宋金華，姬玉平，劉志蕾，張雪松，倪東緒

(河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401)

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高性能RAP料配合比設(shè)計

宋金華，姬玉平，劉志蕾，張雪松，倪東緒

(河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401)

對比分析了振動壓實(shí)和重型擊實(shí)成型方式下，級配RAP料物理、力學(xué)特性，研究表明使用振動壓實(shí)的方法更能夠代表實(shí)際的壓實(shí)效果。采用粒子干涉理論對粗集料級配進(jìn)行了優(yōu)化，采用最大密度曲線理論Ⅰ法對細(xì)集料進(jìn)行了優(yōu)化，通過變化粗細(xì)集料比例，以最大干密度與強(qiáng)度雙優(yōu)化指標(biāo)優(yōu)選級配，初步提出具有優(yōu)良物理力學(xué)特性的級配。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入研究篩孔通過率對級配RAP料力學(xué)性能的影響規(guī)律，并以力學(xué)性能最優(yōu)為原則，提出了基于振動成型的級配RAP料骨架密實(shí)級配。以劈裂強(qiáng)度為指標(biāo)，提出了以長度為 2.5 cm，摻量為1‰的仿鋼纖維(PPTF)作為高性能RAP料的增強(qiáng)纖維。

道路工程；高性能RAP料；配合比設(shè)計；粒子干涉理論；最大密度曲線理論I法

0 引 言

國內(nèi)外相關(guān)人員對高性能RAP料研究較少，缺乏研究資料，現(xiàn)行規(guī)范也沒有對高性能RAP料做出相關(guān)規(guī)定，故對高性能RAP料的研究參照級配碎石的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[1]。我國現(xiàn)行規(guī)范對于級配碎石級配要求范圍過寬，雖定性規(guī)定了控制篩孔，但沒有提出合理的控制范圍。級配碎石的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)僅在(JTG D 50—2006)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計時，基層壓實(shí)度≥98%，CBR≥100%；底基層壓實(shí)度≥96%，CBR≥80%，同時在條文說明中又提到振動壓實(shí)成型符合骨架密實(shí)原則的級配碎石時，CBR值均有所提高。大量的工程實(shí)踐表明此規(guī)定只是一般性的規(guī)定，易于實(shí)現(xiàn)，但對級配碎石的施工質(zhì)量起不到實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)作用。鑒于以上原因，有必要對高性能RAP料的配合比設(shè)計進(jìn)行研究。筆者主要介紹了高性能RAP料在配合比設(shè)計當(dāng)中成型方式的確定、礦料級配范圍的確定以及路用纖維種類、尺寸及摻量的研究。

1 原材料檢驗(yàn)

為了結(jié)合工程實(shí)踐，課題組在308國道改擴(kuò)建施工現(xiàn)場取料，并取樣品進(jìn)行試驗(yàn)。RAP料材料檢驗(yàn)并不按照以往的冷再生進(jìn)行，而是按照級配碎石的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。RAP料的檢測結(jié)果見表1，新加集料的檢測結(jié)果見表2，本項(xiàng)目擬采用的仿鋼纖維(PPTF)，技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 RAP料的物理性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Physical property index of RAP material

表2 碎石技術(shù)參數(shù)指標(biāo)Table 2 Parameter index of the gravel technology

由表1和表2可見，RAP料的材料物理性質(zhì)符合規(guī)范中對級配碎石的規(guī)定，這說明RAP料的顆粒強(qiáng)度、顆粒形狀以及細(xì)料的性能均能滿足路用需要，新集料的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足(JTG TF 20—2015)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》對級配碎石基層材料技術(shù)指標(biāo)的有關(guān)規(guī)定。

仿鋼纖維由泰安同伴纖維有限公司提供，并由該公司提供仿鋼纖維的出廠合格證明。項(xiàng)目組將所用仿鋼纖維委托河北道橋工程檢測有限公司進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測泰安同伴纖維有限公司提供的仿鋼纖維技術(shù)指標(biāo)符合使用要求。技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 仿鋼纖維(PPTF)技術(shù)指標(biāo)Table 3 Technical index of PPTF

