摻入廢舊瀝青混合料顆粒的二灰碎石組成優(yōu)化

陳文龍

摘要：研究了石灰與粉煤灰的摻量對二灰碎石穩(wěn)定基層溫縮性能和劈裂強(qiáng)度的影響，以及廢舊細(xì)顆粒含量對其抗沖刷性能的影響，并驗(yàn)證了其路用性能。結(jié)果表明：在石灰與粉煤灰的比例為1∶2時(shí)，二灰穩(wěn)定碎石基層抗壓強(qiáng)度最大；在石灰與粉煤灰的摻量為18%時(shí)，溫縮系數(shù)較大，劈裂強(qiáng)度較大；在細(xì)顆粒摻量大約為13%時(shí)，抗沖刷能力最大；與規(guī)范配合比相比，優(yōu)化后的二灰穩(wěn)定碎石的路用性能明顯提升。

關(guān)鍵詞：二灰穩(wěn)定碎石；廢舊瀝青混合料；路用性能；道路工程

中圖分類號：U416.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1000033X（2016）06004604

0引言

二灰穩(wěn)定碎石基層是國內(nèi)外道路建設(shè)中常用的基層形式，但是由于其抗裂性能較差和抗沖刷性能不足等缺點(diǎn)，使得其推廣應(yīng)用受到了一定的限制，為此，國內(nèi)外的學(xué)者展開了大量研究。劉紅瑛等基于擊實(shí)試驗(yàn)設(shè)計(jì)了二灰穩(wěn)定碎石級配，并采用干縮溫縮試驗(yàn)方法深入研究了該級配下二灰穩(wěn)定碎石的路用性能，通過對試驗(yàn)路的長期觀察，證明了該級配的優(yōu)越性[12]；車法等采用正交試驗(yàn)方法分析二灰砂漿組成比例對其力學(xué)性能的影響，提出了骨架密實(shí)型二灰穩(wěn)定碎石級配和配合比，并與配合比相同的懸浮密實(shí)型二灰穩(wěn)定碎石進(jìn)行了力學(xué)強(qiáng)度的對比研究[3]；王秀春等研究了骨架密實(shí)型二灰穩(wěn)定碎石的干縮應(yīng)變、含水量、溫縮應(yīng)變和溫縮系數(shù)等試驗(yàn)指標(biāo)；蔣應(yīng)軍等采用垂直振動試驗(yàn)方法，以力學(xué)強(qiáng)度最大為原則，提出了基于膠漿原理的二灰穩(wěn)定碎石最佳組成配合比；李彬通過溫縮試驗(yàn)研究了升溫和降溫次序?qū)Χ宜槭鶎拥挠绊?，提出了有利于提高二灰碎石基層抗裂性能的二灰最佳摻量[4]；Lekarp F等研究了二灰穩(wěn)定碎石的級配類型并分析了其應(yīng)變響應(yīng)。

以上研究無疑對二灰穩(wěn)定碎石的推廣應(yīng)用以及提高二灰碎石基層的路用性能具有極大的促進(jìn)作用。但是，目前的研究大多都是從骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)入手，在成型方法或者數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法方面不斷完善二灰穩(wěn)定碎石的組成配合比，而在二灰穩(wěn)定碎石中添加新的材料來提高其路用性能的研究卻鮮少涉及。在如今的道路修筑中，每年都會產(chǎn)生大量廢舊老化的瀝青混合料，舊瀝青有著比石灰、粉煤灰更優(yōu)越的粘結(jié)性能，瀝青混合料的抗裂性能也明顯優(yōu)于二灰穩(wěn)定碎石。鑒于此，本文嘗試在二灰穩(wěn)定碎石中摻入廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒來提高其路用性能，對于完善二灰穩(wěn)定碎石研究體系和實(shí)際工程應(yīng)用有著重要意義。

1原材料及級配

所用石灰的有效CaO與MgO的含量為738%；所用粉煤灰出自蘭州西固發(fā)電廠，技術(shù)指標(biāo)見表1。

所用廢舊瀝青混合料來自銅黃高速公路，粉塵含量約為14%，含有大量的老化塊。選用粒徑475 mm以下的廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒，級配見表2。

