全深式沥青路面水泥稳定冷再生混合料路用性能

全深式沥青路面水泥稳定冷再生混合料路 用性能 摘摘 要要 本文以现场取回的沥青层和基层 RAP 料为原材料 在调查面层和基层料 比例的基础上 选择了 20 80 33 67 40 60 三种面基层混合料比例进行混合 料的无侧限抗压强度 劈裂强度 得出沥青面层和基层的比例对其力学强度有 较大的影响 关键词 关键词 路用性能 材料标准 Abstract Based on the field to retrieve the asphalt layer and the base RAP materials based on the investigation of surface and base layer material proportion choose 20 80 33 67 40 60 three kinds of surface base mixture ratio of the mixture of unconfined compressive strength splitting tensile strength the asphalt surface layer and base on the mechanical strength ratio has great influence Keywords Road performance material standard 1 1 无侧限抗压强度无侧限抗压强度 无侧限抗压强度是表征道路基层强度的基本指标 在现行的基层施工技术 规范和再生技术规范中都有明确的要求 无侧限抗压强度可以直观的反映出混 合料时间的强度特征 试验过程简单容易操作 同时抗压强度与其他强度指标 间具有较好的统计关系 本节研究了三种面层 基层用料比例 五种水泥掺量 下的再生混合料的 7d 28d 无侧限抗压强度 通过试验研究再生混合料料面层 基层用料比例 水泥剂量与无侧限抗压强度的关系 1 1试验方法试验方法 将铣刨的旧路面材料添加 3 5 6 7 8 四种不同的水泥掺量 面层基层的比例分别为 20 80 33 67 40 60 并且根据击实试验确定的最佳含 水量 按照现行 公路工程无机结合料稳定 材料试验规程 试验方法进行 试 验采用静力压实法成型尺寸为 150mm 150mm 的圆柱形试验 每种水泥掺 量的平行试件数量按照规范的要求制备 采用标准养生条件进行 7d 28d 和 90d 三个龄期的养生 试件的无侧限抗压强度的计算方法为 2 4 c P R d 式中 无侧限抗压强度 MPa c R 试件破坏时的最大压力 N P 试件的直径 mm d 对养生后的试件进行无侧限抗压强度试验 在进行再生水泥稳定混合料无 侧限抗压强度试验的结果处理方面 以抗压强度的代表值作为抗压强度的取值 在试验中每组有 3 个试件 试件强度代表值的 确定规则为 取三个试件强度 1 的算术平均值作为该组试件的强度代表值 如果一组的 最大值 或最小值之间 2 的绝对 差值超过中间值的 0 15 时 取中间值 作为改组试件 的强度代表值 当一组试 件无 侧限抗压强度的最小值与最大值差值均超过中间值 0 15 时 3 该组试件的 强度则不能作为评定的依据 试验后试件的损坏情况见图 1 1 图图 1 1 无侧限抗压试验损坏后的试件无侧限抗压试验损坏后的试件 有图 1 1 可知 在经过无侧限抗压试验之后的试件保持着完整性 试件表 面有少量集料颗粒脱落 表面产生细小微裂纹 1 2试验结果试验结果 在本文的研究中 原道路中路基和路面材料的比例分别为 20 80 33 67 40 60 水泥掺量分别选取质量比 3 5 6 7 8 以 下分别就三种面层基层用料比类型的混合料试件无侧限抗压强度试验进行论述 1 面层 基层 20 80 无侧限抗压强度 旧沥青路面和砂砾基层筛分之后的混合料按照质量比 20 80 的比例混合料 在一起 分别添加 3 5 6 7 8 质量比掺量的水泥在最佳含水量下 进行无侧限抗压强度试验 试验结果见表 1 1 表表 1 1 面层 基层面层 基层 20 80 时五种水泥掺量下无侧限抗压强度时五种水泥掺量下无侧限抗压强度 抗压强度 代表值 MPa 水泥掺量 7d28d 7d 与 28d 强度比 32 614 0264 9 53 474 