邢峰 蘇洪建 蔣應(yīng)軍 朱保鋒 田甜

（1.中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710061；2.長安大學特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064）

0 引言

瀝青拌合樓將瀝青、石料、結(jié)合料等根據(jù)一定配比加工成瀝青混合料，產(chǎn)生大量的粉塵，通常粒徑都小于0.075mm，稱為回收粉塵，簡稱回收粉。我國規(guī)范[1]提出瀝青拌合樓回收粉可作為部分礦粉回收使用，但其用量不能超過填料總用量的25%。Lin等[2]分析了不同集塵灰及礦粉的粒徑分布、比表面積等物理參數(shù)對針入度、粘度、水穩(wěn)定性和動態(tài)模量的影響。朱三棣等[3]認為回收粉不僅符合礦粉的質(zhì)量要求，而且堿性更強，更有利于瀝青與礦料的粘結(jié)?？v觀國內(nèi)外現(xiàn)狀，相關(guān)研究工作主要集中在回收粉對瀝青混合料力學性能的影響方面，極少涉及回收粉在水泥穩(wěn)定材料中的應(yīng)用研究。若在半剛性基層中摻一定劑量回收粉后其性能仍滿足使用要求，則意味著不僅可以推出一種新的回收粉塵的處理辦法，且提出了一種新的路面結(jié)構(gòu)類型。

本文采用垂直振動法，研究瀝青拌合樓回收粉對水泥穩(wěn)定碎石的抗凍性能、抗沖刷性能等耐久性的影響，以供工程實踐參考。該研究具有可觀的開發(fā)利用前景，對能源的生產(chǎn)和資源的利用、環(huán)境保護以及土地利用率有重要意義。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 回收粉

回收粉取自陜西省安康市，其技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 回收粉技術(shù)參數(shù)

1.1.2 集料

集料取自陜西省安康市，集料的粒徑分為四種：19～37.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm，技術(shù)參數(shù)略。

1.1.3 水泥

水泥采用陜西盾石牌P·O42.5水泥，技術(shù)參數(shù)略。

1.2 礦料級配

本研究用水泥穩(wěn)定碎石礦料級配見表2所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 試件成型方法

采用垂直振動壓實儀成型Ф150mm×150mm的圓柱體試件。

根據(jù)本課題組有關(guān)振動壓實試驗法的大量研究，選取的振動擊實試驗儀的參數(shù)配置為：工作重量為3.0±0.4kN，其中上車系統(tǒng)重為1.2±0.2kN，下車系統(tǒng)重為1.8±0.2kN，激振力為7.6±0.2kN，振動擊實試驗儀采用的振動頻率為30±2Hz，名義振幅為1.4±0.2mm。

1.3.2 性能測試標準

凍融循環(huán)試驗、沖刷試驗和干縮性能均按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）進行。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 抗凍性能

2.1.1 凍融循環(huán)試驗結(jié)果

摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石凍融后的強度劣化系數(shù)見表3所示。

表3 不同凍融次數(shù)下試件的凍融強度劣化系數(shù)

假定凍融循環(huán)作用下的摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石存在強度劣化系數(shù)方程，且滿足：（1）N=0時，ηDN=ηD0；（2）N=∞時，ηDN=ηD∞；（3）ηD0＞ηD∞等3個邊界條件。

其中，N——凍融循環(huán)次數(shù)；

ηDN——凍融循環(huán)N次后的強度劣化系數(shù)；

ηD0——未經(jīng)凍融循環(huán)時的強度劣化系數(shù)，即為1；

ηD∞——極限凍融強度劣化系數(shù)。

根據(jù)上述3個邊界條件，建立摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石凍融后強度劣化系數(shù)方程，見式（1）。

式中：

ξ——方程待定回歸參數(shù)。

2.1.2 抗凍性能影響因素

（1）回收粉摻量。由表3可知，各水泥劑量下回收粉摻量對凍融劣化系數(shù)影響較小，劣化系數(shù)均大于0.8，即回收粉摻量對水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能影響較小。

（2）凍融次數(shù)。摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石凍融劣化系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)變化見圖1所示。如圖1所示，隨凍融循環(huán)次數(shù)增加，不同回收粉摻量、水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石強度劣化曲線的形狀極其相似：凍融循環(huán)5次前強度劣化速率較快，凍融循環(huán)5次后強度劣化趨于平緩，且各自隱藏著一條相應(yīng)的水平漸近線，該漸近線即為摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石極限凍融強度劣化系數(shù)ηD∞。這可能由于凍融次數(shù)小于5次時，水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部的孔隙壁迅速且大量被破壞，孔隙迅速擴張；超過5次后，水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)的孔隙壁擴張速率減慢，隨著凍融次數(shù)再增加，由凍融循環(huán)造成的水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部孔隙增長已達到極限，孔隙不再擴張，或者擴張速率非常緩慢。