2混合料配合比影響因素分析

2.1石灰與粉煤灰比例

抗壓強(qiáng)度是二灰穩(wěn)定碎石的重要性能，也是現(xiàn)行規(guī)范對二灰穩(wěn)定碎石用于鋪筑公路的惟一硬性指標(biāo)，因此，本文首先探討廢舊瀝青混合料顆粒的含量和石灰與粉煤灰的比例對二灰碎石基層抗壓強(qiáng)度的影響。根據(jù)工程應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[6]，初步確定二灰與集料的用量比例為1∶4。變化廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒的摻量和石灰與粉煤灰的比例，采用靜壓法成型Φ150 mm×150 mm的圓柱體試件。石灰與粉煤灰的比例對試件7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響見圖1。

由圖1可知，廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量一定時(shí)，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨粉煤灰含量的增大呈先增大后減小的趨勢，在石灰與粉煤灰的比例為1∶2時(shí)達(dá)到最大。同時(shí)，石灰與粉煤灰的比例一定時(shí)，廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量越多，抗壓強(qiáng)度越大。因此，以7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大為原則，確定石灰與粉煤灰的比例為1∶2。

2.2二灰摻量

2.2.1收縮變形

收縮裂縫是二灰穩(wěn)定碎石基層常見的破壞形式之一，收縮裂縫包括干縮裂縫和溫縮裂縫，主要是由材料內(nèi)部水分喪失引起的，水分喪失得越多越快，干縮量就越大，裂縫出現(xiàn)得也越快。由于現(xiàn)代修筑技術(shù)的進(jìn)步，在二灰碎石基層的鋪筑養(yǎng)生期間，可以保證水分基本維持在最佳含水量的狀態(tài)，在鋪筑面層之后，亦可顯著降低含水量的變化，故干縮變形所形成的裂縫已經(jīng)不足為慮。

工程應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明[7]，環(huán)境溫度降低所引起的溫縮變形是二灰穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生收縮裂縫的主要原因。因此在最佳含水量和最大干密度下，采用靜壓法成型100 mm×100 mm×400 mm的中梁，在（20±2）℃下養(yǎng)生至規(guī)定齡期，研究二灰摻量對溫縮系數(shù)的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量一定時(shí)，二灰摻量越大，二灰穩(wěn)定碎石的溫縮系數(shù)就越大，越容易產(chǎn)生收縮裂縫。這是因?yàn)椋憾抑械氖彝ǔＶ傅氖墙?jīng)充分消解的熟石灰，熟石灰用量越大，越容易生成高堿度的水化硅酸鈣；與普通的水化硅酸鈣相比，高堿度的水化硅酸鈣更容易收縮并且收縮量更大。廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒的摻量對改善溫縮裂縫有著顯著的影響，當(dāng)二灰的摻量相同時(shí)，細(xì)顆粒摻量越大，溫縮系數(shù)越小，二灰穩(wěn)定碎石的溫縮裂縫就越少。這是因?yàn)椋喊诩?xì)顆粒外層的瀝青屬于彈性介質(zhì)，在二灰碎石收縮時(shí)，可以起到一定的緩沖作用，從而減少收縮量。

2.2.2劈裂強(qiáng)度

二灰穩(wěn)定碎石基層的收縮開裂主要是由于所受的拉應(yīng)力超過了其極限抗拉強(qiáng)度造成的，而劈裂強(qiáng)度表征的正好是材料的抗拉能力，故劈裂強(qiáng)度在一定程度上可以反映材料的抗裂性能。改變廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒和二灰的摻量，采用靜壓法成型Φ150 mm×150 mm的圓柱體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生，測試其28 d劈裂強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，細(xì)顆粒摻量一定時(shí)，二灰摻量越大，劈裂強(qiáng)度越大。這是因?yàn)槎曳€(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度主要依靠結(jié)合料的粘結(jié)能力，二灰用量越多，粘結(jié)能力越強(qiáng)。二灰摻量一定時(shí)，細(xì)顆粒摻量越多，劈裂強(qiáng)度越大，這也間接表明，細(xì)顆粒的摻入有利于改善二灰碎石混合料的抗裂性能。