7173 7 63 855 5070 74 325 8374 1 84 906 4276 3 对表 1 1 的试验数据绘制成为图表如下 345678 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 侧侧侧侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 1 2 面层 基层面层 基层 20 80 时时 5 种水泥掺量下的无侧限抗压强度种水泥掺量下的无侧限抗压强度 从表 1 1 的试验数据可知 在面层基层比例为 20 80 时的再生混合料无侧限 抗压强度只有在水泥用量为 3 的时候不符合规范要求 5 6 7 8 的 试件强度均满足规范要求 随着水泥掺量的增加 再生混合料的无侧限抗压强 度增大 再生混合料 7d 与 28d 的无侧限抗压强度比例在 65 76 之间 2 面层 基层 33 67 无侧限抗压强度 按照规范要求 混合料采用面层与基层用料质量比例 33 67 水泥掺量分别 为 3 5 6 7 8 条件下进行 7d 28d 无侧限抗压强度 试验结果见 表 1 2 表表 1 2 面层 基层面层 基层 33 67 时五种水泥掺量下无侧限抗压强度时五种水泥掺量下无侧限抗压强度 抗压强度 代表值 MPa 水泥掺量 7d28d 7d 与 28d 强度比 32 873 7277 1 53 264 5371 9 63 455 2166 2 74 195 6873 7 84 256 1369 3 为了能够对表 1 2 的试验结果进行较为直观的分析 绘制水泥冷再生无侧 限抗压强度随水泥掺量和养生龄期的变化曲线图 1 3 345678 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 侧侧侧侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 1 3 面层 基层面层 基层 33 67 时时 5 种水泥掺量的无侧限抗压强度种水泥掺量的无侧限抗压强度 从图 1 3 的趋势图来看 当面层 基层的比例为 33 67 时 混合料试件的无 侧限抗压强度随着水泥用量的增加而增加 在我国现行的 公路 路面基层施工 技术规范 JTJ034 2000 中对二级及 二级以下公 路的水泥稳定土的 7d 浸水抗 压强度的要求为 2 5 3 0Mpa 五种水泥掺量下的再生混合料无侧限抗压强度均 满足规范的要求 7d 抗压强度与 28d 抗压 强度之比在 65 80 之间 参考普 通水 泥混凝土强度形成特征 该再生混合料在早期的强度形成是比较快的 基 层强度形成较快可以缩短工期 这对于南方多雨地区和工期短的项目来说很重 要 同时工期的缩短可以降低建设工程费用 3 面层 基层 40 60 无侧限抗压强度 按照同样的方法混合面层与基层混合料比例 40 60 水泥掺量选取 3 5 6 7 8 进行无侧限抗压强度试验 其 7d 与 28d 养 生后 无侧 限抗压强度见表 1 3 表表 1 3 面层 基层面层 基层 40 60 时时 5 种水泥掺量下无侧限抗压强度种水泥掺量下无侧限抗压强度 抗压强度 代表值 MPa 水泥掺量 7d28d 7d 与 28d 强度比 32 122 7577 1 52 523 1679 7 63 174 8066 73 964 9779 7 84 105 8670 0 面层基层用料比例为 40 60 情况下 水泥掺量在 3 5 6 7 8 下的混合料无侧限抗压强度的变化见图 1 4 345678 1 2 3 4 5 6 侧侧侧侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 1 4 面层 基层面层 基层 40 60 时时 5 种水泥掺量的无侧限抗种水泥掺量的无侧限抗 压强度压强度 通过表 1 3 的数据可知 当基层面层比例为 40 60 时 再生混合料的无侧限 抗压强度相比前者普遍减小 水泥掺量在 3 5 时均不能满足基层对强度的 要求 从整体上来看 随着水泥掺量的增加 再生混合料的无侧限抗压强度增 加 表明旧沥青混合料的存在对再生混合料的强度是有损害的 综合以上三种混合料类型的水泥掺量对混合料试件强度的影响可知 在 3 8 范围内 