2 柔性基層配合比設(shè)計

高性能RAP料柔性基層配合比設(shè)計分4個步驟：① 分析試件的成型方式，對比分析級配RAP料在不同成型方式下物理力學(xué)特性；② 基于振動成型的礦料級配組成設(shè)計；③ 路用纖維的種類、尺寸及摻量的研究；④ 根據(jù)前3步的成果，制備高性能RAP料試件，并確定其最佳含水量以及最大干密度，為后續(xù)路用性能的研究打下基礎(chǔ)。

2.1 成型方法研究

對高性能RAP料配合比設(shè)計進(jìn)行研究，目的在于通過對RAP料改善級配并摻加纖維獲得高質(zhì)量的粒料，并通過優(yōu)良的壓實(shí)工藝，來提高高性能RAP料柔性基層的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，從而減小軸載作用下的永久變形。室內(nèi)試驗(yàn)對于無黏結(jié)料試件的成型方法主要包括擊實(shí)成型、靜壓成型、搓揉壓實(shí)成型、振動成型以及剪切旋轉(zhuǎn)壓實(shí)[2-3]。根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際工況及室內(nèi)成型條件分別采用擊實(shí)成型和振動成型兩種方法進(jìn)行研究比較。

2.1.1 擊實(shí)成型與振動成型試驗(yàn)參數(shù)對比

在重型擊實(shí)中，可控變量為落錘高度、錘的質(zhì)量以及試筒的體積，(JTG F 40—2007)《土工試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定，對于粗粒土采用丙法擊實(shí)，具體規(guī)定見表4。

表4 重型擊實(shí)試驗(yàn)參數(shù)和擊實(shí)功Table 4 Heavy compaction test parameters and compaction work

筆者使用的振動壓實(shí)試驗(yàn)儀采用上置平板振動壓實(shí)來模擬現(xiàn)場振動壓實(shí)的情況，平板上方裝置可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動軸位置的偏心輪，通過設(shè)置這兩項(xiàng)，為平板施加不同的力量和振動頻率，模擬現(xiàn)場的振動壓實(shí)情況[4]。振動壓實(shí)法試驗(yàn)采用的模具與重型擊實(shí)法采用的模具基本相同，但壓實(shí)方式和壓實(shí)功有所不同，振動壓實(shí)試驗(yàn)參數(shù)及壓實(shí)功見表5。

表5 振動壓實(shí)試驗(yàn)參數(shù)和擊實(shí)功Table 5 Vibration compaction test parameters and compaction work

無論是振動壓實(shí)法還是傳統(tǒng)的重型擊實(shí)法，都是通過對材料做功使其逐步壓實(shí)，故此混合料的各項(xiàng)性能勢必受到擊實(shí)功差異的影響。兩種成型方式擊實(shí)功對比可以得出：振動擊實(shí)功大約是重型擊實(shí)功的2.20倍。由此可知通過振動擊實(shí)的混合料相比于重型擊實(shí)成型的試件，最大干密度大、孔隙率小。

另外，振動壓實(shí)與現(xiàn)在路面常用的振動壓實(shí)施工工藝接近，都是采用偏振起振，獲得一個高頻的壓實(shí)，采用振蕩傳遞的方法，對需要壓實(shí)的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行揉捻擠實(shí)，使用振動壓實(shí)的方法更能夠代表實(shí)際的壓實(shí)效果，獲得與實(shí)際施工情況更接近的最大干密度和最佳含水量[5]。

2.1.2 不同成型方式下級配RAP料物理、力學(xué)特性

根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)條件，選擇(JTJ 034—2000)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的級配中值(編號為A)和(JTG D 50—2006)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》的級配中值(編號為B)，兩組級配進(jìn)行重型擊實(shí)成型、振動壓實(shí)成型工藝的比較，并檢驗(yàn)其不同成型方式下級配RAP料物理、力學(xué)特性和級配穩(wěn)定性的影響規(guī)律。試驗(yàn)所選級配見表6。

表6 試驗(yàn)所選級配Table 6 Selected gradations in the test

1) 最大干密度和最佳含水率對比

選用表6的級配，每種級配選取5個含水量，測定其濕密度，并算出其干密度，得到含水量與干密度曲線如圖1。振動擊實(shí)法確定的最佳含水率及最大干密度分別為ω(z)和ρdmax(z)，重型擊實(shí)法確定的最佳含水率及最大干密度分別為ω(j)和ρdmax(j)，見表7。

