道路基层水泥稳定碎石材料的再生利用

道路基层水泥稳定碎石材料的再生利用

【摘要】水泥稳定碎石的再生利用能够大大的减少原材料的使用，降低工程造价，保护环境，通过对水泥稳定碎石基层的主要概括和性能的介绍，分析了旧水泥稳定碎石材料的性能，最后对再生水泥稳定碎石材料的配合比和力学性能进行了研究，以指导工程施工。

【关键词】道路基层；水泥稳定碎石；再生；力学性能

0 引言

水泥稳定碎石基层是一种半刚性的基层材料，具有整体性好、强度高、透水性小的特点，水泥稳定碎石道路基层材料的再生利用可以节约大量的材料，节省工程投资，保护环境，减少新材料的开采，避免水土流失，梳理良好的社会形象，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

高等级公路主要有沥青路面和混凝土路面两大类，目前我国高等级公路路面材料的再生技术已经相对完善，形成了系统的再生工艺，但由于基层材料的使用寿命较长，进入大修期较晚，所以对基层材料的再生利用没有引起足够的重视。

1 水泥稳定碎石基层

1.1 水泥稳定碎石基层性能要求

水泥稳定碎石基层对温度和湿度的变化较为敏感，在强度形成过程中和运营期间不可避免的会产生干缩裂缝和温缩裂缝，引起路面产生反射裂缝，加剧路面破坏，所以基层铺筑时要采用合理的结构

层次、厚度、模量、材料等。

基层起到承重和扩散荷载应力的作用，水泥稳定碎石基层材料性能要满足强度、刚度、谁稳定性、冰冻稳定性、抗冲刷性能、抗裂性能、抗疲劳性能等。

1.2 水泥稳定碎石的组成结构

混合料的结构是指组成材料之间相互作用特点，颗粒的相对分布、相互联系的状况。水泥稳定碎石的路用性能和其本身的结构特点有很大关系，其结构特点能反映出混合料的受力特性，当结构特点变化时，混合料的力学特性也会相应发生变化。其结构可以分为以下三种。

悬浮密室结构，通常采用连续密级配，细骨料较多，粗骨料之间接触少，不能形成骨架，悬浮在细颗粒之间，具有较高的粘结力，摩擦角下，强度主要有粘结力控制，外部荷载作用下容易发生破坏。骨架空隙结构，这种结构中粗骨料较多，细骨料较少，体内空隙大，具有较大的摩阻力，粘结力较小，强度主要有摩阻力确定，基层受材料性质的影响较小，抗收缩能力强，耐久性不好。

骨架密实结构，这种结构综合另外两种结构的特点，在粗骨料形成的骨架中填充细骨料，具有较好的粘结力和摩阻力，力学性能、抗收缩性、抗裂性、抗冲刷性和疲劳性能较好。

2 旧水泥稳定碎石基层材料性能分析

2.1 水泥稳定碎石废料特点

废旧物料的水温强度和稳定性和新材料有很大不同，旧骨料的吸

水性较好，在同样的配合比下，水灰比会相对减小，有利于增加基层强度，包裹水泥砂浆表面会有微小的缝隙，水泥颗粒容易进入，增加粘结力，大粒径粗骨料在铣刨时会产生新的断面，表面粗糙，使得级配更加的连续。

2.2 再生骨料的性质特点及级配验证

再生骨料可以分为再生粗骨料和再生细骨料，再生粗骨料主要为表面包裹着水泥砂浆的石子，其粘附水泥砂浆的多少和水泥稳定碎石的强度等级和骨料种类有很大关系，水泥含量越高，骨料表面粘附水泥浆越多。再生细骨料为破碎后附着水泥砂浆的石屑。

再生骨料的级配验证要采用国家方孔标准筛进行筛分和称重，粗骨料和石屑中能够有破碎新茬的能达到总量的30%，并大多都能被水泥砂浆附着，表面包裹砂浆的石子颗粒本身存在很大的差异性，骨料的表面较为粗糙，棱角多。水泥稳定碎石废料一定条件下比新的材料更加适用于道路基层，完全可以利用废弃材料作为施工的基层材料。

