水泥冷再生技術及在道路養(yǎng)護中的應用探討

封曉桃

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112)

0 引 言

目前瀝青路面的再生技術主要包括：廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生和就地冷再生4種，其中就地冷再生技術又根據(jù)再生材料和厚度的不同分為瀝青就地冷再生和全深式就地冷再生兩大類。由于就地冷再生技術是對原有材料的循環(huán)再利用，減少了新路面材料的二次投入，從而可大幅度的降低施工成本，另外，在低等級公路中使用該技術甚至可以提高路面基層的等級。在路面保持暢通方面，傳統(tǒng)的道路大修工程中，施工路段通常需要全路段、全周期中斷交通，而采用就地冷再生技術，則不需要太大的施工場地且可以逐段施工，對交通影響程度小。

本文主要針對以水泥為結合料的就地冷再生技術進行深入研究探索，此類再生技術適用于瀝青面層較薄或瀝青層和半剛性基層破壞較為嚴重的道路，通過就地冷再生技術將再生層作為新路面的基層或者底基層。

1 水泥冷再生機理

1.1 水泥冷再生混合料強度形成機理

水泥冷再生是將水泥與破碎材料二次結合，讓水泥漿充滿骨料空隙，即形成新的混合料。由于舊的瀝青結合料和礦質集料被水泥漿分層包裹，改變了原來礦料與結合料的界面狀態(tài)。從宏觀上說，水泥冷再生材料是由舊的水泥穩(wěn)定碎石、舊的瀝青混合料以及新水泥、集料復合而成的新材料。從微觀上說，水泥水化后形成了新的水泥石，新的水泥石與舊集料間存在一定厚度的過渡層。過渡層的厚度會影響著復合材料的強度和剛度，過渡層越厚，兩者之間的結合強度反而越低。

1.2 舊路面材料的主要成分

在工程中，回收的路面基層材料主要成分為表面包裹著砂漿的石子、完全脫離砂漿的石子、砂漿顆粒、表面沒有漿體附著的砂粒、破碎的水泥石顆粒以及在破碎過程中形成的少量石粉。由于舊基層材料中的部分集料被石屑和漿體裹覆，再生過程新的水泥漿體能否將舊集料充分牢固粘結還有待確定。目前我國基層采用的結合料大多為石灰或水泥，但是已經(jīng)完全反應，基本完全失去了活性。由于在銑刨過程中一些粗的集料會被進一步破碎，因此銑刨下來的舊路面材料的級配會發(fā)生進一步的改變。

2 水泥冷再生設計方案

2.1 粒料級配

在實際工程中，根據(jù)舊料的篩分結果，結合規(guī)范要求的級配需再次進行相應調整，使之滿足規(guī)范的級配要求。通常舊料的中間粒徑集料含量偏多，顆粒較多，粗集料較少，則需要根據(jù)實際狀況加入新的粗集料來重新調整粒料的級配；規(guī)范要求的級配見表1。

表1 水泥冷再生混合料規(guī)范級配

2.2 最大干密度和最佳含水率

根據(jù)我國現(xiàn)有規(guī)范，通常采用擊實試驗確定最佳含水率和最大干密度。試驗參照《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51-2009)中的T0804-94步驟操作。將干密度作為縱坐標，含水率作為橫坐標，在直角坐標系上繪制出干密度與含水率的關系曲線，曲線縱坐標最大值對應的縱橫坐標分別是穩(wěn)定土的最大干密度與最佳含水率。

2.3 配合比

按照規(guī)范，水泥穩(wěn)定類材料在應用道路時，需要根據(jù)《公路路面基層施工技術規(guī)范》(JTGT F20-2015)進行7 d無側限飽水抗壓強度和劈裂強度實驗，根據(jù)強度指標來調整再生材料的組成比例。

3 水泥冷再生技術的施工工藝

3.1 施工流程

在施工過程中如果采用水泥、石灰、水泥與石灰或水泥與粉煤灰混合物進行添加時，通常采取預先撒布的方式，也可以使用機載一體式撒布裝置進行撒布。若單獨使用水泥時可以采用撒布的方式和稀漿的方式進行添加，出于環(huán)保以及精確度方面的考慮，推薦采用稀漿添加的方式。目前采用的水泥稀漿專用攪拌輸送車，可按照一定的比例連續(xù)地將水泥制備成稀漿(懸濁液)，并通過計量控制系統(tǒng)輸送到主機，該設備不但具有計量精確的優(yōu)點，而且還可以做到防止材料損失及粉塵污染。再生設備現(xiàn)場冷再生的施工工藝流程如圖1所示。

