高等级沥青路面冷再生基层配合比设计与路用性能试验研究

摘要：论文依托工程实例，对高等级路面的沥青路面冷再生基层混合料配合比进行了设计，并对沥青路面冷再生基层材料的路用性能进行了试验，最后分析了沥青冷再生基层材料疲劳试验及结果。

关键词：冷再生基层；配合比；路用性能

中图分类号：U416.217文献标识码： A

合理的材料组成和配合比设计能够保证路面基层混合料具有足够的强度、刚度、稳定性、耐久性以及良好的抗疲劳性能，是沥青路面设计的重要环节。冷再生基层混合料由沥青路面旧料、新添料和结合料组成，组成成分较为复杂，因此，对其进行配合比设计非常重要。进行冷再生基层混合料配合比设计的主要工作就是选取再生骨料级配和确定结合料类型、剂量以及最佳含水量。

1沥青路面冷再生基层混合料配合比设计

1.1项目概况

厦门至成都国家高速公路江西赣州至崇义段建设项目BP1合同段全长35.02km，起终桩号K99+560~K534+586.784，工程量主要包括沥青混泥土上面层78.79万平方米，沥青混泥土下面层43.52万平方米，沥青稳定碎石上基层39.30万平方米；水稳中基层49.22 万平方米，水稳下基层42.14万平方米，底基层50.79万平方米，本合同段历时22个月。

1.2混合料配合比设计

(1) 冷再生混合料的级配调整

一般来说，为了改善旧路面材料的性能，使其最终满足规范中对路用性能的要求，通常是采用添加新骨料来调整级配的方式。交通部《公路沥青路面再生技术规范》UTGF41-2008)第5.6条规定了无机结合料冷再生材料的级配范围。RAP-S型材料破碎较为严重，需要进行级配调整。试验采用调整级配后的新混合料，新旧材料质量比例取1: 3.骨料由RAP旧路面材料以及新添加的碎石材料两种级配材料组成。最终的级配曲线如图1所示。

图1RAP-S型材料改善级配

(2)结合料类型与剂量

试验采用两种结合料，即水泥和二灰。RAP-S型和RAP-BS型材料结合科的剂量剂分别为：以水泥作为冷再生材料的结合料时，水泥剂量取值分别为3%、4%、5%、6%和7%。以石灰作为冷再生材料的结合料时，石灰、粉煤灰及母料的比例取俱分别为3：12：85，5:10: 85, 7:8:85，5:15:80 和7:16:77.

1.3最佳含水量和最大干密度试验

基于冷再生基层施工作业的普遍状况，选择RAP-BS型材料作为疲劳试验的RAP旧料，以水泥为稳定剂，水泥掺入量采用5%，以保证冷再生混合料的各项指标均满足规范要求。RAP-BS型冷再生材料配合比设计中采用相同稳定剂掺入量，不同的碎石及RAP旧料的掺入比例，具体方案如表1所示。表中CR-0、CR-20及CR-40分别表示冷再生材料碎石的掺入量为0、20%及40% (CR为Cement-RAP缩写），CG (CG为Cement Stabilized Gravel的缩写）代表水泥稳定碎石。

表1RAP-BS型材料的最佳含水量与最大干密度

对RAP-BS型冷再生混合料进行马歇尔击实试验，确定最佳含水量与最大干密度。表2给出了 RAP-BS型材料的最大干密度和最佳含水量。

表2RAP-BS型材料的最佳含水量与最大干密度

2 沥青路面冷再生基层材料的路用性能试验

2.1 RAP-S型冷再生材料路用性能试验

(1)无侧限抗压：强度

由图2可以看出，随着龄期的增长，二灰稳定类材料强度均有所增加。配合比和加载龄期均相同的情况下，二灰稳定碎石的强度略高于二灰稳定冷再生材料。

由图3可以看出，随着加载龄期的增长，RAP-S型二灰稳定冷再生材料无侧限抗压强度均有所增加，早期强度增加率较大，后期强度增加率较小，曲线接近水平。当材料中石灰的掺入量不变时，以粉煤灰代替部分冷再生骨料后，其无侧限抗压强度值有所降低。

