冷再生混合料的研究動態(tài)

尚福魯 滕翠翠 孫振偉

因為瀝青路面無與倫比的行車舒適性特點，目前，我國從高速公路到普通城鄉(xiāng)公路建設(shè)，大多數(shù)都采用瀝青路面。但是，隨著使用年限的接近以及常見的道路病害破壞(見圖1)，許許多多的道路面臨著大修或改建，這就意味著大量的瀝青混合料垃圾的誕生。瀝青混合料的再生利用不僅可以處置垃圾，而且可以節(jié)約大量的昂貴資源，對我國經(jīng)濟建設(shè)極為有利。

冷再生技術(shù)主要是指將舊路面材料(主要是面層材料，包括部分基層材料)加工后進行重復利用，需要時加入部分新骨料或細集料，按比例加入一定量添加劑(水泥、石灰、粉煤灰等)和適量的水，在自然環(huán)境溫度下連續(xù)的完成材料的銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪及壓實成型，重新形成結(jié)構(gòu)層的一種工藝方法[3]。路面瀝青混合料靠瀝青將各種礦料(包括粗集料、細集料、填料)粘結(jié)在一起，形成一個牢固的整體共同承受荷載，但是隨著使用時間的推移，面層混合料經(jīng)受車輛荷載以及高低溫交替、雨雪沖刷等自然因素的重復作用，逐漸出現(xiàn)硬化、老化、疲勞開裂，甚至喪失路用要求。經(jīng)研究表明:瀝青針入度下降，軟化點升高和延度降低，這些是導致瀝青結(jié)合料脆硬性增強，瀝青路面變形能力逐漸降低的主要原因[2]。

冷再生混合料主要作為基層使用，首先要考慮穩(wěn)定劑的選擇和明確反應(yīng)機理，其次要滿足基本的強度要求，再次要深入研究冷再生混合料與普通基層的區(qū)別以求進一步改進。目前，冷再生混合料的研究也主要在這幾個方面展開。

1 穩(wěn)定劑的選擇

為了使廢棄的混合料重新發(fā)揮作用，就要使用一定的結(jié)合料，使其重新形成一個整體，所謂的結(jié)合料即穩(wěn)定劑。目前被廣泛使用的穩(wěn)定劑有兩大類:1)水泥;2)瀝青。

1.1 水泥類穩(wěn)定劑

在建筑領(lǐng)域，水泥的使用已有很長的歷史，美國最早在1917年就已經(jīng)開始使用了。水泥穩(wěn)定的材料強度與水泥的用量有很大的關(guān)系，但是一味的增加水泥的用量會妨礙基層的其他路用性能的發(fā)揮。例如，過大的水泥用量會明顯增加強度，但是材料的脆性卻明顯提升，材料的抗疲勞性也明顯降低。因此確定合適的水泥用量是至關(guān)重要的(見圖2)。

1.2 瀝青類穩(wěn)定劑

瀝青類穩(wěn)定劑主要指乳化瀝青或泡沫瀝青。通過瀝青穩(wěn)定劑處理的基層材料不像水泥處理的基層材料，在使用過程中沒有收縮裂縫而且在較短時間內(nèi)可以開放交通，節(jié)約施工時間。但是瀝青最佳用量如何確定是研究的重中之重。

此外，舊的瀝青混合料還可以通過二灰穩(wěn)定放在道路底基層使用，因此，上述兩種穩(wěn)定劑并不是目前僅有的兩種，將來的研究還可以拓展更多的順應(yīng)生產(chǎn)實際的穩(wěn)定劑。

2 冷再生反應(yīng)機理

與一般水泥穩(wěn)定類材料相同，在水泥穩(wěn)定冷再生舊料時也會產(chǎn)生一系列非常復雜的作用過程，主要包括[2]:

1)物理過程:舊瀝青混合料和灰土的機械破碎、拌和、混合料的壓實，以及水泥穩(wěn)定材料在合適的溫度和濕度長期作用下強度的形成;2)化學過程:水泥的水化和水解作用，有機物質(zhì)的聚合作用，以及與許多化學成分復雜的新生成物有關(guān)的其他化學過程;3)物理—化學過程:舊料中的微小顆粒與化學產(chǎn)物中個別組分的交換吸附作用，顆粒的凝聚作用以及隨后多種結(jié)構(gòu)的生成。

