銑刨料摻量對水穩(wěn)碎石基層路用性能的影響分析

趙 浩

(山西路橋隰吉高速公路有限公司，山西 臨汾 041300)

0 引言

水穩(wěn)碎石基層銑刨料回收利用，不僅可以節(jié)約原材料，降低成本，還可以減少環(huán)境污染，保護(hù)自然環(huán)境[1]。然而，銑刨料還具有吸水率高、壓碎值較高等缺點(diǎn)，會對水穩(wěn)碎石基層路用性能產(chǎn)生一定的影響[2]，這也限制了銑刨料的回收用量。隨著銑刨料摻量的增加，會提高水穩(wěn)碎石基層混合料的最佳含水量，降低最大干密度，對基層強(qiáng)度、剛度、干縮抗裂性能和抗沖刷性能也會產(chǎn)生較大影響[3]。不同粒徑的銑刨料的物理力學(xué)性能存在較大差異，對基層路用性能的影響也不同。粒徑越小銑刨料含有的雜質(zhì)越高[4]，一般不能直接回收利用。為了研究銑刨料摻量對水穩(wěn)碎石基層路用性能的影響，分別對不同摻量的基層混合料開展試驗(yàn)，收集試驗(yàn)結(jié)果作為分析依據(jù)，也可為合理確定銑刨料摻量提供參考。

1 原材料與配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料選配

銑刨料選用山西省太原市某市政道路水穩(wěn)碎石基層銑刨舊料，開展試驗(yàn)對銑刨料壓碎值、表觀密度、含泥量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，并通過篩分確定不同粒徑銑刨料分布情況。水泥選用鳴條崗P.C42.5，碎石產(chǎn)地為解州。銑刨料壓碎值為23.7，新集料壓碎值12.4。水泥初凝時間為76 min，終凝時間為155 min，粗集料選用5 mm～30 mm碎石，細(xì)集料選用中粗砂，銑刨料和新集料各技術(shù)參數(shù)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 銑刨料和新集料各技術(shù)參數(shù)檢測結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

銑刨料選用粒徑為4.75 mm～9.5 mm，9.5 mm～19 mm，19 mm～31.5 mm三種規(guī)格，由于4.75 mm以下的銑刨料雜質(zhì)含量較高，故采用新集料代替，篩分后的銑刨料級配如表2所示。

表2 篩分后的銑刨料級配區(qū)間

為了驗(yàn)證銑刨料摻量對基層路用性能的影響，分別選取不同摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料開展試驗(yàn)檢測分析基層的力學(xué)性能、干縮抗裂性能和抗沖刷性能。試驗(yàn)水穩(wěn)碎石基層混合料的水泥劑量為5%，銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%。通過對不同摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料開展擊實(shí)試驗(yàn)，合理確定最佳含水量、級配，確定混合料配合比。

2 試驗(yàn)方案

選取不同的銑刨料摻量，分別制備再生水穩(wěn)碎石基層混合料，制備試件在達(dá)到一定的養(yǎng)生時間后開展試驗(yàn)，對水穩(wěn)碎石基層混合料的抗壓強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、干縮抗裂性和抗沖刷性能進(jìn)行檢測，分析確定水穩(wěn)碎石基層的路用性能。銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%，制備試件在養(yǎng)生期達(dá)到7 d時開展抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，養(yǎng)生期達(dá)到28 d分別開展疲勞強(qiáng)度、干縮抗裂性和抗沖刷性能試驗(yàn)。抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、剛度、抗沖刷性能試驗(yàn)試件采用圓柱形試件，試件直徑和高度均為150 mm，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)儀器選擇建力YAW-2000型壓力試驗(yàn)機(jī)，抗沖刷性能試驗(yàn)采用和晟HS-3001A型萬能試驗(yàn)機(jī)。再生水穩(wěn)基層混合料干縮抗裂性能試驗(yàn)試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm(長×寬×高)，試驗(yàn)儀器選用立式支架和千分表。試件成型采用靜壓法，上述試驗(yàn)方法均按照J(rèn)TG E51—2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程對相關(guān)指標(biāo)的測試方法開展。

3 銑刨料摻量對水穩(wěn)基層路用性能影響分析

3.1 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

分別選取銑刨料摻量為0%，20%，40%，60%，80%，100%制備水穩(wěn)碎石基層混合料，制備試件開展力學(xué)性能試驗(yàn)，對7 d抗壓強(qiáng)度和28 d劈裂強(qiáng)度進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同銑刨料摻量水穩(wěn)碎石混合料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

分析表3數(shù)據(jù)，可以得出隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層混合料的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度檢測值不斷下降，其中7 d抗壓強(qiáng)度從6.6 MPa下降到5.3 MPa，下降幅度達(dá)到19.7%，28 d劈裂強(qiáng)度從0.84 MPa下降到0.62 MPa，下降幅度達(dá)到26.2%。這是由于與普通的碎石相比，銑刨料的壓碎值較大，所形成的骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，進(jìn)而使水穩(wěn)基層的力學(xué)性能下降[5-6]。