圖1 凍融強度劣化系數(shù)-循環(huán)次數(shù)關(guān)系圖

（3）水泥劑量。通過對摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石極限凍融強度劣化系數(shù)ηD∞隨水泥劑量變化趨勢分析，可知凍融劣化系數(shù)隨水泥劑量的增大線性增大，即隨水泥劑量的增大，水泥穩(wěn)定碎石抗凍性能逐漸提高。這可能因為水泥劑量增大時，水泥穩(wěn)定碎石中集料間的粘結(jié)力增大，水泥穩(wěn)定碎石試件內(nèi)部更加密實，抵抗凍融循環(huán)能力更強。

2.2 抗沖刷性能

2.2.1 沖刷試驗結(jié)果

摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石經(jīng)沖刷試驗后的質(zhì)量損失系數(shù)見表4所示。

表4 不同沖刷時間后試件的質(zhì)量損失系數(shù)

2.2.2 抗沖刷性能影響因素

（1）回收粉摻量。各回收粉摻量下水泥穩(wěn)定碎石沖刷后的質(zhì)量損失系數(shù)見圖2所示。

圖2 沖刷質(zhì)量損失-回收粉摻量關(guān)系圖

由圖2可知，隨回收粉摻量的增加，水泥穩(wěn)定碎石的質(zhì)量損失系數(shù)逐漸上升?；厥辗蹞搅啃∮?%時，質(zhì)量損失系數(shù)緩慢增加，當摻量大于5%時，質(zhì)量損失系數(shù)增長速率加快。這可能由于回收粉摻量較小時，回收粉具有微填充作用，可以填充進水泥穩(wěn)定碎石的骨架中，使得水泥穩(wěn)定碎石的干密度增大，密實結(jié)構(gòu)受到?jīng)_刷作用后，對位于其內(nèi)部空隙中的細集料起到約束作用，導致其沖刷量較少；但過多的回收粉會將水泥穩(wěn)定碎石試件粗骨料形成的骨架結(jié)構(gòu)撐開，使其干密度下降，且回收粉較多會導致沖刷表面細顆粒增多，故水泥穩(wěn)定碎石沖刷后的質(zhì)量損失系數(shù)增大。

（2）沖刷時間。通過分析摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石沖刷后的質(zhì)量損失系數(shù)與沖刷時間的關(guān)系可知，沖刷時間為0～15min時，各回收粉摻量下水泥穩(wěn)定碎石的質(zhì)量損失系數(shù)上升最快，即質(zhì)量損失最多；沖刷20min后，其質(zhì)量損失減少速率下降；當沖刷25min以后，其質(zhì)量損失非常緩慢，其質(zhì)量劣化系數(shù)趨近于一條直線。

（3）水泥劑量。沖刷30min時，摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石沖刷后質(zhì)量損失系數(shù)隨水泥劑量的變化見圖3所示。由圖3可知，摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石沖刷后的質(zhì)量損失系數(shù)隨水泥劑量增大線性降低，即隨水泥劑量的增大，水泥穩(wěn)定碎石抗沖刷性能逐漸提高。

圖3 質(zhì)量損失系數(shù)-水泥劑量關(guān)系圖

3 結(jié)束語

（1）研究凍融循環(huán)作用下?lián)交厥辗鬯喾€(wěn)定碎石強度劣化特性，結(jié)果表明：凍融交替過程中在水和低溫的共同影響下，水泥穩(wěn)定碎石強度不斷劣化，凍融循環(huán)5次后強度劣化趨于平緩。

（2）研究摻回收粉水泥穩(wěn)定碎石抗沖刷性能，結(jié)果表明：回收粉摻量小于5%時，質(zhì)量損失系數(shù)緩慢增加，當摻量大于5%時，質(zhì)量損失系數(shù)增長速率加快；沖刷時間為0～15min時，各回收粉摻量下水泥穩(wěn)定碎石的質(zhì)量損失系數(shù)上升最快，沖刷20min后，其質(zhì)量損失減少速率下降，當沖刷25min以后，其質(zhì)量損失非常緩慢，其質(zhì)量損失系數(shù)趨近于一條直線。