摻入廢舊瀝青混合料顆粒的二灰碎石組成優化

陳文龍

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

關鍵詞：二灰穩定碎石；廢舊瀝青混合料；路用性能；道路工程

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

0引言

二灰穩定碎石基層是國內外道路建設中常用的基層形式，但是由于其抗裂性能較差和抗沖刷性能不足等缺點，使得其推廣應用受到了一定的限制，為此，國內外的學者展開了大量研究。劉紅瑛等基于擊實試驗設計了二灰穩定碎石級配，并采用干縮溫縮試驗方法深入研究了該級配下二灰穩定碎石的路用性能，通過對試驗路的長期觀察，證明了該級配的優越性[12]；車法等采用正交試驗方法分析二灰砂漿組成比例對其力學性能的影響，提出了骨架密實型二灰穩定碎石級配和配合比，并與配合比相同的懸浮密實型二灰穩定碎石進行了力學強度的對比研究[3]；王秀春等研究了骨架密實型二灰穩定碎石的干縮應變、含水量、溫縮應變和溫縮系數等試驗指標；蔣應軍等采用垂直振動試驗方法，以力學強度最大為原則，提出了基于膠漿原理的二灰穩定碎石最佳組成配合比；李彬通過溫縮試驗研究了升溫和降溫次序對二灰碎石基層的影響，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等研究了二灰穩定碎石的級配類型并分析了其應變響應。

以上研究無疑對二灰穩定碎石的推廣應用以及提高二灰碎石基層的路用性能具有極大的促進作用。但是，目前的研究大多都是從骨架密實結構入手，在成型方法或者數理統計方法方面不斷完善二灰穩定碎石的組成配合比，而在二灰穩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、粉煤灰更優越的粘結性能，瀝青混合料的抗裂性能也明顯優于二灰穩定碎石。鑒于此，本文嘗試在二灰穩定碎石中摻入廢舊瀝青混合料細顆粒來提高其路用性能，對于完善二灰穩定碎石研究體系和實際工程應用有著重要意義。

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電廠，技術指標見表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

抗壓強度是二灰穩定碎石的重要性能，也是現行規范對二灰穩定碎石用于鋪筑公路的惟一硬性指標，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度的影響。根據工程應用和實踐經驗[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無側限抗壓強度的影響見圖1。

由圖1可知，廢舊瀝青混合料細顆粒摻量一定時，7 d無側限抗壓強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時達到最大。同時，石灰與粉煤灰的比例一定時，廢舊瀝青混合料細顆粒摻量越多，抗壓強度越大。因此，以7 d無側限抗壓強度最大為原則，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，裂縫出現得也越快。由于現代修筑技術的進步，在二灰碎石基層的鋪筑養生期間，可以保證水分基本維持在最佳含水量的狀態，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不足為慮。

工程應用和實踐經驗表明[7]，環境溫度降低所引起的溫縮變形是二灰穩定碎石基層產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）℃下養生至規定齡期，研究二灰摻量對溫縮系數的影響，結果見圖2。

由圖2可知，廢舊瀝青混合料細顆粒摻量一定時，二灰摻量越大，二灰穩定碎石的溫縮系數就越大，越容易產生收縮裂縫。這是因為：二灰中的石灰通常指的是經充分消解的熟石灰，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。廢舊瀝青混合料細顆粒的摻量對改善溫縮裂縫有著顯著的影響，當二灰的摻量相同時，細顆粒摻量越大，溫縮系數越小，二灰穩定碎石的溫縮裂縫就越少。這是因為：包裹在細顆粒外層的瀝青屬于彈性介質，在二灰碎石收縮時，可以起到一定的緩沖作用，從而減少收縮量。

2.2.2劈裂強度

二灰穩定碎石基層的收縮開裂主要是由于所受的拉應力超過了其極限抗拉強度造成的，而劈裂強度表征的正好是材料的抗拉能力，故劈裂強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，在標準條件下養生，測試其28 d劈裂強度，結果如圖3所示。

