不同水泥用量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響

魏 鵬

（天津城建設計院有限公司，天津市 300000）

0 引言

目前我國高等級瀝青路面已進入大中修時期，隨之產生大量廢舊路面材料，不僅浪費資源且污染環境。乳化瀝青冷再生技術可循環利用廢舊材料，常溫施工無污染。乳化瀝青冷再生是利用專用機械設備先將原瀝青路面銑刨、翻挖、破碎，再加入適量的乳化瀝青、新集料(如需要)、穩定劑和水等，按一定比例拌和成混合料，然后經攤鋪和碾壓工藝形成路面結構層的一種技術。

冷再生混合料強度不足阻礙了其在工程中的實際應用，水泥的加入有效解決了這一問題，但水泥在混合料中的作用與水泥混凝土有很大的不同。為了研究水泥對冷再生混合料性能的影響，本文通過一系列的試驗檢驗，分析了加入水泥后，冷再生混合料各性能的變化規律，并選擇出最恰當的水泥用量。

1 原材料與試驗方案

1.1 主要原材料

（1）水泥

冷再生一般選用普通硅酸鹽水泥，強度等級可為32.5或42.5，初凝時間在3 h以上，終凝時間6 h以上，并確保水泥干燥疏松無結塊聚團現象。本試驗采用冀東P·O42.5，水泥各性能檢測結果如表1所示。

（2）乳化瀝青

冷再生用乳化瀝青應滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）對道路用乳化瀝青提出的技術要求，乳化瀝青因施工周期通常需要存放較長時間，要求其在貯存時不破乳、乳液均勻，具有良好的穩定性，本研究所用乳化瀝青均滿足規范要求。

表1 水泥技術指標測試結果

（3）廢舊瀝青混合料

該研究所用廢舊瀝青混合料含水率為0.97%，回收瀝青老化嚴重，僅作為集料使用，通過抽提篩分發現廢舊瀝青混合料存在結團現象，需要進行二次破碎。

1.2 試驗方案

試驗采用舊料摻量為80%的冷乳化瀝青再生混合料，水泥為冀東P·O42.5，用量分別為0%、1%、2%、3%、4%五種冷再生混合料，乳化瀝青用量均采用7.3%，同時為了便于表述，將不同水泥摻量的冷再生混合料分別稱為C0、Cl、C2、C3、C4。

2 試件制作

根據我國《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)規定：

（1）固定乳化瀝青為某一用量，在相同條件下，對相同間隔5種不同含水率的冷再生混合料進行土工擊實試驗，確定含水率的最佳值；

（2）最佳含水率保持不變，按照相同間隔變化乳化瀝青用量成型五組不同的馬歇爾試件；

（3）成型馬歇爾試件時，首先雙面擊實試件50次，在60℃烘箱中將試件及試模養生不少于40 h至恒重，養生結束后將試件立即再雙面擊實25次，側放在地面上，在室溫下冷卻不少于12 h，然后脫模測試；

（4）采用15℃劈裂試驗結果和浸水24 h劈裂試驗結果（或者是馬歇爾穩定度和浸水馬歇爾穩定度試驗），結合工程經驗綜合確定最佳乳化瀝青用量。其中浸水試驗方法為將試件完全浸泡在25℃水浴中23 h，再在15℃恒溫水浴中完全浸泡1 h，取出試件立即進行15℃的劈裂試驗[1-2]。

3 性能影響分析

3.1 力學性能

我國規范中規定15℃劈裂試驗適用測定瀝青混合料在規定溫度和加載速率時劈裂抗拉強度，同時可測定材料處于彈性階段時的力學性質，試驗結果見表2所示。

表2 不同水泥用量在不同條件下的劈裂試驗結果

由圖1可以看出，隨水泥用量的增加，混合料劈裂強度逐漸增大，低水泥用量與高水泥用量相比，其強度增長幅度更大，當水泥用量低于2%時達不到規范要求（≥0.5），若水泥用量已達到2%時，再增加其用量并不顯著提高強度?？紤]到滿足規范要求、施工經濟性及水泥用量過大易造成收縮開裂等各方面因素，建議水泥用量不宜過大，本文認為2%的水泥用量最恰當。

