辛长征

(广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，早期修建的水泥混凝土路面经过多年使用后产生错台、脱空和裂缝等各类病害，性能大幅降低，已不能满足日益增长的交通需求，对这些水泥混凝土路面进行改扩建和大修养护已迫在眉睫。然而，对水泥混凝土路面维修改造势必产生大量的废旧水泥混凝土，亟需研发相关技术将水泥混凝土路面再利用，以保护环境和节约资源。

针对此类问题，肖建庄、孙跃东等[1-4]分析总结了国内外相关研究文献，认为再生集料经过适当的加工处理，具有潜在的发展能力；程相华总结了国内外再生集料生产设备和再生集料制备技术的优缺点，并在此基础上在室内试验研究了再生集料的吸水率；杨庆国、易志坚等[5]研究了废旧水泥混凝土路面再生集料的表观密度、压碎值和磨耗率等特性，发现再生集料可满足道路相关技术要求。

国内外研究人员在水泥混凝土路面再生集料方面做了大量的研究工作，但对于再生集料用于级配碎石层时的级配范围研究不多，因此，本文以室内CBR法为试验手段，探讨旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石合理的级配控制范围。

1 级配范围与级配设计

级配碎石设计需要考虑的一个重要内容是级配范围，设计良好的级配碎石一般具有较高的强度。以往的研究表明，以CBR值表征级配碎石强度经过工程实践证明具有较好的效果，级配碎石强度越高，CBR值越好，工程应用效果也相对较佳。但是以往研究的级配范围都是针对天然级配范围而言，对于再生集料级配碎石的级配范围，仍需通过试验分析确定。

1.1 级配范围

根据相关文献调研，普通碎石级配碎石的级配控制范围见表1和表2。

表1 31.5mm最大粒径级配碎石级配范围技术要求

表2 26.5mm最大粒径级配碎石级配范围技术要求

经综合分析,日本、美国、法国和中国等国家的级配碎石级配控制范围，最大粒径、19mm、4.75mm、0.425mm和0.075mm通过率这五个因素均为级配碎石控制主要考虑的因素，其中最大粒径按31.5mm和26.5mm进行区分，并确定了最大粒径为31.5mm和26.5mm时，各档关键筛孔的控制范围。但日本、美国、法国和中国等国家在级配范围控制的关键筛孔通过率方面既有相同点，又存在较大差别，如最大粒径均为31.5mm时，日本选用的级配范围相对于法国、加拿大、中国和美国选用的级配范围更宽松一些；最大粒径为26.5mm时，日本选用的级配范围相对于FHWA和美国选用的级配控制更严格一些。

1.2 级配设计

为研究级配控制范围，尤其是关键筛孔的控制范围，得到基于CBR方法试验条件下的再生集料控制范围。以形成平滑曲线的原则，参考上述研究成果，初步设计最大粒径为31.5mm和最大粒径为26.5mm条件下的上、中、下三种级配曲线。其中31.5mm最大粒径19mm公称粒径碎石通过率控制在85%，26.5mm最大粒径19mm公称粒径碎石通过率控制在95%，以4.75mm、0.075mm和最大粒径三个因素为变量，确定了如表3所列的控制筛号通过率，级配曲线如图1～图2所示。

表3 控制筛号的通过率

图1 最大粒径为31.5mm级配碎石设计级配

图2 最大粒径为26.5mm级配碎石设计级配

2 最大粒径与CBR值的关系

按照上述设计的6种类型级配在室内进行了CBR试验，试验结果如图3所示。

图3 不同最大粒径的CBR值

分析发现：31.5mm级配上>26.5mm级配上，31.5mm级配中>26.5mm级配中，31.5mm级配下>26.5mm级配下，即级配碎石最大粒径越大，CBR值越大。这主要是由于在较好的级配条件下，级配碎石越大，级配碎石的密实度相对较高，级配强度越高，从而以CBR试验结果表现出来。因此，若单纯考虑CBR值，则级配碎石的最大粒径应大于31.5mm，但级配控制范围不能单纯考虑级配强度作为唯一因素，还需考虑施工、透水等多方面的因素。根据相关文献，最大粒径不宜选取过大，并应控制公称粒径的通过率，公称粒径通过率过小时(超粒径颗粒较多)，级配碎石越难以满足施工不离析的要求。为保证级配碎石在施工完成后呈现出较好的均匀性效果并便于机械设备整平，综合分析后，推荐最大粒径为31.5mm。

3 4.75mm和0.075mm通过率与CBR值的关系

在室内对设计的六种CBR设计级配进行试验并分析CBR值，以试验结果建立4.75mm和0.075mm通过率与CBR值的关系,如图4和图5所示。

图4 4.75mm通过率与CBR值的关系

图5 0.075mm通过率与CBR值的关系

分析图4可知：4.75mm通过率和CBR值具有较好的相关性。随着4.75mm通过率的增大，CBR值呈现出先增加后减小的规律，采用二次抛物线进行拟合，其拟合公式见表5。因此4.75mm通过率在45%左右时，旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石具有最佳的CBR值，建议在实际操作过程中应尽量控制旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石的级配范围中值在45%左右。

表5 4.75mm和0.075mm通过率与CBR值的拟合关系

根据图5可知，CBR值随着0.075mm通过率的变化呈现出二次抛物线规律，采用二次抛物线进行拟合，拟合公式见表4。当0.075mm通过率为6%时，旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石CBR值处于抛物线顶端的最大值。目前研究人员对于级配碎石中0.075mm通过率需要进行严格控制与否尚存在较大争议，国外有的研究认为，0.075mm通过率为8%～12%时，级配碎石的水稳定性较好而CBR值较小，适合潮湿地区；0.075mm通过率为4%～6%时，级配碎石的CBR值高，强度较高，适用于非潮湿地区。国内有的研究认为，旧水泥混凝土路面再生集料中0.075mm以下部分仍具有胶结作用，从而提高级配碎石的整体强度，建议不控制0.075mm的通过率[6-8]。本文基于CBR值的结果可知，控制0.075mm的通过率是必要的。

表4 不同最大粒径的CBR值对比分析

4 级配控制范围建议

根据上述结果可知，最大粒径31.5mm的旧水泥混凝土再生集料CBR值较大。4.75mm通过率为45%时，旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石CBR值处于较大值。当0.075mm通过率为6%时，旧水泥混凝土路面再生集料级配碎石CBR值处于较大值。本文在以CBR试验的基础上，提出级配控制范围的建议(表6)。

表6 级配碎石关键筛孔建议控制范围

实际应用时建议结合应用环境选取级配曲线：对于潮湿地区和轻型交通，选取中值偏上的级配曲线；对于干燥、少雨气候的地区和重载交通，选取中值偏下的级配曲线。

5 结论

本文采用CBR法在室内进行了试验，确定了最大粒径，4.75mm和0.075mm通过率对试验结果的影响，得到以下结论：

(1)最大粒径31.5mm较最大粒径26.5mm的旧水泥混凝土再生集料具有更大的CBR值。

(2)分析4.75mm和0.075mm通过率发现，随着4.75mm和0.075mm通过率的逐渐增大，CBR值先增加后减小，呈驼峰曲线的规律。

(3)根据室内试验结果和国内外相关文献，建议旧水泥混凝土再生集料级配碎石最大粒径应按31.5mm和26.5mm控制，提出了最大粒径为31.5mm和26.5mm时，19mm、4.75mm和0.075mm三个关键筛孔的级配控制范围。