由圖3可知，細顆粒摻量一定時，二灰摻量越大，劈裂強度越大。這是因為二灰穩定碎石的劈裂強度主要依靠結合料的粘結能力，二灰用量越多，粘結能力越強。二灰摻量一定時，細顆粒摻量越多，劈裂強度越大，這也間接表明，細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度，綜合考慮，建議二灰的摻量為18%。

2.3細顆粒摻量

抗沖刷性能是半剛性基層的重要路用性能之一，研究表明，二灰穩定碎石基層常出現的唧泥等災害正是由于其抗沖刷能力不足，繼而交通荷載所產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顆粒摻量，每種摻量成型3組試件做對比分析，討論細顆粒摻量對抗沖刷能力的影響，試驗結果見圖4?？箾_刷能力用沖刷率R表征

由圖4可知，隨著細顆粒摻量的增加，沖刷率先減小后增大，在細顆粒摻量大約為13%時，達到最小。這是因為，在沒有摻入細顆粒前，二灰穩定碎石中的細集料僅受到二灰的膠結作用，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；當細顆粒摻量大約為13%時，細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，并且增強了集料間的粘結能力，使細集料不易被沖刷剝落；而當細顆粒摻量進一步增大，細顆粒無法均勻地分散在混合料中，反而導致了孔隙增大，并且削減了二灰的粘結作用，使得抗沖刷能力反而降低。鑒于此，推薦二灰穩定碎石混合料中廢舊瀝青混合料細顆粒的摻量為13%。

2.4性能驗證

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

由表5可知，與規范級配相比，優化后的二灰穩定碎石基層的抗壓強度、劈裂強度、抗溫縮性能和抗沖刷性能均明顯提高。

3結語

（1）研究了石灰與粉煤灰的比例和廢舊瀝青混合料細顆粒摻量對二灰穩定碎石7 d抗壓強度的影響。結果表明：當廢舊瀝青混合料細顆粒摻量一定時，粉煤灰含量越大，抗壓強度先增大后減小，在石灰與粉煤灰的比例為1∶2時達到最大。同時，石灰與粉煤灰的比例一定時，廢舊瀝青混合料細顆粒摻量越多，抗壓強度越大。

（2）研究了二灰摻量和廢舊瀝青混合料細顆粒摻量對二灰穩定碎石溫縮系數和劈裂強度的影響。結果表明：當廢舊瀝青混合料細顆粒摻量一定時，二灰摻量越大，溫縮系數越大，劈裂強度越大；當二灰的摻量一定時，細顆粒摻量越大，溫縮系數越小，劈裂強度越大。綜合考慮抗收縮性能和劈裂強度，建議二灰的摻量為18%。

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

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

參考文獻：

[1]師暉軍.高性能二灰穩定碎石混合料設計和路用性能研究[J].筑路機械與施工機械化，2014，31（8）：6972.

[2]劉紅瑛，牛長友，王強，等.骨架密實型二灰穩定碎石基層路用性能[J].長安大學學報：自然科學版，2003，23（3）：3742.

[3]車法，陳拴發，朱金鳳，等.骨架密實型二灰穩定碎石配合比設計方法研究[J].河北工業大學學報，2010，39（2）：9699.

[4]蔣應軍，富志鵬，李寧方.基于膠漿原理的二灰碎石設計方法[J].交通運輸工程學報，2015，15（5）：814，33.

[5]JTG D50—2006，公路瀝青路面設計規范[S].

[6]滕旭秋，陳忠達，蔣萬民. 二灰碎石混合料配合比設計方法[J].長安大學學報：自然科學版，2006，26（1）：2934.

[7]馬士賓，劉俊琴，郭建寧，等.骨架密實型二灰碎石基層的收縮性能[J].重慶交通大學學報：自然科學版，2013，32（2）：215219.

[8]JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術規范[S].