邢峰 苏洪建 蒋应军 朱保锋 田甜

（1.中交二公局东萌工程有限公司，陕西 西安 710061；2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安 710064）

0 引言

沥青拌合楼将沥青、石料、结合料等根据一定配比加工成沥青混合料，产生大量的粉尘，通常粒径都小于0.075mm，称为回收粉尘，简称回收粉。我国规范[1]提出沥青拌合楼回收粉可作为部分矿粉回收使用，但其用量不能超过填料总用量的25%。Lin等[2]分析了不同集尘灰及矿粉的粒径分布、比表面积等物理参数对针入度、粘度、水稳定性和动态模量的影响。朱三棣等[3]认为回收粉不仅符合矿粉的质量要求，而且碱性更强，更有利于沥青与矿料的粘结。纵观国内外现状，相关研究工作主要集中在回收粉对沥青混合料力学性能的影响方面，极少涉及回收粉在水泥稳定材料中的应用研究。若在半刚性基层中掺一定剂量回收粉后其性能仍满足使用要求，则意味着不仅可以推出一种新的回收粉尘的处理办法，且提出了一种新的路面结构类型。

本文采用垂直振动法，研究沥青拌合楼回收粉对水泥稳定碎石的抗冻性能、抗冲刷性能等耐久性的影响，以供工程实践参考。该研究具有可观的开发利用前景，对能源的生产和资源的利用、环境保护以及土地利用率有重要意义。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1.1.1 回收粉

回收粉取自陕西省安康市，其技术参数见表1所示。

表1 回收粉技术参数

1.1.2 集料

集料取自陕西省安康市，集料的粒径分为四种：19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm，技术参数略。

1.1.3 水泥

水泥采用陕西盾石牌P·O42.5水泥，技术参数略。

1.2 矿料级配

本研究用水泥稳定碎石矿料级配见表2所示。

1.3 试验方法

1.3.1 试件成型方法

采用垂直振动压实仪成型Ф150mm×150mm的圆柱体试件。

根据本课题组有关振动压实试验法的大量研究，选取的振动击实试验仪的参数配置为：工作重量为3.0±0.4kN，其中上车系统重为1.2±0.2kN，下车系统重为1.8±0.2kN，激振力为7.6±0.2kN，振动击实试验仪采用的振动频率为30±2Hz，名义振幅为1.4±0.2mm。

1.3.2 性能测试标准

冻融循环试验、冲刷试验和干缩性能均按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）进行。

2 试验结果分析

2.1 抗冻性能

2.1.1 冻融循环试验结果

掺回收粉水泥稳定碎石冻融后的强度劣化系数见表3所示。

表3 不同冻融次数下试件的冻融强度劣化系数

假定冻融循环作用下的掺回收粉水泥稳定碎石存在强度劣化系数方程，且满足：（1）N=0时，ηDN=ηD0；（2）N=∞时，ηDN=ηD∞；（3）ηD0＞ηD∞等3个边界条件。