圖1 再生設備現(xiàn)場冷再生施工工藝流程圖

3.2 施工工藝

(1)撒布水泥

根據(jù)配合比實驗確定的水泥劑量以及路面再生層的厚度，在舊路面范圍內(nèi)布設石灰方格，從而保證水泥劑量的準確度。在施工過程中還需考慮水泥劑量在施工過程中的各項損耗，建議在實際設計的水泥劑量上上浮0.5%。撒布水泥時應盡量使厚度均勻，不然容易誘發(fā)路面的質量隱患。

(2)銑刨拌和

銑刨拌和機械即為冷再生機，該機械拌和設備的有效幅寬為2.48 m，通常設置的拌和壓實厚度為20 cm，行駛速度通常為5 m/min，施工過程中應控制破碎的瀝青混凝土最大粒徑不能大于30 mm。由于水泥的初凝之前必須要完成碾壓工作，因此單幅的拌和長度應控制在200 m以內(nèi)，且拌和兩幅后應進行穩(wěn)壓。

(3)攤鋪

采用攤鋪機進行攤鋪時，必須要保證攤鋪后的混合料不能出現(xiàn)離析、波浪擁包和裂縫等現(xiàn)象。攤鋪過程中速度應保持勻速前行，宜控制在2～4 m/min。當使用自帶攤鋪槽的冷再生機時，應注意的是，如果銑刨厚度太大，會導致混合料堆積于攤鋪槽之前，從而出現(xiàn)波浪、擁包等不良現(xiàn)象，造成路面平整，因此，一定要制定合適的銑刨厚度。

(4)碾壓

碾壓過程中的初壓通常采用靜壓方式，復壓采用低振、高頻的振動碾壓方式，光輪壓路機需碾壓3至4遍，終壓經(jīng)常采用靜壓方式，碾壓要在5～8遍以上，直至達到規(guī)定的壓實度，終壓時還應適當灑水。

(5)養(yǎng)生

水泥冷再生技術的養(yǎng)生工作應采用專用灑水車來完成，灑水量以及頻率由表面濕潤度進行決定，不得使用自流式灑水車。養(yǎng)生期為7 d，路面養(yǎng)生期間應限制車輛通行，養(yǎng)生期滿后方可適當開放交通。

4 水泥冷再生技術經(jīng)濟效益

水泥冷再生技術與其它道路維修技術比較，再生技術的可節(jié)省大量的資源和資金和保護環(huán)境。另外，由于采用現(xiàn)場再生可提高材料的生產(chǎn)和處理能力，以及舊料利用可減少原材料的運輸與人力資源方面的需求，又一次大幅度的降低了工程費用。我國的石礦資源分布很不平衡，一些區(qū)域石料極度匾乏，石料的長距離運輸大幅度增加工程成本。同新集料的遠距離運輸以及從拌和廠再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場相比，采用舊路面材料再生技術具有明顯的突出優(yōu)勢。與傳統(tǒng)施工工藝相比，采用現(xiàn)場冷再生技術可以降低大約6%～20%的成本。

5 結語與展望

水泥冷再生技術與傳統(tǒng)的路面養(yǎng)護維修技術相比，充分利用舊料，保護了環(huán)境，能徹底治理原道路的坑槽、擁包、裂縫、松散等病害，具有環(huán)境效益高、經(jīng)濟效益明顯、社會效益好的特點。水泥冷再生技術將越來越多的應用到道路養(yǎng)護工程中。

目前我國規(guī)范對水泥冷再生混合料的粒料級配太過于寬泛，不能夠精準的指導水泥冷再生混合料的設計及施工，從而導致水泥冷再生混合料質量偏差較大，后期問題較為嚴重。需要根據(jù)實際狀況進行細化研究，制定一套完善的水泥冷再生混合料設計施工規(guī)范，從而保證水泥冷再生混合料的質量。