。2. 化學(xué)過(guò)程水泥的水化和水解作用 , 有機(jī)物質(zhì)的聚合作用 , 以及與許多化學(xué) 成分復(fù)雜的新生成物有關(guān)的其他化學(xué)過(guò)程。3. 物理 - 化學(xué)過(guò)程舊料中的微小顆粒與化學(xué)產(chǎn)物中個(gè)別組分的交換吸附作用 , 顆 粒的凝聚作用以及隨后多種結(jié)構(gòu)的生成。 在形成水泥復(fù)合

8、材料的強(qiáng)度 機(jī)理上 , 舊瀝青混合料、 舊水泥穩(wěn)定碎石等對(duì)周圍介質(zhì)及集料之間產(chǎn) 生吸附、化合、機(jī)械咬合、黏結(jié)、稠化、強(qiáng)化、結(jié)晶等作用。晶體取 向及晶體連結(jié)等一系列物理、化學(xué)效應(yīng)形成了該復(fù)合材料的強(qiáng)度。 在使用水泥穩(wěn)定的冷再生混合料中 , 水泥與破碎粉料結(jié)合形成的水 泥漿充滿骨料空隙 , 礦質(zhì)集料被舊瀝青結(jié)合料和水泥漿分層包裹 , 從而改變了礦料與結(jié)合料的界面性質(zhì) , 水泥穩(wěn)定舊瀝青混合料的結(jié)構(gòu) 組成形式從宏觀上看 , 水泥穩(wěn)定舊瀝青混凝土路面材料是由水泥、 粉 碎的舊瀝青混合料和舊水泥穩(wěn)定碎石組成的復(fù)合材料。 從微觀上看水 泥水化后形成的水泥石是各種水化物、未水化顆粒、水、 氣等多相復(fù) 合體

9、, 新水泥石與集料間存在一定厚度的過(guò)渡層 , 而舊瀝青混合料 和舊基層材料會(huì)對(duì)界面過(guò)渡層產(chǎn)生影響。 這個(gè)過(guò)渡層的薄厚影響著復(fù) 合材料的強(qiáng)度 , 過(guò)渡層厚 , 兩者間的結(jié)合強(qiáng)度就低 , 從而影響再生 材料的整體強(qiáng)度。4. 舊瀝青對(duì)再生的影響冷再生混合料中存在舊瀝青 , 其一部分包裹在舊骨料的表面 , 另一部分則以瀝青顆粒的形式存在于混合料之中。 舊瀝青的存在必然 會(huì)對(duì)冷再生材料的強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的影響。 關(guān)于舊瀝青在冷再生中 的作用機(jī)理 , 有關(guān)學(xué)者研究認(rèn)為 : 在水泥穩(wěn)定舊瀝青混合料中 , 舊 瀝青結(jié)合料已經(jīng)受過(guò)氧化作用 , 性能趨于穩(wěn)定 , 再生利用后不會(huì)迅 速變質(zhì); 水泥水化時(shí) , 水泥與

10、舊瀝青混合料除物理吸附和化學(xué)吸附外，還可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。用水泥穩(wěn)定舊瀝青混凝土路面材料，就是要利用水泥水化產(chǎn)物和其他可能的水泥瀝青生成物形成的凝結(jié)力、舊瀝青結(jié)合料的黏聚力組成復(fù)合力，使再生材料能夠滿足路用性能的 要求。為了分析舊料中瀝青對(duì)冷再生材料路用性能的影響 ，采用對(duì)不同段落 不同厚度舊瀝青面層對(duì)比試驗(yàn)的方法 ，據(jù)此分析舊瀝青對(duì)再生的影 響根據(jù)試驗(yàn)，分別得到了水泥冷再生材料 7d齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 和劈裂強(qiáng)度（見(jiàn)表）。瀝青混合料對(duì)水泥冷再生材料 7d強(qiáng)度的影響材料種類抗壓強(qiáng)度/ M Pa劈裂強(qiáng)度/ MPa舊料+20%瀝青混合料3.800.285舊料+20%瀝青混合4.500.293舊料+

11、40%瀝青混合料2.10.180舊料+70%瀝青混合料1.10.165舊料+80%瀝青混合料0.940.132舊料+70%®青混合料+20%集料3.50.278研究發(fā)現(xiàn)：隨著瀝青混合料比例的增大強(qiáng)度逐漸下降；相同條件下, 材料的劈裂強(qiáng)度也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。該結(jié)果表明這些舊瀝青的存在 降低了再生材料的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，分析原因可能是集料表面 瀝青膜的存在影響了水泥水化物與集料的黏結(jié)。 但由于瀝青和舊集料 界面的存在，廢舊瀝青混合料在銑刨、破碎及拌和成型過(guò)程中，骨料上 的瀝青部分剝落一些小的顆?；祀s于水泥中水泥水化后便形成了瀝 青顆粒嵌于水泥石中的結(jié)構(gòu)。 由于部分瀝青顆粒嵌于水泥石中被水