圖1 級配A和級配B的含水量-干密度曲線Fig. 1 Moisture content and dry density relation curve of grade A and grade B

表7 最大干密度和最佳含水率對比Table 7 Comparison between the maximum dry density and the optimum moisture content

從表7可以看出，級配RAP料采用振動壓實(shí)獲得的最大干密度大約是重型擊實(shí)獲得的最大干密度的1.036～1.048倍，平均為1.042倍，而振動壓實(shí)獲得的最佳含水量略低于重型擊實(shí)的最佳含水量。

2) 試件成型前后礦料級配變化規(guī)律

試件成型過程會造成集料破碎，為了解級配RAP料試件在成型過程中的級配變化規(guī)律，筆者按表6取兩種成型方式下的最佳含水量下的成型試件，試件成型前后級配曲線見圖2。從圖2可以看出，無論采用何種級配，試件以振動成型時，級配在試件成型前后變化較小，而試件以重型擊實(shí)成型時，級配在試件成型前后變化較大。這是由于重型擊實(shí)成型和振動成型的壓實(shí)機(jī)理有所不同，試件采用重型擊實(shí)法成型時，混合料顆粒無法大幅度移動，部分集料破碎；而試件采用振動法成型時，在高頻振動作用下混合料被液化壓密，試件內(nèi)的集料發(fā)生破碎較少。兩種成型方法，從試件成型前后礦料級配變化規(guī)律對比可以看出，振動法成型試件更具有代表性和可靠性，與現(xiàn)場碾壓更加相符。

圖2 試件成型前后級配變化曲線Fig. 2 Gradation change curve of specimen before and after modeling

3) 最佳含水量下的CBR值對比(表8)

表8 最佳含水量下的CBR值對比Table 8 CBR contrast with the optimum moisture content %

由表8可得到，不同級配類型的RAP料振動成型試件的 CBR是重型擊實(shí)法成型試件CBR的1.73～1.87倍，平均約為1.8倍。

2.2 級配組成設(shè)計研究

2.2.1 級配RAP料最大粒徑的選擇

級配RAP料最大粒徑的選擇同樣參照級配碎石的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在(JTJ 034—2000)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中以CBR為指標(biāo)，對比分析了最大粒徑為37.5、31.5、26.5 mm的級配碎石混合料，對比結(jié)果表明：級配最大粒徑取37.5或31.5 mm，獲得的CBR值都比較高，同時從施工的角度分析，最大粒徑為37.5 mm的級配和最大粒徑為31.5 mm的級配對比，混合料離析嚴(yán)重，故此實(shí)體工程中級配碎石基層混合料最大粒徑通常采用31.5 mm，而最大粒徑為26.5 mm的集料用在半柔性基層路面結(jié)構(gòu)中比較多[6]。故此從抗變形性能和離析的角度考慮，級配RAP料所選最大粒徑為31.5 mm。

2.2.2 級配RAP料級配組成設(shè)計

將銑刨料(RAP料)通過添加新集料改善級配后形成級配RAP料，其強(qiáng)度主要體現(xiàn)在材料的黏結(jié)力和內(nèi)摩阻力。再生級配RAP料和傳統(tǒng)的冷再生(水泥冷再生或泡沫瀝青冷再生等)再生工藝并不相同，其內(nèi)并不添加任何再生劑來增強(qiáng)其黏聚力，所以提高其強(qiáng)度的途徑就只能從提高其內(nèi)摩阻力入手。為了提高級配RAP料的內(nèi)摩阻力，除了要求有優(yōu)質(zhì)原材料之外，另外還要求有良好的骨架密實(shí)型級配，即粗集料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)其空隙恰好由細(xì)集料填充[7]。因此，影響級配RAP料強(qiáng)度的一個重要因素便是其級配組成。

1) 級配RAP料級配的初步優(yōu)化

級配RAP料級配優(yōu)化的原則：粗骨料形成骨架，保證級配RAP料的強(qiáng)度以及抗變形能力，細(xì)集料數(shù)量恰好填充于粗集料骨架空隙中且不產(chǎn)生干涉，保證級配RAP料的密實(shí)度以及穩(wěn)定性，還要從施工易于攤鋪、壓實(shí)以及經(jīng)濟(jì)性角度考慮優(yōu)化級配，另外，為了最大限度模擬壓實(shí)效果，試件均采用振動成型。