圖1 隨水泥增加劈裂強度的變化規律

3.2 高溫穩定性

根據規范要求及工程經驗本文采用車轍試驗對常溫再生瀝青混合料的高溫穩定性進行評價，試驗檢測結果見表3及圖2所示。

表3 不同水泥用量的再生混合料車轍試驗結果

圖2 隨水泥增加動穩定的變化情況

由表3及圖2看出，隨著水泥用量的增加，動穩定度逐漸增大，水泥可改善再生混合料的高溫穩定性。當水泥用量不足2%時，再生混合料小于規范對改性瀝青混合料車轍大于2 400次/mm的要求；當水泥用量超過2%時，動穩定度的增大程度逐漸減慢。本著滿足規范要求及節約水泥的原則，建議冷再生混合料水泥用量控制在2%。

3.3 低溫抗裂性

根據規范要求及工程經驗，本研究采用低溫彎曲試驗評價其低溫抗裂性，以彎拉應變作為評價指標，低溫彎曲試驗結果見表4及圖3所示。

表4 不同水泥用量再生混合料低溫彎曲試驗結果

圖3 隨水泥用量增加彎拉應變的變化情況

由表4及圖3可以看出，隨著水泥用量的增加彎拉應變逐漸減小，并且兩者有近似線性相關性，說明水泥增加了乳化瀝青冷再生混合料的脆性，降低了混合料的低溫抗裂性。當水泥用量大于2%時彎拉破壞應變低于規范要求（不小于2 800με），因此建議水泥乳化瀝青冷再生混合料設計時水泥用量不要超過2%。

3.4 水穩定性

一般情況下集料和瀝青在水環境中會降低黏附性，因此浸水時的瀝青混合料力學性能表征了路面水穩性。根據規范要求及工程經驗，本研究通過浸水馬歇爾及凍融劈裂等相關試驗進行研究分析。

（1）浸水馬歇爾試驗

由表5、圖4及圖5看出，隨著水泥用量的增加，標準穩定度（MS）、浸水穩定度（MS1）及兩者比值殘留穩定度（MS0）逐漸增大，但隨著水泥用量的更進一步增加，水穩定性提高并不明顯。本著要符合規范設計要求及節約水泥的原則，建議水泥用量控制在2%左右。

表5 不同水泥用量再生混合料的馬歇爾測試結果

圖4 隨水泥增加穩定度的變化情況

圖5 隨水泥增加穩定度比的變化情況

（2）凍融劈裂

由凍融劈裂試驗結果表6、圖6及圖7看出，凍融前后劈裂強度及強度比隨水泥用量的增加呈線性增大的趨勢；水泥過少不滿足規范要求（強度比小于75%），但過多性能提高并不明顯，綜合以上結果建議混合料的水泥用量控制在2%左右。

表6 不同水泥用量再生混合料的凍融劈裂試驗結果

圖6 隨水泥增加凍融前后的劈裂強度圖

圖7 隨水泥增加凍融前后劈裂強度比

綜合浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗結果，可以看出摻加水泥可以明顯改善冷再生混合料的水穩定性。加入水泥以后，水化產物使集料間、膠漿薄膜間、集料與膠漿薄膜間形成加筋增大混合料強度；瀝青膠漿和水化產物的互相作用提高了混合料膠漿黏度；水化反應的不斷進行減少內部微小孔隙提高混合料密實度，水泥水化體積膨脹減少水分蒸發造成的空隙，進一步促使混合料形成孔隙閉合、密實均勻的整體，提高了乳化瀝青冷再生混合料水穩定性[3]。

4 結論

（1）隨著水泥用量的增加，乳化瀝青冷再生混合料的力學性能、高溫穩定性及低溫抗裂性均逐漸增大，當水泥用量低于2%時達不到規范要求，若水泥用量超過2%滿足要求時，再增加其用量并不顯著提高強度。

（2）隨著水泥用量的增加，彎拉應變近似線性減小，低溫性能明顯降低。

考慮到滿足規范要求、施工經濟性及水泥用量過大易造成收縮開裂等各方面因素，建議水泥用量為2%。

[1] 董澤蛟，譚憶秋，曹麗萍，等.乳化瀝青冷再生混合的室內設計與性能評價研究[J].公路交通科技，2006，23（2）：43-47.

[2] 陳祥峰，張嘉林，常明豐，等.廠拌乳化瀝青冷再生配合比設計[J].公路，2012，（8）：208-211.

[3] 蘇凱，武建民，陳忠達，等.山區公路瀝青路面基面層滑移破壞研究[J].中國公路學報，2005，18（3）：22-26.