厂拌基层冷再生在严寒区改扩建工程中配合比设计研究

2022-03-31宋海宏SONGHaihong

价值工程 2022年10期

宋海宏 SONG Hai-hong

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原030024）

0 引言

冷再生可分为现场冷再生和厂拌冷再生两种施工工艺，现场冷再生是利用专门的路面冷再生设备连续地完成冷再生的作业过程；厂拌冷再生则是把铣刨后的材料集中运至拌和场站后掺加部分新粗细集料，按比例加入一定量的水泥和水进行拌和，再进行摊铺、碾压的冷再生作业过程。

1 工程概况

珲乌高速三工区改扩建工程起点位于吉林市与长春市行政分界处，经由大顶子村，终点位于龙嘉机场，线路全长18.257km，原老路面出现龟裂、坑槽、横缝、纵缝等多种病害，严重影响了交通安全性和舒适型，因此对该道路进行改造，其中老路基层采用水泥稳定厂拌冷再生。

2 配合比设计

2.1 设计要求

①用于高速公路和一级公路基层时，再生混合料级配应满足JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》级配范围要求，见表1。

表1 无机结合料稳定冷再生混合料级配范围

②用于高速公路和一级公路基层时，水泥稳定冷再生混合料无侧限抗压强度设计值要求不小于3.0MPa。

2.2 原材料的检验

①铣刨料。

因铣刨机及工艺的影响，铣刨料的粒径大小不均，且存在大于31.5mm超粒径颗粒，而基层用材料不允许有超31.5mm颗粒，故取料筛分时先过31.5mm筛，余下材料进行水洗筛分试验，其各粒径通过率见表2，根据筛分结果分析发现铣刨料4.75mm以上颗粒含量较多，达74.5%，其中9.5-19mm粒径含量偏少，仅有19%，故对该冷再生需再掺加两档新料0～2.36mm石屑及9.5～19mm碎石，以改善矿料级配。

表2 铣刨料筛分通过率

②水泥。

采用P.O42.5缓凝水泥，厂家吉林亚泰水泥有限公司，其检测结果见表3，各项指标满足JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》要求，可用于厂拌冷再生施工。

表3 水泥技术性质

③粗集料。

粗集料为9.5～19mm碎石，厂家长春天富矿业有限公司，检测结果见表4，其各项指标满足JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》要求，可用于厂拌冷再生施工。

表4 粗集料的技术性质

④细集料。

细集料为0～2.36mm石屑，厂家长春天富矿业有限公司，检测结果见表5，其各项指标满足JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》要求，可用于厂拌冷再生施工。

表5 细集料的技术性质

2.3 级配设计

根据旧料基层铣刨料及添加新料的筛分结果进行级配合成，确定各档材料的掺配比例，合成级配符合JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》要求，合成级配见表6、级配曲线图见图1。

表6 合成级配

图1 级配曲线图

2.4 不同水泥剂量混合料的最大干密度及最佳含水率

以上述级配掺配比例，依据JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》T 0804方法分别以3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6%水泥剂量制备不同比例的混合料，用重型击实法对混合料进行击实试验，确定各组成混合料的最佳含水率和最大干密度，见表7。

表7 不同水泥剂量对应的最大干密度及最佳含水率

由表可知：①冷再生混合料击实所得最大干密度较普通水泥稳定碎石要偏小，最佳含水率要偏大，这是因为冷再生混合料中铣刨料掺量较大，级配不均，压实效果不好，且铣刨料吸水率较大所致；②随着水泥剂量的加大，最大干密度大致呈增长的趋势，当水泥剂量6%时，最大干密度较5.5%剂量时变化很小，最佳含水率大致呈增加的趋势，表明低水泥剂量时，最大干密度与水泥剂量呈较好的正线性关系，当水泥剂量达到一定时，最大干密度不再随水泥剂量增加而增加，而含水率变化为水泥增长吸水量所致。

2.5 不同水泥剂量的无侧限抗压强度

根据不同水泥剂量确定的最佳含水率和最大干密度拌制混合料，并按规定98%压实度静压制备水泥稳定混合料试件，在标准条件下养生6天，浸水24h后进行无侧限抗压强度试验，结果见表8。

表8 对应不同水泥剂量的无侧限抗压强度

由表可知，随着水泥剂量的不断增加，水泥稳定冷再生混合料的无侧限抗压强度值也逐渐增大，但强度增长速率不大，同组13个试件无侧限强度离散性较大，这与冷再生中铣刨料的级配有很大的关系，水泥剂量达到4%时，其强度平均值、代表值均能满足规范设计值3.0MPa。

2.6 确定水泥剂量

综上所述，考虑强度满足设计要求及经济合理性，采用4.0%水泥剂量作为最佳水泥剂量。

2.7 配合比的确定

根据上述可确定，该厂拌冷再生配合比各材料掺配比例为0～2.36mm石屑∶9.5～19mm碎石∶铣刨料=20%∶10%∶70%，水泥剂量为4.0%，最大干密度为2.024g/cm3，最佳含水率为7.0%。采用集中厂拌法施工时水泥剂量宜增加0.5～1%，用水量宜增加0.5～1.5%。

2.8 水泥剂量滴定标准曲线的确定

以不加水泥、加3%、4%、5%、6%、7%水泥剂量水泥分别进行EDTA二钠滴定试验，结果见表9，确定施工用水泥剂量标准滴定曲线图见图2。

表9 EDTA消耗量随水泥剂量变化情况

图2 水泥剂量标定曲线图

2.9 含水率变化对干密度、无侧限抗压强度的影响

由于铣刨料的吸水性、拌和的不均匀性及天气的影响，施工时含水率一般较最佳含水率有所提高，为此以4%水泥剂量，在最佳含水率的基础上，分别增加1%、2%、3%的用水量，研究含水率变化对干密度、强度的影响情况，其检测结果见表10。

表10 干密度、强度随用水量变化情况统计

由表10可知用水量增加1%、2%，强度略有下降，用水量增大3%时，强度下降明显，因此，在实际施工时，用水量可适当增加1～2%，但不宜增加过多。

2.10 延迟时间对强度和干密度的影响

以室内配合比设计水泥剂量及最佳含水率在拌和机上试生产，从传输皮带上取混合料，分别以立刻、闷料1h、2h、3h、4h、5h，按不同延迟时间成型无侧限抗压试件，经过标准养生后，测其7d无侧限抗压强度与延迟时间的关系，检测结果见表11，延迟时间对无侧限抗压强度影响曲线图见图3，结果表明，该厂拌冷再生混合料容许延迟时间为3h。