12、泥 石包裹而瀝青顆粒抗壓能力較差使得冷再生材料整體強(qiáng)度進(jìn)一步降 低。5. 舊基層材料對(duì)再生的影響舊路面基層材料主要包含表面包裹有部分砂漿的石子、 少部分與 砂漿完全脫離的石子、 砂漿顆粒、表面無(wú)漿體附著的砂粒、砂漿體破 碎后形成的表面乳附著漿體的砂粒、 水泥石顆粒以及破碎過(guò)程中產(chǎn)生 的少量石粉?；鶎硬牧系慕Y(jié)合料水泥已完全反應(yīng)失去了活性 ; 在銑刨 時(shí)一些粗集料會(huì)破碎銑刨下來(lái)的舊基層材料的級(jí)配會(huì)發(fā)生改變。 舊基層材料對(duì)界面黏結(jié)強(qiáng)度的影響舊集料表面往往完全或部分包裹著一層砂漿 , 使得再生粒料內(nèi)部 集料漿體結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜 , 界面數(shù)量更多。 這些界面都是再生材料的薄 弱環(huán)節(jié)。由于再生骨料孔隙多 ,

13、在拌和過(guò)程中容易吸收大量的水分 , 當(dāng)水泥水化一段時(shí)間之后再生骨料又向外釋放水分 , 這樣可能導(dǎo)致 界面區(qū)較為寬厚。 因此, 當(dāng)骨料與砂漿之間有明顯的界面時(shí) , 界面區(qū) 內(nèi)水化產(chǎn)物為疏松多孔的顆粒 , 形狀不規(guī)則 , 并存在大量的孔隙 , 則骨料與砂漿界面黏結(jié)強(qiáng)度較低。 相對(duì)于新材料 , 再生的舊基層材料 在再生過(guò)程中更容易形成這種薄弱界面 ; 另外 , 再生材料中舊集料 與舊砂漿接觸面在銑刨破碎過(guò)程中產(chǎn)生微細(xì)裂紋 , 則該接觸界面很 容易破壞 , 從而使得再生材料的強(qiáng)度較低。 是再生材料力學(xué)性質(zhì)與耐 久性的軟肋 , 其界面特性將直接導(dǎo)致再生材料與新材料各性能之間 的差異。舊基層材料對(duì)內(nèi)摩阻力

14、的影響再生材料表面較粗糙 , 容易黏附水泥結(jié)合料 , 也有助于水泥再 生材料強(qiáng)度的提高。界面的粗糙程度、界面過(guò)渡區(qū)的物質(zhì)組成、 物質(zhì) 顆粒的大小和含量的多少?zèng)Q定界面的黏結(jié)強(qiáng)度。 再生材料劈裂強(qiáng)度降 低, 主要原因是再生骨料與新舊水泥漿之間在一些區(qū)域結(jié)合較弱。 但 由于內(nèi)摩阻力的正面影響 , 使得再生材料的強(qiáng)度下降幅度得到遏制 , 使之對(duì)再生水泥穩(wěn)定碎石性能的負(fù)面影響下降。仍能滿足使用要求 , 尤其是抗壓強(qiáng)度與新材料相差不大。從再生材料試驗(yàn)結(jié)果可以看出 , 冷再生材料與一般無(wú)機(jī)穩(wěn)定類材料的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律相似 , 無(wú)論是冷 再生材料的抗壓強(qiáng)度還是抗拉強(qiáng)度都隨齡期的延長(zhǎng)而增長(zhǎng) , 相同齡 期冷再生材料

15、抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都不及新拌穩(wěn)定料的抗壓強(qiáng)度和 抗拉強(qiáng)度 , 但影響的程度有限 , 由此可見(jiàn)冷再生材料中舊瀝青比例 如果控制好，不會(huì)從根本上影響冷再生穩(wěn)定料的強(qiáng)度形成機(jī)理 , 即無(wú) 機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定冷再生穩(wěn)定料仍屬于半剛性材料范疇。6. 水泥對(duì)舊瀝青混凝土路面材料再生技術(shù)在高寒地區(qū)的前景技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程， 雖然水泥舊瀝青混凝土路面 材料有一些不太成熟的地方但是他在高海拔地區(qū)， 抓住夏季短暫的黃 金季節(jié)，道路補(bǔ)修的過(guò)程中還是有著很大的優(yōu)點(diǎn) : 成本低、效率高、 工期短、質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保無(wú)污染、干擾少。水泥舊瀝青混凝土路面冷 再生技術(shù)在高寒地區(qū)道路的維修過(guò)程中還是存在很大的前景。7 結(jié)語(yǔ)綜上所述 , 用水泥對(duì)舊瀝青混凝土路面材料進(jìn)行再生在理論上 是有科學(xué)依據(jù)的 , 而且是行之有效的 ; 并且隨著再生技術(shù)的發(fā)展