道路基層水泥穩(wěn)定碎石材料的再生利用

魏文建

（中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性的基層材料，具有整體性好、強度高、透水性小的特點，水泥穩(wěn)定碎石道路基層材料的再生利用可以節(jié)約大量的材料，節(jié)省工程投資，保護(hù)環(huán)境,減少新材料的開采，避免水土流失，梳理良好的社會形象，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

高等級公路主要有瀝青路面和混凝土路面兩大類，目前我國高等級公路路面材料的再生技術(shù)已經(jīng)相對完善，形成了系統(tǒng)的再生工藝，但由于基層材料的使用壽命較長，進(jìn)入大修期較晚，所以對基層材料的再生利用沒有引起足夠的重視。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層

1.1 水泥穩(wěn)定碎石基層性能要求

水泥穩(wěn)定碎石基層對溫度和濕度的變化較為敏感，在強度形成過程中和運營期間不可避免的會產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫，引起路面產(chǎn)生反射裂縫，加劇路面破壞，所以基層鋪筑時要采用合理的結(jié)構(gòu)層次、厚度、模量、材料等。

基層起到承重和擴(kuò)散荷載應(yīng)力的作用，水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能要滿足強度、剛度、誰穩(wěn)定性、冰凍穩(wěn)定性、抗沖刷性能、抗裂性能、抗疲勞性能等。

1.2 水泥穩(wěn)定碎石的組成結(jié)構(gòu)

混合料的結(jié)構(gòu)是指組成材料之間相互作用特點，顆粒的相對分布、相互聯(lián)系的狀況。水泥穩(wěn)定碎石的路用性能和其本身的結(jié)構(gòu)特點有很大關(guān)系，其結(jié)構(gòu)特點能反映出混合料的受力特性，當(dāng)結(jié)構(gòu)特點變化時，混合料的力學(xué)特性也會相應(yīng)發(fā)生變化。其結(jié)構(gòu)可以分為以下三種。

懸浮密室結(jié)構(gòu)，通常采用連續(xù)密級配，細(xì)骨料較多，粗骨料之間接觸少，不能形成骨架，懸浮在細(xì)顆粒之間，具有較高的粘結(jié)力，摩擦角下，強度主要有粘結(jié)力控制，外部荷載作用下容易發(fā)生破壞。

骨架空隙結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中粗骨料較多，細(xì)骨料較少，體內(nèi)空隙大，具有較大的摩阻力，粘結(jié)力較小，強度主要有摩阻力確定，基層受材料性質(zhì)的影響較小，抗收縮能力強，耐久性不好。

骨架密實結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)綜合另外兩種結(jié)構(gòu)的特點，在粗骨料形成的骨架中填充細(xì)骨料，具有較好的粘結(jié)力和摩阻力，力學(xué)性能、抗收縮性、抗裂性、抗沖刷性和疲勞性能較好。

2 舊水泥穩(wěn)定碎石基層材料性能分析

2.1 水泥穩(wěn)定碎石廢料特點

廢舊物料的水溫強度和穩(wěn)定性和新材料有很大不同，舊骨料的吸水性較好，在同樣的配合比下，水灰比會相對減小，有利于增加基層強度，包裹水泥砂漿表面會有微小的縫隙，水泥顆粒容易進(jìn)入，增加粘結(jié)力，大粒徑粗骨料在銑刨時會產(chǎn)生新的斷面，表面粗糙，使得級配更加的連續(xù)。

2.2 再生骨料的性質(zhì)特點及級配驗證

再生骨料可以分為再生粗骨料和再生細(xì)骨料，再生粗骨料主要為表面包裹著水泥砂漿的石子，其粘附水泥砂漿的多少和水泥穩(wěn)定碎石的強度等級和骨料種類有很大關(guān)系，水泥含量越高，骨料表面粘附水泥漿越多。再生細(xì)骨料為破碎后附著水泥砂漿的石屑。

再生骨料的級配驗證要采用國家方孔標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分和稱重，粗骨料和石屑中能夠有破碎新茬的能達(dá)到總量的30%，并大多都能被水泥砂漿附著，表面包裹砂漿的石子顆粒本身存在很大的差異性，骨料的表面較為粗糙，棱角多。水泥穩(wěn)定碎石廢料一定條件下比新的材料更加適用于道路基層，完全可以利用廢棄材料作為施工的基層材料。

