胡忠辉1，贾致荣2，张文刚2，袁中玉1，高 磊1
（1．山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255049;2．山东理工大学建筑工程学院，山东 淄博 255049）
[摘要]为研究再生集料应用于高等级道路基层的可行性，对比测试了天然集料与再生集料的各项指标，进行了再生水泥稳定碎石路用性能试验研究，并铺筑了苏北地区某一级公路基层试验路。结果显示：再生集料满足路面基层材料的技术要求；水泥剂量4.5%、全再生集料水泥稳定碎石抗压强度满足规范及设计要求；再生水泥稳定碎石干缩系数较大，工程中需注意早期养护；试验路通车3个月后调查，没有发现明显开裂。
[关键词]公路工程；基层；再生集料；水泥稳定碎石
[中图分类号]U414. 26；U414 [文章编号]1002-8498(2016)07-0126-04
0 引言
水泥混凝土铺装的道路在公路与城市道路中都占有一定比例，约占中国公路总里程的39%。道路改扩建工程产生的废旧水泥混凝土路面板体量巨大，每年仅国省干线公路大中修产生的废旧水泥路面材料就达3 000万t，过去处理废旧混凝土路面板的做法主要是郊外填埋和露天堆放，造成严重的资源浪费、土地占用和环境破坏。
我国道路结构中绝大多数采用无机结合料稳定的半刚性基层。杨俊等对再生集料性能的研究结果表明，再生集料各项主要指标都达到了路面基层对材料性能的要求。刘陵庆研究结果表明，化学活化的方法可显著降低再生集料的压碎值和吸水率。张超等研究发现再生集料中的结合水会在高温下散失，所以通过击实试验得到的最佳含水率应根据再生集料高温失水率进行修正。扈惠敏等推荐用体积法进行混合料级配设计，试验研究结果表明骨架密实型结构抗压强度对细集料的用量变化比较敏感。顾小安等研究指出，水泥稳定再生集料的长期强度增长比水泥稳定天然集料更明显，且再生集料能柔化水泥稳定混合料的刚性，可以改善半刚性基层抵抗变形的能力。国内外开展了一些废弃水泥混凝土回收循环利用的研究，侧重于实验室研究，但在苏北地区实际工程中的应用研究案例还很少。
本文主要以苏北地区某国道大修工程项目为依托，进行废弃水泥混凝土路面板再生集料物理指标及水泥稳定再生集料性能的研究并铺筑基层试验路，以探讨再生集料用于苏北地区道路水泥稳定基层和底基层的可行性。
1 原材料性能
1.1 水泥性能
试验用水泥采用中联P.0 42.5缓凝水泥，其性能指标检测值及技术要求如表1所示，各项指标均满足试验要求。
1.2再生集料性能
废弃水泥混凝土路面板经破除、二级破碎、筛分等工序产生出5种规格的再生粗集料，按粒径从大到小分别为：26.5~31. 5mm（1号料），19~26.5 mm（2号料），9.5~19mm（3号料），4.75~9.5 mm（4号料）和0~4.75mm（5号料）。测试再生集料的主要性能指标，并取相同粒径的天然集料对照测试相应指标，粗集料技术性质对比如表2所示，细集料技术指标对比如表3所示。
由表2和表3可知，再生集料的表观密度低于天然集料，吸水率和压碎值都明显高于天然集料，这是由于再生集料附着的水泥石内部及表面内部有较多孔隙，并且废弃水泥混凝土路面板经过长期行车荷载作用及再生集料生产过程中碾压撞击作用，造成再生集料产生较多微小裂缝；再生粗集料的针片状含量高于天然集料，这是由于废弃水泥路面板是由原天然粗细集料和水泥胶黏在一起形成，内部均一性不如天然石料，所以再生集料生产中形成较多针片状集料颗粒；再生细集料砂当量低于天然集料，这是现场破除水泥板及破碎厂破碎过程中有泥土掺人导致的；风干的再生集料放在高温下会有明显的质量损失，这是再生集料中的水泥石所含的大量结合水在高温环境下散失造成的。
总的来说，虽然再生集料各项性能均不同程度低于天然集料，但仍能满足公路路面基层施工技术规范中的材料技术要求。
2 级配与配合比
2.1 再生集料级配
水泥稳定粒料半刚性路面基层的集料级配分为骨架空隙型、骨架密实型和悬浮密实型3种，在其他条件（水泥剂量、养护条件等）相同的情况下，骨架密实型级配水泥稳定粒料基层承载力和水稳定性最高，并且温缩系数和干缩系数较小。
再生集料各项性能均基本满足路面基层材料的技术要求，故混合料集料拟全部采用再生集料，再生集料的筛分结果如表4所示。本试验采用骨架密实型级配，调整各档再生集料的比例为1号料：2号料：3号料：4号料：5号料=5：32: 23:10: 30时合成级配在骨架密实型级配范围内，骨架密实型级配范围及合成级配如表4、图1所示。
2.2击实试验
试验结果满足C v≤15%的规范要求，且随水泥剂量增大C v呈减小趋势，说明随着水泥用量的增加，水泥在混合料中分布越均匀，集料间黏结越牢固，试件受压破坏时的最大压力离散性越小。由图2可知，水泥剂量与Rc0.95，近似呈线性相关关系；当水泥剂量为4. 5%时，水泥稳定再生集料Rc0.95达到3. 72MPa，满足规范对各类交通荷载等级公路路面基层和底基层抗压强度的要求。
2.4干缩与温缩试验
4. 5%水泥剂量的水泥稳定全再生集料干缩试验表明，平均于缩系数为122×10-6而全天然集料的水稳碎石平均干缩系数为103×10-6说明需要更加注重再生集料基层的早期养护。
4. 5%水泥剂量的水泥稳定全再生集料温缩试验表明，在温度区间- 20~ 600C范围，平均温缩系数为13. 54×10-6而全天然集料的水稳碎石平均温缩系数为12. 85×10-6说明全部再生集料温缩系数与天然集料温缩系数差异不大。
3试验路铺筑
3.1 工程概况
苏北地区某国道属一级公路，是我国南北向的公路运输大通道，在国家公路网中有着重要的地位和作用。大修路段原为双向4车道水泥混凝土路面，水泥混凝土路面板厚24cm，2009年在原水泥混凝土路面病害治理后直接加铺水泥稳定基层和沥青面层，改造为双向6车道沥青混凝土路面。经近5年的使用，路面出现了大量纵横向裂缝、唧泥、车辙等病害。在该国道此次大修工程中，利用原路面水泥混凝土路面板生产再生集料，根据以上研究结果，铺筑水泥稳定再生集料基层试验路，检测水泥稳定再生集料在路面基层的工程应用效果。
3)水泥剂量为4. 5%时，骨架密实型水泥稳定再生集料7d无侧限抗压强度代表值达到3.72MPa，满足高等级公路基层和底基层抗压强度的相关规范要求。
4)干缩试验表明，水泥稳定再生集料基层的干缩系数大于水泥稳定天然集料，所以工程施工过程中应特别注意早期养护。
5)初步研究发现，现场取样测试抗压强度满足规范要求，全部集料为再生集料、水泥剂量为4. 5%的再生水泥稳定碎石可用于苏北地区高等级路面基层和底基层铺筑。
