瀝青路面水泥碎石基層現(xiàn)場冷再生施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施研究

董志剛，楊文強(qiáng)，榮華玉

（廣饒縣交通運(yùn)輸局，山東 廣饒 257300）

0 引言

水泥就地冷再生施工技術(shù)是在舊路面維修過程中，使用專用的機(jī)械設(shè)備，并采用水泥材料為活性填料，在正常溫度下對舊路進(jìn)行現(xiàn)場銑刨、破碎，并在舊路銑刨料中摻加一定比例的新集料，現(xiàn)場拌和、攤鋪及碾壓，從而利用再生的舊路材料實(shí)現(xiàn)路面修復(fù)的施工技術(shù)。該技術(shù)與其余養(yǎng)護(hù)技術(shù)相比，施工工序簡單，對于各等級公路維修養(yǎng)護(hù)均較為適用，并能充分利用舊路銑刨材料，大幅節(jié)省了廢料轉(zhuǎn)運(yùn)及處置費(fèi)用及新集料使用量。當(dāng)前，水泥路面就地冷再生施工技術(shù)已經(jīng)在我國高速公路以及普通國省干線公路改擴(kuò)建維修養(yǎng)護(hù)施工中普遍應(yīng)用。

1 工程概況

某國道起訖樁號K278+200—K310+100 段全長31.9km，該路段在設(shè)計(jì)及審核過程中一直按照一級公路處理，在該路段長期運(yùn)行過程中，由于原路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)較為薄弱，且大型重型車輛運(yùn)行頻繁，公路上下行方向?yàn)r青面層及水泥穩(wěn)定碎石基層承載力逐漸減弱，并先后出現(xiàn)較為嚴(yán)重的路面整體結(jié)構(gòu)損壞和局部變形問題。為保證該路段公路性能的持續(xù)發(fā)揮，保證其服役年限，必須盡快進(jìn)行病害處理。結(jié)合路面現(xiàn)場勘察結(jié)果，并綜合考慮施工技術(shù)能力，決定對原水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行20cm 厚現(xiàn)場冷再生施工，并在交通荷載量較大、重載車輛多的路段加鋪5cm 厚高模量AC-13C熱拌瀝青混合料面層、其余路段加鋪5cm 厚SBS改性瀝青AC-13C 面層。為保證施工質(zhì)量，必須加強(qiáng)舊瀝青路面水泥碎石基層銑刨再生混合料配合比設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)路段的施工以確定具體施工參數(shù)。

2 舊路銑刨料級配特性

舊路面銑刨料是國省干線公路瀝青路面水泥碎石基層現(xiàn)場冷再生養(yǎng)護(hù)施工中使用量最多的材料，其在再生混合料中的占比至少達(dá)到60%。舊路銑刨料的級配組成對于再生混合料級配特性及配合比等均存在直接影響；此外，舊路銑刨料因受到銑刨深度、銑刨施工速度等的影響，其級配也存在較大程度的變異特征[1]，為此，必須在瀝青路面水泥碎石基層現(xiàn)場冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)前，加強(qiáng)對銑刨料級配性能等的綜合分析。

考慮到該國省干線公路工程實(shí)際情況、施工機(jī)械和施工技術(shù)水平，銑刨深度控制在20cm、銑刨速度控制在6.0m/min，并對銑刨材料進(jìn)行級配性能分析，以確保室內(nèi)試驗(yàn)材料與現(xiàn)場施工材料基本一致。所取得的舊瀝青路面銑刨材料級配情況詳見表1。

表1 舊瀝青路面銑刨料級配情況

根據(jù)所得出的質(zhì)量篩分結(jié)果，該舊瀝青路面銑刨料內(nèi)粒徑19mm 以上的集料占比8%，而粒徑26.5mm 以上的集料占比1.7%，粒徑2.36mm 以下的集料占比27.6%，其中粒徑在0.075～0.6mm、0.6～1.18mm、1.18～2.36mm 范圍內(nèi)的集料占比分別為4.8%、3.8% 和5.2%?？傊诂F(xiàn)有施工情況下，舊瀝青路面銑刨料中粗集料和細(xì)集料均占比過少，多為粉料，再生料制備過程中必須摻加一定比例粒徑為10～30mm 的石屑和碎石料，以確保再生料具有合理的級配。

3 混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

結(jié)合以上對舊瀝青路面水泥碎石銑刨料級配性能的分析，在進(jìn)行再生料制備時必須摻加一定比例的碎石料和石屑，此外，還需要水泥作為基礎(chǔ)材料。

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）的具體要求，一級國省干線公路基層所使用的粗集料，其針片狀顆粒含量及石料壓碎值必須嚴(yán)格按照該規(guī)范確定，為此，本公路采用粒徑10～30mm 的石屑和碎石料的性能參數(shù)必須符合表2要求。

