水泥处理再生沥青混合料作为公路材料的应用_王涛.pdf

62 建筑机械SURVEYING专题论述水泥处理再生沥青混合料作为公路材料的应用王 涛，张宇虹（中交路桥华南工程有限公司，广东 中山 528401）摘要现阶段我国大规模公路重建工作产生了大量再生沥青路面废料，而开采岩石提供路面施工材料也产生了大量采石场废料，如何降低公路建设成本将废弃料再次利用成为目前研究的重点问题。本文对经水泥处理的再生沥青路面-采石场废料进行了一系列试验，验证了其作为公路路面材料的适用性。试验结果表明，经水泥处理可改善再生沥青路面-采石场废料混合料的性能。随着石屑和水泥掺量的增加，混合料最大干密度随着最佳含水率的降低而增大。经试验验证70%RAP+24%QW+6%C混合料的承载比为48%（未在水中浸泡）和76%（在水中浸泡24h）。该最优配合比满足耐久性要求且吸水率不高，可作为柔性路面施工的底基层材料。关键词再生沥青路面；采石场废料；承载比；最大干密度中图分类号U416.217 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）02-0062-05Application of cement treated reclaimed asphalt mixture as highway materialWANG Tao，ZHANG Yu-hong从我国现有的公路使用状况来看，大量公路使用状态较差，未得到充分的维修和养护。造成这一现象的根本原因是道路材料及道路重建、维修和养护的成本较高，在有限的预算内无法满足维修和养护的任务。因此挖掘寻找目前建筑材料的替代品，降低道路工程的建设费用，成为现阶段研究重点。主要研究方向是将采石场爆破后的碎石废料（QW）与再生沥青路面材料（RAP）混合作为路面修复和重建的材料。为保证混合料能够满足路面荷载的要求，通常采用普通硅酸盐水泥（C）对混合废料进行处理，从而实现材料的可持续应用。采用经水泥处理的RAP+QW混合料作为公路路面材料的替代材料，不仅降低了公路路面的建筑成本，而且还提供了经水泥处理的RAP+QW的潜在用途，从而减少了需要处理的废物材料的数量。再生沥青路面材料（RAP）是一种经过碾磨、筛分、粉碎和循环加工利用的材料，主要是在路面修复和重建过程中产生的，是一种经过适当粉碎和筛分后涂覆沥青水泥的高质量、级配良好的集 料1。对RAP材料的回收利用可在公路养护和修复中节约资源、保护环境并保留现有的公路几何结构。张继森等研究了用粉煤灰和其他火山灰处理RAP，或用未经使用的集料处理RAP2。结果表明，C级粉煤灰和非规范粉煤灰的使用改善了路面碎石（RSG）和再生沥青路面材料（RAP）施工的路面结构。经粉煤灰处理后材料的刚度和强度都有所提高。处理后的RSG的承载比（CBR）和弹性模量（Mr）值分别从24%和51MPa增加到48%90%和96195MPa。刘鹏等研究了水泥处理RSG时的CBR值为154%，而RAP的CBR值和Mr值分别从处理前的3%17%和4550MPa增加到处理后的70%94%和78119MPa3。季节等也研究了一种改进的再生沥青路基材料，用粉煤灰处理的再生沥青的CBR值为120%4。江照伟研究称，使用90%RAP+10%SDA（木屑灰）混合料的CBR值为26%，木屑灰改善了再生沥青路面性能5。1 材料和试验方法1.1 材料本项研究中使用的再生沥青路面材料（RAP）是从北京某废弃高速公路收集得到的。RAP通 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.005收稿日期2022-06-24通讯地址王涛，广东省中山市东区兴政路1号中山中环广场CONSTRUCTION MACHINERY 632023/02总第564期过20mm孔径的筛网，用手锤将其粉碎成更小的样品。风干的RAP样品用高质量、良好级配的沥青水泥包覆集料组成，样品中RAP的含量在2.87%3.68%之间。研究使用的采石场废料（QW）来自于北京某建筑公司的采石场库存，根据JTG T5521-2019公路沥青路面再生技术规范规定，采石场废料经20mm孔径的筛网分筛、风干，然后进行各类试验。采石场废料由高质量、级配良好的集料组成。1.2 试验方法根据JTG T5521-2019公路沥青路面再生技术规范，对不同比例RAP+QW+C混合物进行测试，以确定其比重、吸水率和强度特征特性。将含量分级为0%、10%、20%、30%、40%至100%的采石场废弃物（QW）与含量分级为0%、10%、20%、30%、40%至100%的RAP混合，并加入含量分级为0%6%的普通硅酸盐水泥。峰值配比是在初步配合比设计试验中确定的。本研究工作的基础是确定RAP+QW和C混合料的配合比，使之满足公路交通所需承载力。本次试验采用交替改变RAP和QW+C的含量，表1给出了研究中使用的RAP+QW+C的配合比。