2.3 再生骨料對再生水泥穩(wěn)定碎石強度機理分析

混合料在壓實成型后有固相、液相和氣相三部分組成，三部分共同作用形成水泥穩(wěn)定碎石的強度和剛度，決定水泥穩(wěn)定碎石混合料強度的主要因素是顆粒間的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力，水泥砂漿和細(xì)骨料組成提供粘結(jié)力，和砂漿的強度沒有直接關(guān)系，粗骨料的骨架結(jié)構(gòu)提供內(nèi)摩阻力，受到骨料顆粒形狀和摩阻系數(shù)等因素影響。

水泥穩(wěn)定碎石是水泥砂漿、骨料、骨料和砂漿界面的三相結(jié)合體，其強度也是由三者共同作用決定的，再生骨料對再生水泥穩(wěn)定碎石的強度影響主要表現(xiàn)在再生骨料的外形特征影響，界面結(jié)合的影響、水化作用的影響、吸水率的影響以及再生骨料自身強度的影響。再生骨料表面粗糙、比表面積增大，吸水率高，拌合時會吸收一定的水分，降低水灰比，從而提高強度。

3 再生水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計及性能分析

3.1 級配理論綜述及組細(xì)骨料的級配特點

良好的級配狀態(tài)是在最小孔隙率的情況下保證骨料之間處于緊密的狀態(tài)，最大限度的發(fā)揮其結(jié)構(gòu)強度效應(yīng)，常用的級配有連續(xù)級配和間斷級配兩種。連續(xù)級配是不同粒徑的粒料按照一定的比例組成，級配曲線平順光滑，又可以分為連續(xù)密級配和連續(xù)開級配。間斷級配則是去除幾個分級，形成不連續(xù)的混合料。常用的級配理論有最大密度曲線理論和粒子干涉理論。

骨料由于粒徑不同會引起混合料之間的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力的不同，從而影響水泥穩(wěn)定碎石混合料的強度，將骨料分為粗骨料和細(xì)骨料可以較好的對骨料質(zhì)量進(jìn)行控制，有利于分析混合料的結(jié)構(gòu)。粗骨料的作用是形成排列緊密的多級空間骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)骨料的功能為填充粗骨料的空隙，穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)，并影響混合料成型后的強度和收縮性。

3.2 混合料的配合比設(shè)計

混合料配合比設(shè)計時可以根據(jù)級配標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，但實際工程使用和理論計算存在一定的差異性，計算得到的級配范圍有時不能應(yīng)用于所有的篩孔，實際施工時也會根據(jù)公路不同部位，通過試驗做出相應(yīng)的調(diào)整。

最佳混合料配合比除了要求水泥穩(wěn)定碎石中的粗骨料能夠緊密排列，還要求密室的水泥砂漿將整個骨架粘結(jié)成整體，配合比設(shè)計時要使粗骨料、細(xì)骨料、水泥和水按照最佳的比例摻合。

3.3 再生混合料的性能分析

穩(wěn)定性能分析，再生材料的穩(wěn)定性包括抗凍性能和抗沖刷性能?；鶎硬牧蠟榭障恫牧?，在凍融循環(huán)作用下，內(nèi)部的空隙水會凍脹產(chǎn)生附加應(yīng)力對空隙壁造成壓力，這種壓力的大小還和水的流動距離，凍結(jié)速度等有關(guān)。溶液部分結(jié)冰時還會引起一定的滲透壓力，從而造成基層的破壞。水泥穩(wěn)定碎石再利用后不僅受到靜態(tài)水的作用，同時受流動水的影響，當(dāng)進(jìn)入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水不能及時排除時，就會造成基層材料的膨脹，在荷載的作用下形成很大的動水壓力，對基層材料造成沖刷破壞。

抗收縮性能，收縮性能包括溫度收縮和干濕收縮。在溫度變化時，混合料的之間的熱脹冷縮性能不同，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，表現(xiàn)在固相顆粒之間相互牽制和制約，溫縮性能和時間有一定的關(guān)系，找出規(guī)律能夠更好的養(yǎng)護(hù)，加強其使用性能。干縮性能是由于混合料體內(nèi)水分的減少，在毛細(xì)管張力、吸附水和分子之間的作用力、層間水的作用下產(chǎn)生的。

力學(xué)性能分析，不同水泥含量的水泥穩(wěn)定碎石其強度隨著齡期的增加而增長，水泥含量越高，抗壓強度越高。回彈模量的增長規(guī)律和強度的增長規(guī)律基本一致，取決于原材料本身的模量和組成結(jié)構(gòu)形式等，在初期由于膠結(jié)材料沒有形成較高的強度，回彈模量主要由材料組成結(jié)構(gòu)和原材料本身模量決定，隨著反應(yīng)進(jìn)行，顆粒之間的粘結(jié)連接不斷增強，回彈模量也相應(yīng)增大。

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