水泥再生废旧沥青混合料室内试验研究

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沥青路面冷再生是指采用专用机械设备对原有路面结构层进行铣刨，得到回收沥青路面材料，包括面层材料和基层材料。通过加入适量的稳定剂（如泡沫沥青、乳化沥青或者水泥等）、一定比例的新集料（必要时）重新形成结构层，达到旧路维修改造的目的，再生利用的过程中不需要热能的一种施工工艺。本文回收废旧沥青混合料，通过室内试验确定添加水泥剂量使其能够满足强度要求，重新利用形成路面底基层，达到循环利用旧路面材料于新建工程，保护生态环境，减少资源浪费的目的。

关键词：水泥冷再生 废旧沥青混合料无侧限抗压强度

1.引言

沥青路面冷再生是指采用专用机械设备对原有路面结构层进行铣刨，得到回收沥青路面材料，包括面层材料和基层材料。通过加入适量的稳定剂（如泡沫沥青、乳化沥青或者水泥等）、一定比例的新集料（必要时）重新形成结构层,达到旧路维修改造的目的，再生利用的过程中不需要热能的一种施工工艺[1]。这种施工技术不仅能够利用旧路面的废弃材料节省筑路材料，还解决了废弃材料对空间的占用及对环境的污染，同时这种现场冷再生还具有简化施工工序、节约工期等优点。冷再生技术可以循环利用旧路面材料于新建工程，保护生态环境，减少资源浪费，因此它是一项利国利民的环保型新技术[2]。

再生利用技术在发达国家己经相当成熟，并得到了广泛的应用，而我国沥青路面冷再生技术，无论从再生利用方式、材料性能的研究到实用施工技术均处于摸索阶段，均尚未形成完整的设计方法、施工工艺和质量控制标准，仍有很多课题尚需进行研究。如何在保障路面结构耐久性的前提下，循环利用旧路面材料于新建工程，保护生态环境，减少资源浪费，是我们必须面对的关键技术难题。

2. 水泥稳定的作用与原理

水泥的使用己经有很长的历史，水泥作为一种正式的稳定剂使用的最早记载是1917年在美国，这类稳定剂的主要作用是提高材料的强度，另外，在水化过程中所释放的Ca(OH)2与塑性土壤中的粘土颗粒发生反应使塑性降低，但是，用水泥稳定仅限于那些塑性指数小于10的材料，塑性较高的材料比较适合用石灰进行稳定。稳定处理后的材料获得的强度主要取决于所添加的稳定剂的数量，但也与被稳定的材料的类型有关，但是，一味地增加稳定剂的用量来获得更高的强度往往会妨碍稳定后基层的其它路用性能，过高的水泥用量会使稳定过的材料接近于半脆性，在提高强度的同时会使材料的脆性增加，随之也降低了稳定后基层的抗疲劳性能。于是，在重复交通荷载的作用下路面出现裂缝并逐渐扩展，这是我们所不希望看到的。因此，明确了再生混合料的路用性能要求之后，重要的是取得有代表性的样品，进行适当的配合比设计以确定正确的稳定剂用量。

通过上述分析，可以考虑将旧沥青混合料破碎加工后作为路面材料中的骨料重新利用，为了保证路面的承载能力，在旧沥青混合料中加人一定剂量的水泥作为稳定材料，经过进尸步碾压成型和养生后，可以形成与水泥稳定级配粒料等半刚性材料类似的基层或底基层材料。与一般水泥稳定类材料相同，在水泥冷再生旧沥青混合料时也会产生一系列非常复杂的作用过程，主要包括。

(l)物理过程：回收的废旧沥青混合料的机械(或人工)破碎、拌和、混合料的压实，以及水泥稳定材料在合适的温度和湿度长期作用下强度的形成。

(2)化学过程：水泥的水化和水解作用，有机物质的聚合作用，以及与许多化学成分复杂的新生成物有关的其它化学过程。

(3)物理――化学过程：旧料中的微小颗粒与化学产物中个别组分的交换吸附作用，顺粒的凝聚作用以及随后多种结构的生成。

3. 旧沥青混合料评价

3.1含水率

根据烘干前后旧沥青混合料质量的变化，计算其含水率，试验方法参照《公路工程集料试验规程》（JTG E42）T0305，由于沥青的存在，为了防止旧料中的团块在高温下会发生软化、松散，烘箱的加热温度调整为60℃恒温[3]。经测试旧料含水率为2.0%。

3.2原样筛分

经过铣刨破碎的旧沥青混合料成分相当复杂，包括粗集料、细集料和老化的沥青块等，还有部分未被破碎完全的大团块颗粒（某些集料被沥青裹覆粘结而成），在冷再生应用时，旧沥青混合料是作为骨料被重新利用的，因此有必要对其原始状态的表观级配组成状况进行分析。铣刨后的旧沥青混合料最大粒径一般不超过31.5mm，对于未被破碎完全的大团块颗粒需要剔除或人工进行破碎，为了保证筛分结果更准确的代表实际情况，从料堆的不同部位均匀取料进行多次筛分，并且建议采用自然风干而非烘干的方法得到干燥的样品。筛分结果和级配曲线见表3-1和图3-1。

3.3 沥青含量

用燃烧法将旧沥青混合料中的集料与沥青分离，称量分离出来的集料质量，由此可以确定沥青含量[4]。旧沥青含量为5.32%，如表3-2所示。为精确测定旧沥青混合料中的沥青含量，进行平行试验。

试样二 2371.2 2249.0 122.0 5.14

3.3 抽提后筛分

采用离心分离法（三氯乙烯）对旧沥青混合料进行抽提试验，对沥青混合料抽提后的回收矿料进行筛分试验（为了与原样筛分区别，称为抽提后筛分），由此可以确定旧集料的级配组成，见表3-1和图3-1。

从表3-1和图3-1中可以看出，原样旧沥青混合料中细料含量偏少，这主要是由于细料被沥青裹覆粘结成大团块颗粒造成的；而经过抽提的混合料中细料含量明显增多，其中0.075mm以下的颗粒含量达到15.4%，说明路面经过车辆荷载的长期反复作用以及冷再生机械铣刨过程，旧沥青混合料中的集料已经发生破碎细化。

4. 试验研究

4.1最佳含水量、最大干密度的确定[5]

重型击实方法确定的水泥再生混合料最佳含水量、最大干密度结果见表4-1。

4.2无侧限抗压强度试验

将不同水泥剂量混合料在重型击实试验方法确定的最佳含水量和最大干密度下， 压实度98%成型圆柱形试件，尺寸为Φ15cm×15cm，按标准试验方法进行无侧限抗压强度试验，结果如表4-2。

比较95%保证率的强度值Rc0.95和设计强度值Rd，只有水泥剂量取5.0%时，静压成型试件的95%保证率的强度值Rc0.95满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41―2008)要求的底基层设计强度值Rd≥1.5Mpa,即满足 要求。

5. 结论

（1）经过抽提的旧沥青混合料中细料含量明显增多，说明路面经过车辆荷载的长期反复作用以及冷再生机械铣刨过程，旧沥青混合料中的集料已经发生破碎细化。

（2）水泥剂量对冷再生混合料性能有重要影响。冷再生混合料在水泥含量低于5%时不能作为高等级公路的底基层材料。

（3）经过试验分析可知，水泥稳定冷再生旧沥青混合料用于底基层具有可行性，可以满足其使用性能。

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