水泥用量越大混合料试件的无侧限抗压强度就越大 这说明水 泥的添加是再生物料强度形成的主要原因 为了清晰的反映旧沥青混合料的存在对再生料强度的影响 以水泥掺量为 横坐标 7d 28d 无侧限抗压强度为纵坐标绘制相应的规律图 345678 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 7d侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 20 80 33 67 40 60 图图 1 5 三种面基层比例下的三种面基层比例下的 7d 无侧限抗压强度无侧限抗压强度 由图 1 5 可以看出 从总体上来看 混合料中掺加旧沥青混合料的比例越 大 再生混合料试件的 7d 无侧限抗压强度就越小 从 7d 无侧限抗压强度的指 标来看 水泥掺量越大再生料的的抗压强度就越大 这说明水泥是再生料强度 形成的主要原因 面层物料和基层物料的比例为 40 60 时 再生混合料 7d 无侧 限抗压强度较小且不规律 说明旧沥青混合料的存在对再生料的强度形成有较 大影响 在面层基层比例为 20 80 时 随着水泥用量的增加 试件的 7 无侧限 抗压强度比较有规律 在旧沥青混合料掺加较多的面层基层用料比例为 20 80 混合料中 试件在水泥掺量 3 5 的强度增长缓慢 5 7 之间时强度增长 较快 345678 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 28d侧侧侧侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 20 80 33 67 40 60 图图 1 6 三种面基层比例下的三种面基层比例下的 28d 无侧限抗压强度无侧限抗压强度 从图 1 6 的试验结果来看 三种类型的再生混合料试件无侧限抗压强度 随 着水泥用量的增大而增大 旧沥青混合料的存在对 28d 无侧限抗压强度产生不 利的影响 面层与基层物料比例为 40 60 时再生混合料 28d 无侧限抗压强度小 并且没有规律 水泥用量在 3 5 范围内时 再生混合料试件的 28d 无侧限抗 压强度增长缓慢 水泥掺量在 5 以上时再生混合料的强度形成较快 2 劈裂强度试验劈裂强度试验 半刚性基层的抗拉强度是我国 现行的公路沥青路面设计规范进行设计和验 算的指标和参数之一 是评价水泥稳定类混合料 的抗拉伸变形能力的重要技术 指标 本文分别对 20 80 33 67 40 60 面基层用料比例 水泥掺量分别为 3 5 6 7 8 的再生混合料进行劈裂强度试验 通过以上试验来研 究面基层比例 水泥掺量与再生混合料劈裂强度之间的关系 为再生混合料原 材料掺合比例的优化 提供参考 2 1 试验方法试验方法 选用试件的间接抗拉强度 即劈裂强度来研究水泥冷再生 混合料的抗拉性能 用以评价冷再生混合料的抗拉伸变形能力 并为结构组合 设计提供设计参数 无机结合料稳定材料劈裂强度即试件的间接抗拉强度 在万能试验机上进 行的 压力机的加载速率要求控制在 1mm min 试验采用四种不同的水泥掺量 每个掺量做三个平行试验 试件的成型 养生方法与无侧限抗压强度相同 进 行劈裂试验用的加压条宽度为 18 75mm 弧面半径 75mm 长度大于 150mm 试件劈裂抗拉强度计算公式为 2 sin2 i Pa R Hd 式中 试件的间接拉伸强度 MPa i R 试件破坏时的最大压力 N P 试件的直径 mm d 浸水后试件的高度 mm H 压条的宽度 mm a 圆心角 rad 2 2试验结果试验结果 原路中路基和路面材料的比例 分别为 20 80 33 67 40 60 水泥掺量分别 选取质量比 3 5 6 7 8 以下分别就三种面层基层用料比例类型 混合料试件的劈裂强度分别进行论述 1 面层 基层 20 80 劈裂强度 旧沥青路面和砂砾基层筛分之后的混合料按照质量比 20 80 的比例混合料 在一起 分别添加 3 5 6 7 8 质量比掺量的水泥在最佳含水量下 进行劈裂强度试验 试验结果见表 2 1 表表 2 1 面层 基层面层 基层 20 80 时五种水泥掺量时五种水泥掺量 下劈裂强度下劈裂强度 抗压强度 代表值 MPa 水泥 2 掺量 7d28d 7d 与 