冷再生混合料的研究動態(tài)

尚福魯 滕翠翠 孫振偉

因?yàn)闉r青路面無與倫比的行車舒適性特點(diǎn)，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(jì)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(jìn)行重復(fù)利用，需要時加入部分新骨料或細(xì)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(shí)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(xì)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(fù)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(diǎn)升高和延度降低，這些是導(dǎo)致瀝青結(jié)合料脆硬性增強(qiáng)，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(jī)理，其次要滿足基本的強(qiáng)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(jìn)一步改進(jìn)。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(qiáng)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(qiáng)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(shí)際的穩(wěn)定劑。

2 冷再生反應(yīng)機(jī)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(fù)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(jī)械破碎、拌和、混合料的壓實(shí)，以及水泥穩(wěn)定材料在合適的溫度和濕度長期作用下強(qiáng)度的形成;2)化學(xué)過程:水泥的水化和水解作用，有機(jī)物質(zhì)的聚合作用，以及與許多化學(xué)成分復(fù)雜的新生成物有關(guān)的其他化學(xué)過程;3)物理—化學(xué)過程:舊料中的微小顆粒與化學(xué)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(xué)者對水泥的作用機(jī)理進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，一般認(rèn)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(xué)吸附外，還可能發(fā)生化學(xué)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(fù)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(jī)理也相當(dāng)復(fù)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(jī)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(xué)作用、機(jī)械的激波作用等多方面因素。2)分裂機(jī)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(xué)作用，由此而提出不同的理論解釋:電荷理論、化學(xué)反應(yīng)理論、振動功能理論。

3 冷再生混合料的強(qiáng)度性能分析

滿足強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室主要通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)來衡量，其強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)具見圖3。制定切實(shí)可行的試驗(yàn)方案是得到準(zhǔn)確的無側(cè)限抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(yàn)是研究的主導(dǎo)。

表1 水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)[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(dǎo)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(yàn)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(dāng)今社會資源短缺，節(jié)約和重復(fù)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(shí)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(jī)理;3)冷再生混合料的強(qiáng)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(jī)理分析[J].科學(xué)之友，2008(26):7-9.

[2] 趙福祥，馬友成，唐 鵬.冷再生混合料強(qiáng)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(xué)性能試驗(yàn)研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003(3):98-102.

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