图2 RAP-S型二灰冷再生材料和二灰碎石无侧限 图3 RAP-S型二灰稳定类混合料无侧限抗

抗压强度随龄期变化曲线 压强度随龄期变化曲线

(2)劈裂强度试验

结果显示，随着龄期的增长，两种材料的劈裂强度均有所增长。二灰稳定碎石早期强度增长率要大于二灰稳定冷再生材料，后期强度增长率趋势则相反。在同一龄期下，当加载龄期大于90天时，二灰稳定碎石劈裂强度值大于二灰稳定冷再生材料。加载龄期小于90天时，两种材料的劈裂强度没有对比规律。

(3)抗压回弹模景试验

实验结果表明不同的水泥及二灰掺量下，常规半刚性材料的回弹模量值均高于冷再生材料的回弹模量值，水泥稳定类材料回弹模量差值要大于二灰稳定类材料的回弹模量差值。

2.2RAP-BS型冷再生材料路用性能试验研究

（1）劈裂强度结果和分析

RAP-BS型材料要进行疲劳试验，为此对添加不同比例新料的二种冷再生材料进行劈裂强度试验，试验选用水泥的掺入量为5%,采用碎石为新添骨料，掺入量分别为0%、20%和40%，实验结果显示对于不同的加载龄期，水泥稳定冷再生材料的勞裂强度随着碎石掺入量的增加而增大，且早期（龄期小于28天）强度增长率亦随碎石掺入量的增加而增加，后期强度增长率趋于平缓。

(2)抗压回弹模量试验结果分析

分别选用RAP-BS冷再生材料和碎石作为骨料，以水泥和二灰作为结合剂，采用两种配合比制备试件并进行抗压回弹模量试验，结果显示水泥稳定RAP-BS型冷再生材料的回弹模量值会随碎石掺入量的增加而增大。

3 沥青冷再生基层材料疲劳试验及结果分析

由图4和图5可以直观地看出，在图示应力比范围内，水泥稳定碎石的疲劳寿命均优于冷再生混合料，在路面上常见的应力强度比范围内即应力强度比较小时，水泥稳定碎石的疲劳寿命是冷再生混合料的几百倍或更多。但当冷再生材料中添加了40%碎石后抗疲劳性能有了明显的提高，且在低应力比的条件下基本接近了水泥稳定碎石的疲劳寿命，说明在冷再生料中添加适当比例的新骨料后能够明显的改善材料的抗疲劳性能，使其达到或接近全部为新骨料的半刚性材料的疲劳寿命。

图4坐标映射代换后保证率为50%的疲劳曲线

图5坐标映射代换后保证率为95%的疲劳曲线

在路用累计轴次范围内，其它几种半刚性基层材料的应力强度比大于冷再生混合料的应力强度比。当累计轴次N=1106时，50%保证率下，纯冷再生混合料与水泥稳定碎石的应力强度比的比俱为0.85，添加40%碎石的冷再生混合料与水泥稳定碎石的应力强度比的比值为0.95，而冷再生混合料应力强度比为0.6。当累汁轴次N=1107时，50%保证率下，纯冷再生混合料与水泥稳定碎石的应力强度比的比值为0.82，添加40%碎石的冷再生混合料与水泥稳定碎石的应力强度比的比值为0.93.加入40%碎石后的冷再生材料已经接近水泥稳定碎石的疲劳强度，基本满足以冷再生混合料作为半刚性基层的疲劳要求。

参考文献

[1]舒森.陕西省旧坜肓路面水泥稳定就地冷再生基层施工技术指北京：人民交通出版社，2010.

[2]沈金安.国外沥青路面设计方法总汇[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]武和平.高等级公路路面结构设计方法[M].北京：人民交通出版社，1999.