表1 RAP+QW+C配合比RAP/%QW/%C/%组合01000100%QW1090010%RAP+90%QW1088210%RAP+88%QW+2%C1086410%RAP+86%QW+4%C1084610%RAP+84%QW+6%C2080020%RAP+80%QW2078220%RAP+78%QW+2%C2076420%RAP+76%QW+4%C2074620%RAP+74%QW+6%C3070030%RAP+70%QW3068230%RAP+68%QW+2%C3066430%RAP+66%QW+4%C3064630%RAP+64%QW+6%C4060040%RAP+60%QWRAP/%QW/%C/%组合4058240%RAP+58%QW+2%C4056440%RAP+56%QW+4%C4054640%RAP+54%QW+6%C5050050%RAP+60%QW5048250%RAP+48%QW+2%C5046450%RAP+46%QW+4%C5044650%RAP+44%QW+6%C6040060%RAP+40%QW6038260%RAP+38%QW+2%C6036460%RAP+36%QW+4%C6034660%RAP+34%QW+6%C7030070%RAP+30%QW7028270%RAP+28%QW+2%C7026470%RAP+26%QW+4%C7024670%RAP+24%QW+6%C8020080%RAP+20%QW8018280%RAP+18%QW+2%C8016480%RAP+16%QW+4%C8014680%RAP+14%QW+6%C9010090%RAP+10%QW908290%RAP+98%QW+2%C906490%RAP+6%QW+4%C904690%RAP+4%QW+6%C10000100%RAP1.2.1 承重比试验根据JTG E42-2005公路工程集料试验规程对不同比例的RAP+QW+C混合料进行了承载比（CBR）试验。在进行CBR试验前，将部分压实后的试样包在气密性和水密性的玻璃袋中24h（未浸水状态），而将其他试样完全浸泡在水中24h（浸水状态）。将试筒放在地面上，把制备好的试样分35次倒入试样筒中，正平表面进行第一层的锤击，其余层按照同样的方法进行锤击。1.2.2 耐久性试验遵循JTG E42-2005公路工程集料试验规续表64 建筑机械SURVEYING专题论述程描述的方法，对所有RAP+QW+C混合料样品进行耐久性试验。试验前先将样品压实，压实后的样品在均匀水分分布（UMD）下养护7天，然后将每个压实混合料的一部分再浸入水中浸泡7天。根据JTG E42-2005公路工程集料试验规程对样品进行集料冲击试验，通过受冲击样品的冲击值（AIV）和筛分率来评估骨料的破碎程度。2 试验结果与影响因素2.1 粒度分布经0%6%水泥（C）处理的各种RAP+QW混合料的粒径分布曲线如图1所示。100%RAP是由99%的粗颗粒（83.25%沙砾石和15.75%）和1%细颗粒组成。100%RAP满足均匀系数Cu4和1曲率系数Cz3的要求。用C处理的RAP+QW混合料的粒度分布表明，该混合料由85%99.75%粗集料（73.75%90.75%碎石和6.5%25.75%砂粒）组成，细粒含量为0.25%5.25%，均匀系数Cu为8.3028.90，曲率系数Cz为0.421.62。底基材料70%RAP+24%QW+6%C的混合料为最佳配合比，其级配曲线如图1所示。使用C处理的RAP+QW混合料粒径级配的改善是由于QW、C和RAP的颗粒在混合料中水泥的作用下成团凝聚成更大的有效 粒径。0.0101020304050607080901000.1110100100%RAP70%RAP+24%QW+6%C100%QW筛分粒度/mm过筛百分率/%图1 100%RAP、100%QW和最优RAP+QW+C 配比的粒度分布曲线2.2 比重100%RAP、100%QW和各种RAP+QW+C混合料的比重变化如表2所示。数据显示，100%RAP和100%QW的比重值分别为2.28和2.65。RAP的比重在规范要求的1.942.30范围内。不同比例RAP+QW+C的混合料的比重在1.892.91范围内，整体混合料的比重随各部分材料比重变化无明显趋势。20%RAP+76%QW+4%C和10%RAP+84%QW+6%C的比重为峰值比重2.91，RAP80%+20%QW混合料的比重为最小比重1.89。经0%6%水泥处理后的RAP+QW混合料比重增加，这是由于QW和C的细颗粒填充混合料中较大颗粒之间的空隙，使得混合料的比重增大。表2 100%RAP、100%QW和各种RAP+QW+C混合料比重的变化0%水泥2%水泥4%水泥6%水泥RAP/%QW/%SGQW/%SGQW/%SGQW/%SG10002.28-90102.3482.5662.1942.4380201.89182.07162.44142.6770302.0182.23262.65242.1860402.00382.12362.09342.3150502.43482.12462.51442.0840602.00582.22562.13541.9930702.43682.52662.07642.8120802.39782.74762.91742.0910902.77882.60862.56842.9101002.65-2.3 压实特性如图2所示，混合料的最大干密度（MDD）随混合料中RAP含量的增加而逐渐减小。水泥掺量为0%时，混合料的最大干密度在1.511.91kg/CONSTRUCTION MACHINERY 652023/02总第564期m3范围内；水泥掺量为2%时，混合料的最大干密度在1.531.95kg/m3范围内；水泥掺量为4%时，混合料的最大干密度在1.561.96kg/m3范围内；水泥掺量为6%时，混合料的最大干密度在1.661.97kg/m3范围内。由图3可知，水泥含量为0%6%混合料对应的最优含水率OMC值分别为11.50%9.50%、11.30%9.30%、4%8.90%、6%10.10%8.20%。