基于水泥添加剂的全深式就地冷再生力学性能研究

2017-05-18 12:32杨万红
科技视界 2016年19期
关键词:添加剂水泥

杨万红

[摘要]首先通过就地冷再生机WR2500S进行现场铣刨取样,然后进行室内废旧混合料配合比设计;根据击实试验,确定最大干密度以及最佳含水量;根据最佳含水量以及最大干密度成型试件后进行养护;然后测试试件无侧限抗压强度以及劈裂强度。试验结果表明:以水泥为添加剂的全深式就地冷再生无侧限抗压强度、劈裂强度均满足规范对高速公路基层的强度要求,随着水泥剂量的增加,冷再生混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度也相应的增加:冷再生混合料铣刨筛分后其通过率满足规范要求且无侧限抗压强度符合水泥稳定类材料作为底基层及二级公路基层的要求后可不进行新骨料的添加。

[关键词]水泥:添加剂:无侧限:全深式:就地冷再生

0引言

沥青路面废旧料再生利用技术是将原有的旧沥青路面以及部分基层经过铣刨、破碎、拌和、摊铺以及碾压而形成满足一定的路用性能的一整套施工工艺。沥青路面废旧料再生利用技术主要分为热再生和冷再生两大类,其中热再生又分为厂拌热再生和就地热再生,冷再生又分为厂拌冷再生和就地冷再生,其中就地冷再生根据再生厚度以及再生结构层的不同又可分为沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生。在冷再生废旧混合料中水泥是一种比较常用的添加剂,其作用主要表现在两个方面:改变废旧混合料中土的塑性,使其随着龄期的增长,塑性指数减小:增加废旧混合料的强度和稳定性,并随着水泥剂量的增加,其强度和稳定性增强。在冷再生废旧混合料中最大水泥剂量不宜超过6%。

1试验部分

1.1原材料

试验中所需冷再生废旧混合料均为国道312线鸡儿嘴至清水驿段维修改造工程中采用维特根WR2500S冷再生机全深式铣刨20em原来的旧沥青混凝土路面所得(包括部分基层)。通过四分法进行取样并对冷再生废旧混合料筛分,结果见表1。试验所需的添加剂水泥为复合硅酸盐缓凝水泥,强度等级为32.5MPa。

由表l可以看出,铣刨料的级配组成满足规范要求。5mm以下占39.7%,5-10mm占24.4%,10-20mm占28.2%,19mm以上占7.7%,因此并不需掺加新的骨料。因此,根据筛分结果,依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009进行击实试验。按四种水泥剂量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%,每种水泥剂量冷再生混合料分别对应含水量为5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%。采用重型击实试验方法分别确定不同水泥剂量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度。根据每种水泥剂量对应的最佳含水量以及最大干密度成型无侧限抗压强度试件以及劈裂强度试件。在标准养护条件下(温度20±2℃、湿度≥95%):无侧限抗压强度试件养生6天,浸水1天;劈裂强度试件养生89天,浸水1天。最后测定其无侧限抗压强度值和劈裂强度值。

2试验结果与分析

按四种水泥剂量3.0%、4.0%、5.0%、6.0%,每种水泥剂量冷再生混合料分别对应含水量为5.0%、6.0%、7.0%、8.0%和9.0%,采用重型击实试验方法分别确定不同水泥剂量冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度,并根据所确定的最大干密度以及最佳含水量,按97%的压实度控制密度制备无侧限抗压强度及劈裂强度试验试件,结果见表2、表3。

由表3以及图1、图2可以看出,随着水泥剂量的增加,冷再生混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度也相应的增加。说明水泥为添加剂的冷再生混合料无侧限抗压强度和劈裂强度受水泥剂量的影响较大。水泥添加剂在冷再生混合料中起提高冷再生材料的强度和稳定性的作用。当水泥剂量由3%增加到4%时无侧限抗压强度增幅最大,增幅为50%,往后随着水泥剂量的增加其增幅较小:当水泥剂量由5%增加到6%时劈裂强度增幅最大,增幅为29.7%,在其他两个水泥剂量时增幅较小。这是因为水泥的凝结和硬化是一个复杂的物理一化学过程,取决于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等四种矿物组成。这四种矿物在遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物,这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构,从而产生强度。水泥剂量增加的同时也增加了这四种矿物成分的比例,它们在水化過程中生成了许多胶体大小范围的结晶体(如Ca(OH)2)包裹在水泥颗粒表面,随着水化反应的继续进行,水泥颗粒表面不稳定的包裹层开始破坏使得水化反应加速,新的、更加稳定的水化物结晶体从饱和溶液中析出,依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构。随后,水化反应继续进行,结晶体不断充满冷再生混合料一水泥体系的结构空间中,冷再生混合料的结构强度也因此不断得到增长。

由表3和图3可以看出,随着水泥剂量的增加无侧限抗压强度代表值也在增大。对水泥剂量与无侧限抗压强度代表值进行线性回归,得到线性方程:Y=1.468X-2.9713(相关系数R2=0.98493),根据规范无侧限抗压强度大于2.0MPa的要求进行反推得到水泥剂量为3.5%,全深式就地冷再生施工属于路拌法,故最佳水泥剂量比室内试验确定的最佳水泥剂量多1.0%,最终确定全深式就地冷再生施工水泥剂量为4.5%。

3结论

1)随着水泥剂量的增加,冷再生混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度也相应的增加,

2)基于水泥添加剂的全深式就地冷再生混合料室内试验结果表明,在规范确定的级配范围内。冷再生混合料的7d无侧限抗压强度在水泥剂量为3.5%时就可以满足要求,劈裂强度在0.2-0.6MPa之间。

3)冷再生混合料铣刨筛分后,5mm以下占40%、5-10mm占24%、10-20mm占28%、19mm以上占8%,其通过率满足规范要求且无侧限抗压强度在水泥剂量3.5%时,符合水泥稳定类材料作为底基层及二级公路基层的要求,

4)冷再生混合料在其水泥剂量不超过6%的情况下,无侧限抗压强度满足规范要求后,合成级配在规范级配上下限之间时可不进行新骨料的添加。

[责任编辑:杨玉洁]

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