級配RAP料級配設(shè)計步驟：以干涉理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行粗集料級配的設(shè)計，使用逐級填充方法使粗集料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)；再以最大密度曲線理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行細(xì)集料級配的設(shè)計，運(yùn)用理論計算方法—I法使細(xì)集料填充于粗集料骨架空隙之間形成較強(qiáng)的黏聚力；混合料中粗細(xì)集料的比例設(shè)計，粗集料級配與細(xì)集料級配設(shè)計結(jié)果，采用最大干密度與強(qiáng)度雙優(yōu)化指標(biāo)優(yōu)選級配，使設(shè)計級配形成強(qiáng)嵌擠骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)[8]。

① 粗集料級配的確定。以干涉理論為基礎(chǔ)，分別采用振動壓實(shí)法和重型擊實(shí)法對粗集料進(jìn)行逐級填充試驗(yàn)，將空隙率最小作為判別指標(biāo)，來確定粗集料的級配。粗集料分為D1(19.0～31.5 mm)、D2(9.5～19 mm)、D3(4.75～9.5 mm)3種規(guī)格。

將D2集料按D1集料用量的 5%逐級遞增內(nèi)摻到D1集料中，進(jìn)行重型擊實(shí)以及振動擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3(a)，接著將D3粒徑的集料按D1和D2集料總用量的5%逐級遞增內(nèi)摻到D1和D2集料中，進(jìn)行重型擊實(shí)以及振動擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3(b)。

圖3 逐級填充曲線Fig. 3 Progressively filling curve

由圖3(a)可以看出，隨著D2摻量的增大，兩條曲線都呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，說明D2摻量剛開始時能夠起到穩(wěn)定骨架兼密實(shí)的作用，使結(jié)構(gòu)空隙率降低，當(dāng)繼續(xù)增加D2摻量，D2用量過量，使得D1形成的骨架結(jié)構(gòu)遭受到破壞，故空隙率增大。把空隙率最小作為指標(biāo)，運(yùn)用重型擊實(shí)法和振動壓實(shí)方法確定的D1∶D2用量比分別為65∶35、70∶30。由圖3(b)可以看出，隨著D3摻量的增大，兩條曲線也都呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。同樣以空隙率最小為指標(biāo)，運(yùn)用重型擊實(shí)法和振動壓實(shí)方法確定的D1∶D2∶D3用量比分別為48∶27∶25、50∶20∶30。

② 細(xì)集料級配的確定。根據(jù)I法計算不同粒徑細(xì)集料所對應(yīng)的x值，取I=0.7～0.9，計算不同的I值所對應(yīng)的細(xì)集料的級配，見表9。

表9 I法計算細(xì)集料比例Table 9 Fine aggregate ratio calculated by I method

細(xì)集料在級配RAP料中主要是填充粗骨料形成骨架空隙，并使粗集料形成具有一定強(qiáng)度的整體。假如級配RAP料粗集料骨架結(jié)構(gòu)相同，那么起填充作用以及黏結(jié)作用的細(xì)集料的強(qiáng)度，可以間接地反映出整個級配RAP料試件的強(qiáng)度，故此骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性需要細(xì)集料有足夠的強(qiáng)度來保證。級配RAP料細(xì)集料的I值-CBR、I值-抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線見圖4和圖5。由圖4可以看出，細(xì)集料形成的級配RAP料試件CBR值隨著I值的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，并在0.8附近，CBR值出現(xiàn)峰值。由圖5可以看出，細(xì)集料形成的級配RAP料試件抗壓強(qiáng)度隨著I值的增大呈拋物線變化，在I值為0.8時出現(xiàn)峰值。綜合圖4和圖5兩條曲線，可以得出I值在 0.75～0.85 區(qū)間時級配RAP料細(xì)集料試件呈現(xiàn)出較強(qiáng)的抗變形能力。因此，I值取 0.75～0.85較為合適。

圖4 I 值-CBR 關(guān)系圖Fig. 4 Relationship between I and CBR

圖5 I 值-抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖Fig. 5 Relationship between I and compressive strength