國內(nèi)外學者對水泥的作用機理進行了大量的相關(guān)研究，一般認為:在水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料中，舊瀝青結(jié)合料已經(jīng)受過氧化作用，性能趨于穩(wěn)定，再生利用后不會迅速變質(zhì);水泥水化時，水泥與舊瀝青層除物理吸附和化學吸附外，還可能發(fā)生化學反應(yīng)。用水泥穩(wěn)定冷再生舊料，主要是利用水泥水化產(chǎn)物和其他可能的水泥瀝青生成物形成的凝結(jié)力、舊瀝青結(jié)合料的粘聚力組成復合力，使再生材料能夠滿足路用性能的要求[2]。

另外，乳化瀝青與瀝青混合料的反應(yīng)機理也相當復雜:為了使得破碎的舊混合料重新在瀝青的作用下粘結(jié)在一起，瀝青液滴必須從乳化瀝青中分裂出來，在混合料表面形成一層瀝青薄膜。分裂原因和機理如下[1]:1)分裂原因:乳化瀝青的分裂主要取決于水的蒸發(fā)作用、集料的吸收作用、集料物理—化學作用、機械的激波作用等多方面因素。2)分裂機理:在諸多分裂的因素中，最核心的是乳化瀝青與集料的物理—化學作用，由此而提出不同的理論解釋:電荷理論、化學反應(yīng)理論、振動功能理論。

3 冷再生混合料的強度性能分析

滿足強度條件是對冷再生混合料作為一種新型的基層最基本的要求，實驗室主要通過無側(cè)限抗壓強度指標來衡量，其強度試驗機具見圖3。制定切實可行的試驗方案是得到準確的無側(cè)限抗壓強度的前提，水泥穩(wěn)定的再生混合料，養(yǎng)生齡期、添加劑(石灰、粉煤灰)對強度的影響分析是非常重要的(見表1);瀝青穩(wěn)定的再生混合料，最佳瀝青用量的確定、各種路用性能檢驗是研究的主導。

表1 水泥穩(wěn)定土強度標準[4] MPa

4 冷再生混合料與普通半剛性和柔性基層對比分析

常用的半剛性基層主要有:貧混凝土基層、水泥穩(wěn)定碎石;柔性基層主要有:級配碎石、普通瀝青類基層。通過對比冷再生基層與普通基層性能可以指導冷再生基層的研究工作。分析可以從下面幾個方面入手:1)對于水泥穩(wěn)定類冷再生混合料，不同養(yǎng)生齡期的冷再生基層與普通基層對比;2)對于瀝青類冷再生混合料，瀝青最佳用量確定方法和路用性能檢驗與普通瀝青類基層的區(qū)別;3)建立有限元模型，對比不同類基層對路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力和彎沉的影響。

5 結(jié)語

當今社會資源短缺，節(jié)約和重復利用是生產(chǎn)和生活的重頭戲，因此，冷再生瀝青混合料是研究的大勢所趨，加深和加快它的研究必須著眼工程，理論聯(lián)系實際，使其能夠適應(yīng)生產(chǎn)，發(fā)揮更大的作用。本文概括了冷再生混合料的研究動態(tài):1)穩(wěn)定劑的選擇;2)冷再生反應(yīng)機理;3)冷再生混合料的強度性能分析;4)冷再生混合料與普通半剛性和柔性基層對比分析。

[1] 周慧東.冷再生混合料反應(yīng)機理分析[J].科學之友，2008(26):7-9.

[2] 趙福祥，馬友成，唐 鵬.冷再生混合料強度性能分析[J].公路交通科技，2008(46):83-85.

[3] 王 麗，魏連雨，劉奎穎.冷再生混合料力學性能試驗研究[J].河北工業(yè)大學學報，2003(3):98-102.

[4] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].