28d 强度比 30 280 3971 8 50 320 4669 6 60 380 5371 7 70 390 5570 9 80 430 5676 8 在面层 基层 20 80 的混合料类型 下 再生混合料试件 劈裂强度 在不同水 泥剂量下的劈裂强度见图 2 1 345678 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 2 1 面层 基层面层 基层 20 80 时时 5 种水泥掺量下劈裂强度种水泥掺量下劈裂强度 通过表 5 和图 7 可以得到 再生混合料的劈裂强度总体上随着水泥掺量的 增加而增加 再生混合料 7d 与 28d 劈裂强度的比值范围在 69 77 这表明 再生混合料试件强度大部分在 7d 内就已经形成 2 面层 基层 33 67 劈裂强度 按照规范的要求 混合料采用面层与基层用料质量比例 33 67 水泥掺量分 别为 3 5 6 7 8 条件下进行 7d 28d 劈裂强度试验 试验结果见 表 2 2 表表 2 2 面层 基层面层 基层 33 67 时五种水泥掺量下劈裂强度时五种水泥掺量下劈裂强度 劈裂强度 MPa 水泥掺量 7d28d 7d 与 28d 强度比 30 210 3461 7 50 300 4173 2 60 280 4858 3 70 320 5162 7 80 340 5068 面层 基层 33 67 时 再生混合料劈裂强度与水泥掺加量之间的关系见图 2 2 345678 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 2 2 面层 基层面层 基层 33 67 时时 5 种水泥掺量的劈裂强度种水泥掺量的劈裂强度 由表 2 2 和图 2 2 可知 总体上随着水泥掺量逐渐增多的过程中 再生混合 料试件的劈裂强度明显增大 这表明水泥是再生混合料强度形成的主要原因 3 面层 基层 40 60 劈裂强度 按照规范的要求 混合料采用面层与基层用料质量比例 40 60 水泥掺量分 别为 3 5 6 7 8 条件下进行 7d 28d 劈裂强度试验 试验结果见 表 2 3 表表 2 3 面层 基层面层 基层 33 67 时五种水泥掺量下劈裂强度时五种水泥掺量下劈裂强度 劈裂强度 MPa 水泥掺量 7d28d 7d 与 28d 强度 比 30 190 3161 3 50 260 3868 4 60 290 4269 70 310 4963 3 80 330 5164 7 面层 基层 40 60 时 再生混合料劈裂强度与水泥掺加量之间的关系见图 2 3 345678 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 7d 28d 图图 2 3 面层 基层面层 基层 33 67 时时 5 种水泥掺量的劈裂强度种水泥掺量的劈裂强度 由表 2 3 和图 2 3 可知 再生混合料劈裂强度随着水泥用量的增大而增大 相比前者 在水泥用量逐渐增加的条件下 再生混合料强度增长的速率变小 就沥青混合料比例的增大影响到水泥与集料界面之间的联接 导致水泥水化产 物难以顺利形成 水泥掺加量在超过 5 以后强度增长缓慢 在 5 以下时相对 强度较小 再生混合料早期强度较高 以面层 基层 33 67 为例 早期强度是 中期强度的 66 4 基面层比例对劈裂强度影响 为了清晰的表现出不同面基层用料比例的劈裂强度指标 分别研究 7d 28d 养护时间的不同水泥掺量下的劈裂强度 345678 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 20 80 33 67 40 60 图图 2 4 不同面基层比例混合料不同面基层比例混合料 7d 劈裂强度劈裂强度 345678 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 28d侧侧侧侧侧MPa侧 侧侧侧侧 20 80 33 67 40 60 图图 2 5 不同面基层比不同面基层比 例混合料例混合料 28d 劈裂强度劈裂强度 图 2 4 和图 2 5 分别是三种面基层比例下再生混合料的 7d 28d 劈裂强度 对于 7d 劈裂强度来说 再生混合料随着水泥用量的增加没有呈现出