RAP+QW+C混合料中MDD和最优含水率（OMC）随QW和水泥含量的增加而增加，可能是由于体系中水分不足导致自干，从而导致水化程度降低。如果RAP+QW+C混合料中无水分流动，则说明水化反应将水用尽，水分不足以饱和土壤表面，混合料内部的相对湿度降低。01.4最大干密度MDD/（kg/m3）1.51.61.71.81.92102030 40 5060 70 800%水泥2%水泥4%水泥6%水泥90100RAP在混合物中的百分比/%图2 RAP+QW+C混合料不同配比的最大干密度（MDD）变化08最优含水率OMC/%910111213102030 405060 70 800%水泥2%水泥4%水泥6%水泥90 100RAP在混合物中的百分比/%图3 RAP+QW+C混合料各比例最佳含水率（OMC）变化2.4 承载比不同比例RAP+QW+C混合料的承载比（CBR）的变化如表3所示。100%RAP和100%QW的未浸水CBR（UCBR）和浸水CBR（SCBR）值分别为25%、26%、10%和19%，不同比例RAP+QW+C混合料的CBR值的变化范围为：水泥掺量0%时，15%52%（未浸水）、21%66%（浸水）；水泥掺量2%时，20%40%（未浸水）、27%50%（浸水）；水泥掺量4%时，16%45%（未浸水）、18%54%（浸水）；80%RAP+20%QW和70%RAP+24%QW+6%C混合料的未浸水和浸水的CBR峰值分别为52%和76%。表3 不同比例RAP+QW+C混合料的承载比（CBR）变化0%水泥2%水泥4%水泥6%水泥RAP/%UCBRSCBRUCBRSCBRUCBRSCBRUCBRSCBR01019-1018262029161812192018422639162620273015212227162326394019322537162923365021412444224823366045664054365430527036412843334848768052563644314233389029343250454731551002526-CBR的变化是由于经水泥处理的RAP+QW混合料中非均相材料能够均匀混合。浸水条件下的CBR值比未浸水条件下的CBR值更高，是由于水化作用下材料中的阳离子发生交换，这一过程导致硅酸钙水合物和铝酸钙水合物的形成，使水泥强度 增加。66 建筑机械SURVEYING专题论述2.5 耐久性100%RAP、100%QW和不同含量的RAP+QW+C混合料各自的AIV值如表4所示。结果表明，100%RAP和100%QW在均匀水分分布下（UMD）养护14天和UMD下养护7天后再在水中浸泡7天的AIV值分别为-8.80%、20.50%和-8.70%、23.10%，对应的抗强度损失（RLS）值分别为108.8%、79.50%和108.7%、76.90%。不同比例的RAP+QW+C混合料在UMD下养护14天和先在UMD下养护7天再浸泡7天的试样，在水泥掺量为0%时，AIV值在2.4%19.6%和-5%20%范围内，对应的RLS在80.4%97.6%和80%105%范围内；水泥掺量为2%时，AIV值在-8.4%18.7%和-10.1%19.2%范围内，对应的RLS在80.0%101.2%和80.0%98.8%范围内；水泥掺量为4%时，AIV值在81.3%18.7%和10.1%19.2%范围内，对应的RLS在80.0%111.7%和80%109.7%范围内。水泥掺量为6%和100%时，QW（14dUMD）对应的RLS为79.5%和76.9%，均不满足耐久性要求。混合料的AIV和RLS没有明显的变化趋势，与在UMD下养护14天的混合料相比，先在UMD下养护7天，再浸泡7天的混合料RLS有所提高。这是由于分别放置7天的养护环境增加了水泥与粗骨料之间的接触面积，使非均匀材料在混合料中整体性更好，增加了颗粒之间的黏聚力和摩擦阻力，使混合料的抗强度损失增加。表4 100%RAP、100%QW和各种RAP+QW+C混合料的AIV变化0%水泥2%水泥4%水泥6%水泥RAP/%AIV14/%AIV7+7/%AIV14/%AIV7+7/%AIV14/%AIV7+7/%AIV14/%AIV7+7/%020.523.1-1015.812.615.81171017.919.62016.1-59.5218.710.12018.5304.61817.52011.39-11.7-8.74019.616.915.310216.84.73.45019.120101217.774.210.5601919.72015.21719.2-0.64.47017.210.918.416.316.313.59.420801810-1.21.213.115.58.17.5902.41015.813-8.4-10.1-9.3-9.7100-8.8-8.7-2.6 吸水性100%RAP、100%QW和不同比例RAP+QW+C混合料在各自的OMC和MDD下压实的吸水特性如图4所示。100%RAP和100%QW的吸水率分别为0.97%和1.12%，不同比例RAP+QW+C混合料的吸水率在一定范围内变化。水泥含量为0%时，吸水率在0.65%1.11%范围内；水泥含量为2%4%时，吸水率分别在0.54%1.23%、0.67%1.09%和0.65%1.23%范围内。