③ 粗集料與細(xì)集料的比例研究。根據(jù)確定出的粗集料級配、細(xì)集料級配及粗細(xì)集料比例(55∶45、60∶40、65∶35、70∶30、75∶25)擬定級配，并進(jìn)行不同級配的振動擊實(shí)試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果見表10，表11。

表10 擬定級配Table 10 Protocol gradation

表11 擬定級配的物理力學(xué)特性Table 11 Physical and mechanical properties of the protocol gradation

由表11可以看出，大多數(shù)情況下，試件的干密度和強(qiáng)度同步增大，這是因?yàn)榇旨显诨旌狭现袠?gòu)成了骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，而細(xì)集料恰好填充到空隙中，形成了骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。但也存在干密度大的試件對應(yīng)的強(qiáng)度反而小的情況，這是因?yàn)榛旌狭现写旨媳患?xì)集料包裹，粗集料懸浮于細(xì)集料中而不能形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，混合料空隙率小，故而導(dǎo)致干密度較高，強(qiáng)度反而較低。

④ 初選級配。通過對表11中不同級配的干密度、CBR 強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對比分析，從中選出10組干密度和CBR 強(qiáng)度兩個優(yōu)化指標(biāo)均較好的級配，詳見表12。

表12 10組初選級配Table 12 10 groups of primary grading

2) 基于振動成型的級配RAP料組成設(shè)計

① 集料各篩孔通過率對級配RAP料力學(xué)特性的影響規(guī)律研究

以級配23為基礎(chǔ)研究各規(guī)格集料篩孔通過率對級配碎石力學(xué)特性的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，提出基于振動壓實(shí)的級配RAP料骨架密實(shí)推薦級配。19、4.75、2.36、0.6、0.075 mm 篩孔通過率對力學(xué)特性的影響特性見圖6。由圖6(a)～圖6(c)可以看出，隨著19 mm篩孔通過率的增加，級配RAP料CBR值、抗壓強(qiáng)度以及回彈模量的變化趨勢均呈拋物線趨勢，且峰值均出現(xiàn)在65%附近。綜合3條曲線，19 mm 篩孔通過率推薦為60%～68%。由圖6(d)～圖6(f)可以看出，隨著 4.75 mm 篩孔通過率的增加，級配RAP料的CBR值、抗壓強(qiáng)度以及回彈模量的變化趨勢均呈拋物線趨勢，且峰值均出現(xiàn)在35%附近。綜合3條曲線，4.75 mm 篩孔通過率推薦為 32%～40%。由圖6(g)～圖6(i)可以看出，隨著 2.36 mm 篩孔通過率的增加，級配RAP料的CBR值呈“S”型變化、抗壓強(qiáng)度以及回彈模量均呈拋物線趨勢變化，3條曲線峰值均出現(xiàn)在 30%附近。綜合3條曲線，2.36 mm 篩孔通過率推薦為 24%～32%。由圖6(j)～圖6(l)可以看出，隨著0.6 mm 篩孔通過率的增加，級配RAP料的CBR值、抗壓強(qiáng)度以及回彈模量的變化趨勢均呈拋物線趨勢，且峰值均出現(xiàn)在17%附近。綜合3條曲線，0.6 mm 篩孔通過率推薦為15%～23%。由圖6(m)～圖6(o)可以看出，隨著 0.075 mm 篩孔通過率的增加，級配RAP料的CBR值、抗壓強(qiáng)度以及回彈模量的變化趨勢均呈拋物線趨勢，且峰值均出現(xiàn)在9%附近。綜合3條曲線，0.075 mm 篩孔通過率推薦為 6%～10%。

圖6 19、4.75、2.36、0.6、0.075 mm 篩孔通過率-力學(xué)特性曲線Fig. 6 Relation curve of 19、4.75、2.36、0.6、0.075 mm sieve passing rate and mechanical properties

② 提出基于振動成型的級配RAP料骨架密實(shí)級配

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果(表11、圖6)和成型試件的骨架密實(shí)情況，推薦出基于振動成型的級配RAP料骨架密實(shí)級配，見表13。

表13 基于振動成型提出的骨架密實(shí)級配與規(guī)范級配對比Table 13 Comparison of standard grading and skeleton dense grading based on vibration molding