表2 粗細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)表2 中試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)要求的比較可以看出，本工程所選用的粗細(xì)集料性能均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

水泥材料主要采用公路段所在地區(qū)政府采購協(xié)議供貨品牌P·O 42.5緩凝型普通硅酸鹽水泥，其性能參數(shù)取值情況具體見表3。

表3 緩凝型普通硅酸鹽水泥性能參數(shù)

在確定舊瀝青路面水泥碎石銑刨再生混合料配合比設(shè)計(jì)時，還必須全面測定銑刨料級配性能、實(shí)際含水率、塑性指數(shù)等參數(shù)取值，并將試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)要求進(jìn)行比較。該國省干線公路舊瀝青路面水泥碎石基層銑刨料實(shí)際含水率為1.5%，塑性指數(shù)為3.1%，符合規(guī)范要求。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

3.2.1 礦料級配

在該國省干線公路舊瀝青路面水泥碎石基層再生混合料礦料級配設(shè)計(jì)時，必須沿用相關(guān)規(guī)范所規(guī)定的水洗法進(jìn)行石屑、碎石料等的篩分處理[2]。根據(jù)水洗法礦料級配篩分處理結(jié)果，為確保再生混合料力學(xué)強(qiáng)度及路用性能，避免混合料溫縮、干縮等問題的出現(xiàn)，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求摻加細(xì)集料和中粗集料，并嚴(yán)格控制粉料用量。

3.2.2 再生料含水量和干密度

根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 057—1994）所給定的方法分別進(jìn)行水泥摻量4%、4.5%、5%、5.5%時該舊瀝青路面水泥碎石基層銑刨混合料重型擊實(shí)試驗(yàn)，從而進(jìn)行水泥摻量不同時混合再生料最大干密度和最佳含水率取值的確定。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)水泥摻量分別為4%、4.5%、5%、5.5%時，銑刨再生料最大干密度分別取1.990g/cm3、1.995g/cm3、2.014g/cm3和2.019g/cm3；最佳含水量分別取8.6%、9.1%、9.4%和10.2%。

3.2.3 目標(biāo)配合比

根據(jù)試驗(yàn)所確定出的銑刨再生料級配，通過靜壓法測試該國省干線公路舊瀝青路面水泥碎石銑刨再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并將壓實(shí)度控制在設(shè)計(jì)值的97%以上。水泥摻加量分別為4%、4.5%、5%、5.5%的情況下再生料7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為2.56MPa、3.12MPa、3.23MPa、4.09MPa；考慮變異系數(shù)的強(qiáng)度值為2.4MPa、2.9MPa、3.1MPa 和3.6MPa。此外，應(yīng)用養(yǎng)護(hù)90d后的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件進(jìn)行銑刨再生料抗拉伸形變性能及劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)水泥摻加量分別為4%、4.5%、5%、5.5%時，試件劈裂強(qiáng)度均值分別為 0.40MPa、0.46MPa、0.48MPa 和 0.53MPa，考慮變異系數(shù)的強(qiáng)度代表值為0.38MPa、 0.41MPa、0.45MPa、0.49MPa。

綜合考慮以上試驗(yàn)結(jié)果，若取4%的水泥摻加量，則銑刨再生混合料劈裂強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度均不符合規(guī)范；而取4.5%及以上的水泥摻量時，再生混合料各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求。但考慮到水泥類材料會因水泥摻量的增大而增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也會因水泥摻量增加而更容易引發(fā)干縮開裂[3]，且不利于工程造價的控制。所以，本次施工過程中，將水泥用量控制在4.5%，由此而確定出的再生混合料礦料比例為10～30mm 粒徑碎石料∶石屑∶銑刨料=10∶10∶74，混合料最大干密度1.996g/cm3，最佳含水量9.1%。

4 施工控制及施工質(zhì)量評定

4.1 施工控制

在結(jié)束配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在該國省干線待養(yǎng)護(hù)段選擇長度200m 的路段進(jìn)行了舊瀝青路面水泥碎石基層銑刨冷再生試驗(yàn)?？紤]到待養(yǎng)護(hù)路段交通量較大，決定采用半幅封閉施工的方式。開始施工前，先將路段封閉，并設(shè)置警示牌。冷再生基層厚20cm，從下至上分別為5cm 厚的新增石屑及碎石料層、10cm 厚的水泥石灰碎石土基層、5cm 厚的舊瀝青面層，其上再加鋪5cm 厚的熱拌瀝青混合料面層。結(jié)合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）的具體要求，采用路拌法進(jìn)行施工時，水泥摻量應(yīng)在設(shè)計(jì)配合比的基礎(chǔ)上增加1%，為此，在試驗(yàn)路段施工過程中，將水泥摻量確定為5.5%，此時所對應(yīng)的再生混合料最大干密度2.019g/cm3，最佳含水率10.2%。