其中，50%RAP+48%QW+2%C和60%RAP+34%QW+6%C混合料的吸水率最大，为1.23%；30%RAP+68%QW+2%C混合料的吸水率最小，为0.54%。上述结果并未显示出混合料吸水率特定的变化规律，说明混合料的吸水性能较为稳定。0吸水率/%1.21.110.90.80.70.60.51.310203040506070 800%水泥2%水泥4%水泥6%水泥90 100RAP在混合物中的百分比/%图4 100%RAP、100%QW和各种RAP+QW+C 混合料吸水率的变化（下转第71页）CONSTRUCTION MACHINERY 712023/02总第564期3 结论本文通过一系列实验对水泥处理的RAP+QW混合料作为公路路面材料的适用性进行了检测。（1）随着QW和水泥的加入，经水泥处理的RAP+QW共混物的粒度分布得到改善，属于级配良好的砂砾。（2）压实特性受QW和水泥掺量的影响，随着混合料中水泥掺量的增加，MDD随着OMC的降低而增加。（3）70%RAP+24%QW+6%C混合料的CBR峰值分别为48%（未浸水）和76%（浸水），可作为筑路底基材料。所有的水泥处理后的RAP+QW混合料均有一定的耐久性，吸水率不显著，可作为公路建筑材料。本文所研究的试验均基于当地普通硅酸盐水泥和废弃RAP+QW混合物的大量产生和处理时伴随的环境问题。经水泥处理后的混合料的评价仅限于实验室的试验，其结果对实际工程应用具有一定的参考价值。参考文献1王俐栋，黄刚，李新阳.废旧沥青混合料再生利用技术综述J.石油沥青，2013，27（02）：33-37.2张继森，吴超凡，曾梦澜，等.再生沥青混合料RAP掺量对使用性能的影响J.公路工程，2013，38（04）：107-110.3刘鹏，徐世法，柴林林，等.基于溶剂沥青的冷再生沥青混合料性能评价J.北京建筑大学学报，2016，32（04）：23-27.4季节，徐世法，罗晓辉.重复再生沥青混合料及温拌沥青混合料性能评价M.北京：人民交通出版社，2011.5 江照伟.再生沥青混合料路面材料及结构研究D.重庆：重庆交通大学，2015.7 结论圆柱转子平面制动电机应用在钢丝绳电动葫芦起升和运行机构中，具有明显的优势：（1）同功率的圆柱转子平面制动电机与锥形转子制动电机在起升和运行机构上都可以完全互换，不需要任何工装，也不需要任何改变，安装尺寸也完全相同。（2）圆柱转子平面制动电机小巧、美观、不生锈、不掉漆。（3）圆柱转子平面制动电机节能、环保、噪声低、制动平稳。（4）圆柱转子平面制动电机达到1级能效、接电持续率高达60%、绝缘等级高达F级、电机运行温度最高可达155、IP等级高达55，可以用于环境要求较高的应用场合。（5）圆柱转子平面制动电机便于自动化、模块化生产。（6）圆柱转子平面制动电机制动器独立控制，便于智能控制、快速制动。（7）应用前景广泛。在工作级别高、节能环保要求高、定位精度要求高、智能控制场合、使用环境恶劣等情况下，具有较合适的应用。（8）电机散热好，可以长时间运行。（9）刹车片使用寿命长，制动器常年使用不用调整，制动平稳，制动冲击小，下滑量很低。参考文献1胡敏，刘志孝.锥形转子制动电机转子装配工具J.中小型电机情报，1980（03）：39.2包波，王旭红，卞书军，等.10t以下小型电动葫芦能效特性分析及改善措施J.起重运输机械，2020（07）：58-62.3梁凤磊.电磁制动起重电机：中国，CN204391974 UP.2015-06-10.4钱洪.锥形转子电机定子单冲和定转子分切复合模设计J.电机与控制应用，2012，39（01）：47-49.5JB/T 13357-2018.起重机械用制动电动机 能效限额S.（上接第66页）53 综合管廊基坑土体变形与预测分析 张俊峰 王建军 Deformation and prediction analysis of soil mass in foundation pit of comprehensive pipe gallery58 盾构在矿山法隧道接收洞内解体关键技术研究 谭竹青 Research on key construction technology for shield disintegrated in mined tunnel62 水泥处理再生沥青混合料作为公路材料的应用 王 涛 张宇虹 Application of cement treated reclaimed asphalt mixture as highway material专题研究 SPECIAL RESEARCH67 钢丝绳电动葫芦用高效圆柱转子平面制动电机应用研究 王松雷 刘 方 Research on application of high efficiency cylindrical rotor plane brake motor for wire rope electric hoist72 立轴冲击式破碎机多级调速方法研究与应用 方 涛 郑永生 刘守瑞 Research and application of multi-stage speed regulation method for vertical shaft impact crusher75 城市轨道交通工程起重吊装安全标准化研究 寇效辉 Research on safety standardization of hoisting in urban rail transit engineering80 整体式钢筋混凝土路面板跨径结构截面的合理化技术研究 李殿斌 