由表13可以看出，推薦級配和設(shè)計規(guī)范級配以及施工規(guī)范級配相比，具有“三多一少”的特點(diǎn)，即>0.075 mm的集料、<4.75 mm的集料以及>9.5 mm的集料用量多，4.75～9.5 mm的集料用量少，對比3種級配，筆者提出的骨架密實(shí)級配不僅更易于形成強(qiáng)嵌擠力，獲得較高的強(qiáng)度，而且級配波動范圍小，更易于級配設(shè)計的操作。

2.3 纖維種類、尺寸及摻量的研究

長期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明聚酯纖維、木質(zhì)素纖維、聚丙烯纖維、礦物纖維及仿鋼纖維等，可以作為道路建筑材料的纖維添加劑[9]。由于級配RAP料是散體材料，其密度與纖維密度相差較大，故在路用纖維的選擇上除了考慮級配RAP料力學(xué)性能的提高，同時纖維能否均勻地分散于級配RAP料中也需要我們重點(diǎn)考慮。

按照常規(guī)的方法制備混合料，再加水之前，首先將級配RAP料拌合均勻，然后在加入定量的路用纖維干拌，直到纖維均勻地分布，再添加水進(jìn)行濕拌。對成型好的試件，無需養(yǎng)生，立即使用路面材料強(qiáng)度儀對其進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

2.3.1 纖維長度與摻量的選擇

試驗(yàn)混合料級配按照推薦級配中值統(tǒng)一設(shè)置，采用振動壓實(shí)成型試件，以劈裂強(qiáng)度作為纖維優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)。選擇劈裂強(qiáng)度為判別指標(biāo)，是由于級配RAP料摻加纖維前后，劈裂強(qiáng)度的變化比較大，容易判定[10]。試驗(yàn)時采用的壓實(shí)度為 98%，為了保證試驗(yàn)的可靠性，每組成型13個試件，變異系數(shù)要求不大于 20%。

1) 試驗(yàn)方案

① 纖維種類：本項(xiàng)目擬采用仿鋼纖維；

② 尺寸：直徑固定，長度選取1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 cm，共5個尺寸；

③ 纖維的摻量(質(zhì)量比)：0、1‰、2‰、3‰、 4‰，共5種摻量；

④ 評價指標(biāo)：劈裂強(qiáng)度。

2) 纖維摻量和尺寸的確定

試驗(yàn)過程中，課題組首先測定的是不加纖維的級配RAP料的劈裂強(qiáng)度，以空白試件作為基準(zhǔn)，然后再進(jìn)行同一種級配，同一含水量下?lián)郊硬煌w維的級配RAP料劈裂強(qiáng)度的平行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 摻加纖維后的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig. 7 Test results of splitting strength after adding fiber

由圖7可以看出，較低摻量以及適宜尺寸的纖維類型，對于改善級配RAP料劈裂強(qiáng)度效果良好。隨著纖維摻量的增加，劈裂強(qiáng)度隨之先增大后減小。尺寸太小或者過長，其劈裂強(qiáng)度提高愈小。從而得出結(jié)論，纖維長度為 2.5 cm、摻量為 0.1%的級配RAP劈裂強(qiáng)度增加最大，為不摻加纖維的級配RAP料的 149.6%。據(jù)此，以纖維長度2.5 cm，摻量 0.1%優(yōu)化纖維種類。

2.3.2 纖維種類的確定

根據(jù)優(yōu)化的纖維長度，選取4種滿足要求的纖維，以摻量 0.1%進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

1) 試驗(yàn)方案

① 纖維種類：仿鋼纖維、木質(zhì)素纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維、常見普通纖維，一些纖維表面經(jīng)過特殊處理；

② 尺寸：纖維長度 2.5 cm；

③ 摻量：0，0.1%；

④ 評價指標(biāo)：劈裂強(qiáng)度。

2) 試驗(yàn)結(jié)果，見表14，圖8。

表14 不同種類纖維劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 14 Test results of splitting strength of different kinds of fibers

圖8 不同種類纖維劈裂強(qiáng)度對比Fig. 8 Comparison of splitting strength of different kinds of fibers

不同種類的纖維摻入級配級配RAP料后，劈裂強(qiáng)度均有提高，而尤以1號仿鋼纖維(PPTF)劈裂強(qiáng)度提高最為顯著，其劈裂強(qiáng)度提高50%左右。所以筆者選用仿鋼纖維(PPTF)作為級配RAP料的增強(qiáng)纖維。