3.2 剛度試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則中的相關(guān)規(guī)定，水穩(wěn)碎石基層混合料剛度采用抗壓回彈模量試驗(yàn)進(jìn)行檢測。本項(xiàng)目施工過程中選取6組試件，銑刨料摻量分別為0%，20%，40%，60%，80%，100%，分別在養(yǎng)生齡期為7 d，28 d，60 d和90 d時開展抗壓回彈模量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

分析表4所列水穩(wěn)碎石基層混合料抗壓回彈模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出隨著齡期的增加，抗壓回彈模量不斷提高，而隨著銑刨料產(chǎn)生了的增加，基層混合料抗壓回彈模量不斷下降[7-8]。

3.3 干縮抗裂性能試驗(yàn)

與其他半剛性基層一樣，干縮也是水穩(wěn)碎石基層的主要缺點(diǎn)。對不同銑刨料摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料開展干縮抗裂性能試驗(yàn)，不同銑刨料摻量28 d干縮系數(shù)變化曲線如圖1所示，不同齡期28 d干縮系數(shù)變化曲線如圖2所示。

分析圖1曲線變化情況，隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層28 d干縮系數(shù)不斷提高，水穩(wěn)碎石基層的干縮抗裂性能不斷下降，說明銑刨料對水穩(wěn)碎石基層的干縮抗裂性能是不利的。銑刨料摻量為0%時干縮系數(shù)為77.5×10-6，摻量為100%時28 d干縮系數(shù)為91.2×10-6。這是由于銑刨料中含有大量的水泥砂漿，吸水率大大提高，造成基層混合料的失水量增大，干縮變形增大，進(jìn)而使干縮系數(shù)增大，混合料干縮性能下降。

分析圖2銑刨料摻量為100%和0%的水穩(wěn)碎石基層混合料養(yǎng)生齡期內(nèi)干縮系數(shù)變化曲線，前14 d銑刨料摻量為100%的混合料干縮系數(shù)較未摻配銑刨料小，隨著養(yǎng)生期的增加干縮系數(shù)大幅升高，超過了未摻配基層混合料。另外，未摻配基層銑刨料基層混合料干縮系數(shù)隨齡期增長速度平緩，而銑刨料摻量為100%的基層混合料干縮系數(shù)波動較大。分析原因還是與銑刨料的吸水率大有關(guān)，使干縮系數(shù)大幅提高。銑刨料摻量為100%的水穩(wěn)碎石基層混合料的28 d干縮系數(shù)為85，未摻配銑刨料的水穩(wěn)碎石基層混合料為68，對比分析得出28 d干縮系數(shù)提高了20%。

3.4 抗沖刷性能試驗(yàn)

水穩(wěn)碎石基層容易磨損，在水流沖刷作用下容易產(chǎn)生損失，沖刷質(zhì)量損失率也是基層抗沖刷性能的重要評價指標(biāo)。分別對不同銑刨料摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料開展抗沖刷性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

分析圖3不同銑刨料摻量基層沖刷質(zhì)量損失率曲線變化情況，隨著銑刨料摻量的增加，混合料沖刷質(zhì)量損失率不斷提高。未摻配銑刨料的基層混合料沖刷質(zhì)量損失率為0.51%，銑刨料摻量為100%的基層混合料沖刷質(zhì)量損失率為0.94%，增加幅度達(dá)到84.3%。分析原因是由于隨著銑刨料摻量的增加，細(xì)集料含量不斷提高，造成基層混合料的沖刷損失質(zhì)量增大[9]。

4 結(jié)語

為了分析銑刨料摻量對水穩(wěn)碎石基層路用性能的影響，開展試驗(yàn)，對不同摻量的水穩(wěn)碎石基層混合料力學(xué)性能、剛度、干縮抗裂性能和抗沖刷性能進(jìn)行檢測，分析后得出以下結(jié)論：

1)隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層的7 d抗壓強(qiáng)度和28 d劈裂強(qiáng)度不斷下降，分析原因是由于銑刨料的壓碎值較大，所形成的骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差造成的。

2)隨著齡期的增加，抗壓回彈模量不斷提高，而隨著銑刨料產(chǎn)生了的增加，基層混合料抗壓回彈模量呈現(xiàn)下降的趨勢。

3)隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層的干縮系數(shù)不斷提高，抗裂性能不斷下降，分析原因是由于銑刨料中含有大量的水泥砂漿，吸水率和失水率均較高造成的。

4)隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層的沖刷質(zhì)量損失率不斷提高，抗沖刷性能不斷下降，分析原因是由于銑刨料中含有大量的細(xì)集料，摻量越高細(xì)集料含量越高，基層混合料沖刷損失質(zhì)量越大，抗沖刷性能越大。

總之，隨著銑刨料摻量的增加，水穩(wěn)碎石基層路用性能均有一定幅度的下降，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理確定銑刨料的摻量。