Study on rationalization technology of integral reinforced concrete pavement slab span structure section85 超高层结构变截面爬架施工技术研究 徐名尉 李 滔 段希望等 Research on construction technology of climbing frame with variable cross section for super high-rise structure88 搅拌桩+旋喷桩在盾构端头加固中的应用研究 刘德新 庄值政 王文清等 Application of mixing pile and jet grouting pile in shield end reinforcement92 装配式建筑塔机选型及施工应用技术研究 宫玉成 刘尊正 Research on type selection and construction application technology of tower crane for prefabricated building94 岩石掘进机盘形滚刀刀圈材料耐磨性研究 吕良和 Study on wear resistance for disc hob ring of rock boring machine设计计算 DESIGN&CALCULATION99 基于运动学关系的颚式破碎机生产率仿真分析 王 康 郭晓明 Productivity simulation analysis of jaw crusher based on kinematic relationship103 基于有限元的双隧道位置和开挖顺序的相互影响分析 吴彦斌 汤 东 Analysis of interaction between location and excavation sequence of double tunnels based on finite element method109 擦窗机伸缩臂组合方案选取与程序设计 郑夕健 刘 胜 Selection and program design on combination scheme of BMU jib113 城市隧道施工中盾构掘进机械滚刀磨损检测 罗 敏 Wear detection of shield tunneling machinery hob in urban tunnel construction117 平臂式塔机变幅小车作用于起重臂上节点载荷的研究 车军平 丁国林 李 斌等 Research on node load of trolley acting on flat jib of tower crane121 基于多样性 SVR 模型的路面工程成本预算方法 史刚雷 玉俊杰 Cost budget method of pavement engineering based on diversity SVR model127 移动式混凝土布料机支承反力的计算方法 贾大伟 赵鹏翔 唐 圆 Calculation method of support reaction force for mobile concrete placing boom130 高荷载条件下桩基静载试验反力装置研究 荣铁楠 Research on reaction device of pile foundation static load test under high load62专题论述水泥处理再生沥青混合料作为公路材料的应用Application of cement treated reclaimed asphalt mixture as highway materialIn this paper,a series of tests were carried out to verify the applicability of reclaimed asphalt paving-quarry waste treated with cement as highway pavement material.The test results show that cement treatment can improve the performance of recycled asphalt pavement and quarry waste mixture.The maximum dry density of the mixture increases with the decrease of the optimal water content with the increase of the content of stone chips and cement.The test verified that the bearing ratio of 70%RAP+24%QW+6%C mixture was 48%(not soaked in water)and 76%(soaked in water for 24 hours).The optimal mixture ratio can be used as the base material of flexible pavement construction.2023年第2期 总第564期目次CONTENTS建筑机械4