2.4 最佳含水量、最大干密度的確定

按照筆者提出的基于振動成型的級配RAP料組成設(shè)計，通過添加新集料來改善級配，并摻加1‰的仿鋼纖維(PPTF)，采用振動成型方式，制備高性能RAP料，同時設(shè)置對比組，按照施工規(guī)范、設(shè)計規(guī)范連續(xù)級配及設(shè)計規(guī)范間斷級配，制備高性能RAP料試件，確定其最大干密度及最佳含水量，為后續(xù)高性能RAP料的路用性能研究埋下伏筆。

選用表15的級配，每個級配選取5個含水量，測定其濕密度，并算出其干密度，試驗(yàn)結(jié)果見表16。

表15 試驗(yàn)所選級配Table 15 Selected grading in test

表16 不同級配最佳含水量、最大干密度對比Table 16 Comparison of the optimum water content and the maximum dry density of different gradations

從表16可以看出，筆者提出的骨架密實(shí)級配的最大干密度值均高于施工規(guī)范和設(shè)計規(guī)范級配。在最佳含水率下，按98%壓實(shí)度以推薦級配成型的高性能RAP料試件的最大干密度值約為施工規(guī)范級配的1.007倍，設(shè)計規(guī)范連續(xù)級配的1.027倍，設(shè)計規(guī)范間斷級配的1.002倍，表明筆者基于振動成型推薦的級配的確具有良好的密實(shí)度。

3 結(jié) 論

1) 對不同成型方式下級配RAP料物理、力學(xué)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明使用振動壓實(shí)的方法更能夠代表實(shí)際的壓實(shí)效果，因此室內(nèi)采用振動成型對高性能RAP料進(jìn)行配合比設(shè)計更為合理。

2) 提出了基于振動成型的高性能RAP料骨架密實(shí)級配，采用該級配振動成型的高性能RAP料試件與采用施工規(guī)范級配以及設(shè)計規(guī)范級配成型的高性能RAP料試件相比，物理力學(xué)特性更加優(yōu)良。

3) 對路用纖維種類、尺寸及摻量進(jìn)行了分析，結(jié)果表明纖維長度為 2.5 cm，摻量為1‰的仿鋼纖維作為高性能RAP料的增強(qiáng)纖維，劈裂強(qiáng)度提高最為顯著。

4) 高性能RAP料作為柔性基層使用，不僅增加了改建道路基層類型，消除了反射裂縫問題，延長了瀝青路面使用壽命，同時可以充分利用舊路材料，有著巨大的經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益。

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(責(zé)任編輯：譚緒凱)

Mixture Proportion Design of High-Performance RAP Materials

SONG Jinhua，JI Yuping，LIU Zhilei，ZHANG Xuesong，NI Dongxu

(School of Traffic & Civil Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，P.R.China)

Firstly，the physical and mechanical properties of gradation RAP material were compared and analyzed in the vibration compaction and heavy hammer compaction tests; and the method of vibration compaction was ensured to be more representative for the actual compaction effect.Secondly，the particle interference theory was used to optimize the coarse aggregate gradation and the maximum density curve theory I method was used to optimize the fine aggregate gradation.Thirdly，the gradations with excellent physical and mechanical properties were proposed preliminarily by changing the ratio of coarse aggregate and fine aggregate and optimizing the gradation with double optimization index，that is the maximum dry density and strength.On the above basis，the regularity for the influence of the sieve pore passing rate on the mechanical properties of gradation RAP material was further researched.Fourthly，according to the principle of the optimal mechanical properties，the skeleton dense gradation of gradation RAP material was put forward on the base of the vibration molding.Finally，taking the split strength as index，the imitated steel fiber (PPTF) with the length of 2.5 cm and the content of 1 ‰ was proposed to be the reinforcement fiber of high-performance RAP material.

highway engineering; high-performance RAP material; mixture proportion design; the particle interference theory; the maximum density curve theory I method

2016-01-24；

2016-12-26

宋金華(1960—)，男，河北衡水人，教授，主要從事路基路面方面的研究。E-mail：sjhua168@163.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.06.06

U416.21

A

1674-0696(2017)06-038-10