石灰與粉煤灰的摻量既要保證二灰穩(wěn)定碎石混合料擁有較好的抗溫度收縮能力，又要有較大的劈裂強(qiáng)度，綜合考慮，建議二灰的摻量為18%。

2.3細(xì)顆粒摻量

抗沖刷性能是半剛性基層的重要路用性能之一，研究表明，二灰穩(wěn)定碎石基層常出現(xiàn)的唧泥等災(zāi)害正是由于其抗沖刷能力不足，繼而交通荷載所產(chǎn)生的動水壓力不停侵蝕基層材料所致。因此，基于上述研究，改變廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量，每種摻量成型3組試件做對比分析，討論細(xì)顆粒摻量對抗沖刷能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4?？箾_刷能力用沖刷率R表征

由圖4可知，隨著細(xì)顆粒摻量的增加，沖刷率先減小后增大，在細(xì)顆粒摻量大約為13%時(shí)，達(dá)到最小。這是因?yàn)?，在沒有摻入細(xì)顆粒前，二灰穩(wěn)定碎石中的細(xì)集料僅受到二灰的膠結(jié)作用，并且集料間的孔隙填充不夠充分，在動水壓力作用下容易剝落；當(dāng)細(xì)顆粒摻量大約為13%時(shí)，細(xì)集料外裹附的老化瀝青填充了集料間的孔隙，使混合料更加密實(shí)，并且增強(qiáng)了集料間的粘結(jié)能力，使細(xì)集料不易被沖刷剝落；而當(dāng)細(xì)顆粒摻量進(jìn)一步增大，細(xì)顆粒無法均勻地分散在混合料中，反而導(dǎo)致了孔隙增大，并且削減了二灰的粘結(jié)作用，使得抗沖刷能力反而降低。鑒于此，推薦二灰穩(wěn)定碎石混合料中廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒的摻量為13%。

2.4性能驗(yàn)證

表4列出了摻廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒的二灰穩(wěn)定碎石混合料的配比，為了驗(yàn)證其路用性能的優(yōu)越性，表中還列出了《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）中的二灰穩(wěn)定碎石規(guī)范配合比中值[8]。

由表5可知，與規(guī)范級配相比，優(yōu)化后的二灰穩(wěn)定碎石基層的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗溫縮性能和抗沖刷性能均明顯提高。

3結(jié)語

（1）研究了石灰與粉煤灰的比例和廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量對二灰穩(wěn)定碎石7 d抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：當(dāng)廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量一定時(shí)，粉煤灰含量越大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，在石灰與粉煤灰的比例為1∶2時(shí)達(dá)到最大。同時(shí)，石灰與粉煤灰的比例一定時(shí)，廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量越多，抗壓強(qiáng)度越大。

（2）研究了二灰摻量和廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量對二灰穩(wěn)定碎石溫縮系數(shù)和劈裂強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：當(dāng)廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒摻量一定時(shí)，二灰摻量越大，溫縮系數(shù)越大，劈裂強(qiáng)度越大；當(dāng)二灰的摻量一定時(shí)，細(xì)顆粒摻量越大，溫縮系數(shù)越小，劈裂強(qiáng)度越大。綜合考慮抗收縮性能和劈裂強(qiáng)度，建議二灰的摻量為18%。

（3）研究了廢舊瀝青混合料細(xì)顆粒含量對二灰穩(wěn)定碎石抗沖刷性能的影響。結(jié)果表明：隨著細(xì)顆粒摻量的增加，抗沖刷能力先增大后減小，在細(xì)顆粒摻量大約為13%時(shí)達(dá)到最大。

（4）與規(guī)范級配相比，優(yōu)化后的二灰穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗溫縮性能和抗沖刷性能均明顯提高。

參考文獻(xiàn)：

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[8]JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].