其中，N——冻融循环次数；

ηDN——冻融循环N次后的强度劣化系数；

ηD0——未经冻融循环时的强度劣化系数，即为1；

ηD∞——极限冻融强度劣化系数。

根据上述3个边界条件，建立掺回收粉水泥稳定碎石冻融后强度劣化系数方程，见式（1）。

式中：

ξ——方程待定回归参数。

2.1.2 抗冻性能影响因素

（1）回收粉掺量。由表3可知，各水泥剂量下回收粉掺量对冻融劣化系数影响较小，劣化系数均大于0.8，即回收粉掺量对水泥稳定碎石抗冻性能影响较小。

（2）冻融次数。掺回收粉水泥稳定碎石冻融劣化系数随冻融循环次数变化见图1所示。如图1所示，随冻融循环次数增加，不同回收粉掺量、水泥剂量的水泥稳定碎石强度劣化曲线的形状极其相似：冻融循环5次前强度劣化速率较快，冻融循环5次后强度劣化趋于平缓，且各自隐藏着一条相应的水平渐近线，该渐近线即为掺回收粉水泥稳定碎石极限冻融强度劣化系数ηD∞。这可能由于冻融次数小于5次时，水泥稳定碎石内部的孔隙壁迅速且大量被破坏，孔隙迅速扩张；超过5次后，水泥稳定碎石内的孔隙壁扩张速率减慢，随着冻融次数再增加，由冻融循环造成的水泥稳定碎石内部孔隙增长已达到极限，孔隙不再扩张，或者扩张速率非常缓慢。

图1 冻融强度劣化系数-循环次数关系图

（3）水泥剂量。通过对掺回收粉水泥稳定碎石极限冻融强度劣化系数ηD∞随水泥剂量变化趋势分析，可知冻融劣化系数随水泥剂量的增大线性增大，即随水泥剂量的增大，水泥稳定碎石抗冻性能逐渐提高。这可能因为水泥剂量增大时，水泥稳定碎石中集料间的粘结力增大，水泥稳定碎石试件内部更加密实，抵抗冻融循环能力更强。

2.2 抗冲刷性能

2.2.1 冲刷试验结果

掺回收粉水泥稳定碎石经冲刷试验后的质量损失系数见表4所示。

表4 不同冲刷时间后试件的质量损失系数

2.2.2 抗冲刷性能影响因素

（1）回收粉掺量。各回收粉掺量下水泥稳定碎石冲刷后的质量损失系数见图2所示。

图2 冲刷质量损失-回收粉掺量关系图

由图2可知，随回收粉掺量的增加，水泥稳定碎石的质量损失系数逐渐上升。回收粉掺量小于5%时，质量损失系数缓慢增加，当掺量大于5%时，质量损失系数增长速率加快。这可能由于回收粉掺量较小时，回收粉具有微填充作用，可以填充进水泥稳定碎石的骨架中，使得水泥稳定碎石的干密度增大，密实结构受到冲刷作用后，对位于其内部空隙中的细集料起到约束作用，导致其冲刷量较少；但过多的回收粉会将水泥稳定碎石试件粗骨料形成的骨架结构撑开，使其干密度下降，且回收粉较多会导致冲刷表面细颗粒增多，故水泥稳定碎石冲刷后的质量损失系数增大。

（2）冲刷时间。通过分析掺回收粉水泥稳定碎石冲刷后的质量损失系数与冲刷时间的关系可知，冲刷时间为0～15min时，各回收粉掺量下水泥稳定碎石的质量损失系数上升最快，即质量损失最多；冲刷20min后，其质量损失减少速率下降；当冲刷25min以后，其质量损失非常缓慢，其质量劣化系数趋近于一条直线。

（3）水泥剂量。冲刷30min时，掺回收粉水泥稳定碎石冲刷后质量损失系数随水泥剂量的变化见图3所示。由图3可知，掺回收粉水泥稳定碎石冲刷后的质量损失系数随水泥剂量增大线性降低，即随水泥剂量的增大，水泥稳定碎石抗冲刷性能逐渐提高。

图3 质量损失系数-水泥剂量关系图

3 结束语

（1）研究冻融循环作用下掺回收粉水泥稳定碎石强度劣化特性，结果表明：冻融交替过程中在水和低温的共同影响下，水泥稳定碎石强度不断劣化，冻融循环5次后强度劣化趋于平缓。

（2）研究掺回收粉水泥稳定碎石抗冲刷性能，结果表明：回收粉掺量小于5%时，质量损失系数缓慢增加，当掺量大于5%时，质量损失系数增长速率加快；冲刷时间为0～15min时，各回收粉掺量下水泥稳定碎石的质量损失系数上升最快，冲刷20min后，其质量损失减少速率下降，当冲刷25min以后，其质量损失非常缓慢，其质量损失系数趋近于一条直线。