2.3 再生骨料对再生水泥稳定碎石强度机理分析

混合料在压实成型后有固相、液相和气相三部分组成，三部分共同作用形成水泥稳定碎石的强度和刚度，决定水泥稳定碎石混合料强度的主要因素是颗粒间的粘结力和内摩阻力，水泥砂浆和细骨料组成提供粘结力，和砂浆的强度没有直接关系，粗骨料的骨架结构提供内摩阻力，受到骨料颗粒形状和摩阻系数等因素影响。

水泥稳定碎石是水泥砂浆、骨料、骨料和砂浆界面的三相结合体，

其强度也是由三者共同作用决定的，再生骨料对再生水泥稳定碎石的强度影响主要表现在再生骨料的外形特征影响，界面结合的影响、水化作用的影响、吸水率的影响以及再生骨料自身强度的影响。再生骨料表面粗糙、比表面积增大，吸水率高，拌合时会吸收一定的水分，降低水灰比，从而提高强度。

3 再生水泥稳定碎石配合比设计及性能分析

3.1 级配理论综述及组细骨料的级配特点

良好的级配状态是在最小孔隙率的情况下保证骨料之间处于紧

密的状态，最大限度的发挥其结构强度效应，常用的级配有连续级配和间断级配两种。连续级配是不同粒径的粒料按照一定的比例组成，级配曲线平顺光滑，又可以分为连续密级配和连续开级配。间断级配则是去除几个分级，形成不连续的混合料。常用的级配理论有最大密度曲线理论和粒子干涉理论。

骨料由于粒径不同会引起混合料之间的粘结力和内摩阻力的不同，从而影响水泥稳定碎石混合料的强度，将骨料分为粗骨料和细骨料可以较好的对骨料质量进行控制，有利于分析混合料的结构。粗骨料的作用是形成排列紧密的多级空间骨架结构，细骨料的功能为填充粗骨料的空隙，稳定骨架结构，并影响混合料成型后的强度和收缩性。

3.2 混合料的配合比设计

混合料配合比设计时可以根据级配标准进行，但实际工程使用和理论计算存在一定的差异性，计算得到的级配范围有时不能应用于

所有的筛孔，实际施工时也会根据公路不同部位，通过试验做出相应的调整。

最佳混合料配合比除了要求水泥稳定碎石中的粗骨料能够紧密

排列，还要求密室的水泥砂浆将整个骨架粘结成整体，配合比设计时要使粗骨料、细骨料、水泥和水按照最佳的比例掺合。

3.3 再生混合料的性能分析

稳定性能分析，再生材料的稳定性包括抗冻性能和抗冲刷性能。基层材料为空隙材料，在冻融循环作用下，内部的空隙水会冻胀产生附加应力对空隙壁造成压力，这种压力的大小还和水的流动距离，冻结速度等有关。溶液部分结冰时还会引起一定的渗透压力，从而造成基层的破坏。水泥稳定碎石再利用后不仅受到静态水的作用，同时受流动水的影响，当进入到路面结构内的水不能及时排除时，就会造成基层材料的膨胀，在荷载的作用下形成很大的动水压力，对基层材料造成冲刷破坏。

抗收缩性能，收缩性能包括温度收缩和干湿收缩。在温度变化时，混合料的之间的热胀冷缩性能不同，产生内应力，表现在固相颗粒之间相互牵制和制约，温缩性能和时间有一定的关系，找出规律能够更好的养护，加强其使用性能。干缩性能是由于混合料体内水分的减少，在毛细管张力、吸附水和分子之间的作用力、层间水的作用下产生的。

力学性能分析，不同水泥含量的水泥稳定碎石其强度随着龄期的增加而增长，水泥含量越高，抗压强度越高。回弹模量的增长规律