采用德國產(chǎn)功率522kW、施工寬度2.5m 的維特根WR-2500 型再生設(shè)備，并配備26t 悍馬壓路機(jī)、22t 柳工壓路機(jī)及12t 三一光輪壓路機(jī)各1 臺，平地機(jī)1 臺，灑水車及自卸車各4輛。施工時，必須在銑刨后再次核實(shí)銑刨料級配，并將再生機(jī)組的運(yùn)行速度嚴(yán)格控制在9～12m/min 的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并隨時檢查銑刨料拌和深度、水泥含量及含水率。

試驗(yàn)段施工結(jié)束并按要求養(yǎng)生后鉆芯取樣，芯樣密實(shí)完整，長度在18.0～22.8cm范圍內(nèi)變動，且長度均值為21.0cm，符合規(guī)范要求。在此基礎(chǔ)上，將芯樣切割成標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，芯樣強(qiáng)度最大最小值分別為4.8MPa、2.7MPa，強(qiáng)度均值3.6MPa，超出規(guī)范所要求的2.5MPa。

4.2 施工質(zhì)量控制及效果評價

考慮到當(dāng)前我國并無可以參考和遵循的舊瀝青路面冷再生結(jié)構(gòu)質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，故該國省干線公路瀝青路面水泥碎石基層現(xiàn)場冷再生養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量主要參照現(xiàn)行瀝青混凝土面層和半剛性基層檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行正式施工前應(yīng)選擇試驗(yàn)段試鋪，待冷再生結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等參數(shù)取值均符合設(shè)計(jì)要求后再開始正式施工。該公路瀝青路面冷再生混合料級配、水泥用量等必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)控制；通過重型壓路機(jī)將混合料碾壓至設(shè)計(jì)平整度和密實(shí)度，從摻水拌和至碾壓結(jié)束全過程應(yīng)嚴(yán)格控制在4h 以內(nèi)，且不超出水泥終凝時間。碾壓施工結(jié)束后應(yīng)及時按設(shè)計(jì)要求覆蓋養(yǎng)生。該工程施工質(zhì)量檢測及控制要求具體見表4。

表4 施工質(zhì)量檢測及控制要求

對冷再生路段進(jìn)行7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，9 份試樣7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值為3.4MPa，偏差系數(shù)取4.2，施工質(zhì)量為合格。對冷再生路段所進(jìn)行的彎沉檢測結(jié)果顯示，冷再生處理后彎沉均值為54.9，而評定值為97，結(jié)果表明，冷再生處理后該瀝青路面彎沉值明顯降低，且彎沉值均勻性也得到顯著改善。

就地冷再生技術(shù)在該工程中的應(yīng)用，有效避免了傳統(tǒng)舊路改造方式下對舊路面的挖除處理環(huán)節(jié)，同時也省去了舊路挖除后廢料丟棄處理及基層所需原材料采購等環(huán)節(jié)，施工成本大幅降低，施工工期也得到縮短，且最大程度避免了對環(huán)境的不利影響。該公路銑刨料中細(xì)集料及中粗集料占比較小、粉料較多，在進(jìn)行銑刨再生料制備時必須摻加粒徑10～30mm 的石屑和碎石料；綜合考慮再生混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、路用性能及干縮、溫縮特性和工程造價，確定的最佳水泥摻量為4.5%，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范，在試驗(yàn)段施工過程中按照5.5%的比例摻加水泥。工程應(yīng)用結(jié)果表明，就地冷再生舊路改造技術(shù)可100%回收利用舊路面層及基層銑刨料，使廢料運(yùn)輸、堆放及處理費(fèi)用大幅降低，其與傳統(tǒng)的銑刨重鋪以及加鋪水泥石灰碎石灰土基層新材料等處治技術(shù)相比，所節(jié)約的直接施工成本近50%，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。

5 結(jié)語

由本文分析結(jié)果可知，舊瀝青路面就地冷再生施工技術(shù)屬于新型公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)，其與傳統(tǒng)挖除技術(shù)相比，既能充分利用舊水泥路面材料，節(jié)省原材料使用量，降低養(yǎng)護(hù)施工成本，又符合國家環(huán)保要求，還能減輕一線施工人員勞動強(qiáng)度，可在同類工程中推廣應(yīng)用。