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(shè)計(jì)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(jìn)入大中修時(shí)期，隨之產(chǎn)生大量廢舊路面材料，不僅浪費(fèi)資源且污染環(huán)境。乳化瀝青冷再生技術(shù)可循環(huán)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(jī)械設(shè)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(wěn)定劑和水等，按一定比例拌和成混合料，然后經(jīng)攤鋪和碾壓工藝形成路面結(jié)構(gòu)層的一種技術(shù)。

冷再生混合料強(qiáng)度不足阻礙了其在工程中的實(shí)際應(yīng)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(yàn)檢驗(yàn)，分析了加入水泥后，冷再生混合料各性能的變化規(guī)律，并選擇出最恰當(dāng)?shù)乃嘤昧俊?/p>

1 原材料與試驗(yàn)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(qiáng)度等級可為32.5或42.5，初凝時(shí)間在3 h以上，終凝時(shí)間6 h以上，并確保水泥干燥疏松無結(jié)塊聚團(tuán)現(xiàn)象。本試驗(yàn)采用冀東P·O42.5，水泥各性能檢測結(jié)果如表1所示。

（2）乳化瀝青

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

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)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(yán)重，僅作為集料使用，通過抽提篩分發(fā)現(xiàn)廢舊瀝青混合料存在結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，需要進(jìn)行二次破碎。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)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(shí)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(jù)我國《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)規(guī)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(jìn)行土工擊實(shí)試驗(yàn)，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(shí)，首先雙面擊實(shí)試件50次，在60℃烘箱中將試件及試模養(yǎng)生不少于40 h至恒重，養(yǎng)生結(jié)束后將試件立即再雙面擊實(shí)25次，側(cè)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(yàn)結(jié)果和浸水24 h劈裂試驗(yàn)結(jié)果（或者是馬歇爾穩(wěn)定度和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)），結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定最佳乳化瀝青用量。其中浸水試驗(yàn)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(jìn)行15℃的劈裂試驗(yàn)[1-2]。

3 性能影響分析

3.1 力學(xué)性能

我國規(guī)范中規(guī)定15℃劈裂試驗(yàn)適用測定瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率時(shí)劈裂抗拉強(qiáng)度，同時(shí)可測定材料處于彈性階段時(shí)的力學(xué)性質(zhì)，試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)果

由圖1可以看出，隨水泥用量的增加，混合料劈裂強(qiáng)度逐漸增大，低水泥用量與高水泥用量相比，其強(qiáng)度增長幅度更大，當(dāng)水泥用量低于2%時(shí)達(dá)不到規(guī)范要求（≥0.5），若水泥用量已達(dá)到2%時(shí)，再增加其用量并不顯著提高強(qiáng)度。考慮到滿足規(guī)范要求、施工經(jīng)濟(jì)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(rèn)為2%的水泥用量最恰當(dāng)。

圖1 隨水泥增加劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律

3.2 高溫穩(wěn)定性

根據(jù)規(guī)范要求及工程經(jīng)驗(yàn)本文采用車轍試驗(yàn)對常溫再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)檢測結(jié)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(yàn)結(jié)果

圖2 隨水泥增加動(dòng)穩(wěn)定的變化情況

由表3及圖2看出，隨著水泥用量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大，水泥可改善再生混合料的高溫穩(wěn)定性。當(dāng)水泥用量不足2%時(shí)，再生混合料小于規(guī)范對改性瀝青混合料車轍大于2 400次/mm的要求；當(dāng)水泥用量超過2%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度的增大程度逐漸減慢。本著滿足規(guī)范要求及節(jié)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(jù)規(guī)范要求及工程經(jīng)驗(yàn)，本研究采用低溫彎曲試驗(yàn)評價(jià)其低溫抗裂性，以彎拉應(yīng)變作為評價(jià)指標(biāo)，低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)果

圖3 隨水泥用量增加彎拉應(yīng)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(yīng)變逐漸減小，并且兩者有近似線性相關(guān)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(dāng)水泥用量大于2%時(shí)彎拉破壞應(yīng)變低于規(guī)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(shè)計(jì)時(shí)水泥用量不要超過2%。

3.4 水穩(wěn)定性

一般情況下集料和瀝青在水環(huán)境中會(huì)降低黏附性，因此浸水時(shí)的瀝青混合料力學(xué)性能表征了路面水穩(wěn)性。根據(jù)規(guī)范要求及工程經(jīng)驗(yàn)，本研究通過浸水馬歇爾及凍融劈裂等相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行研究分析。

（1）浸水馬歇爾試驗(yàn)

由表5、圖4及圖5看出，隨著水泥用量的增加，標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度（MS）、浸水穩(wěn)定度（MS1）及兩者比值殘留穩(wěn)定度（MS0）逐漸增大，但隨著水泥用量的更進(jìn)一步增加，水穩(wěn)定性提高并不明顯。本著要符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求及節(jié)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(jié)果

圖4 隨水泥增加穩(wěn)定度的變化情況

圖5 隨水泥增加穩(wěn)定度比的變化情況

（2）凍融劈裂

由凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表6、圖6及圖7看出，凍融前后劈裂強(qiáng)度及強(qiáng)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(guī)范要求（強(qiáng)度比小于75%），但過多性能提高并不明顯，綜合以上結(jié)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(yàn)結(jié)果

圖6 隨水泥增加凍融前后的劈裂強(qiáng)度圖

圖7 隨水泥增加凍融前后劈裂強(qiáng)度比

綜合浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果，可以看出摻加水泥可以明顯改善冷再生混合料的水穩(wěn)定性。加入水泥以后，水化產(chǎn)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(qiáng)度；瀝青膠漿和水化產(chǎn)物的互相作用提高了混合料膠漿黏度；水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行減少內(nèi)部微小孔隙提高混合料密實(shí)度，水泥水化體積膨脹減少水分蒸發(fā)造成的空隙，進(jìn)一步促使混合料形成孔隙閉合、密實(shí)均勻的整體，提高了乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性[3]。

4 結(jié)論

（1）隨著水泥用量的增加，乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性均逐漸增大，當(dāng)水泥用量低于2%時(shí)達(dá)不到規(guī)范要求，若水泥用量超過2%滿足要求時(shí)，再增加其用量并不顯著提高強(qiáng)度。

（2）隨著水泥用量的增加，彎拉應(yīng)變近似線性減小，低溫性能明顯降低。

考慮到滿足規(guī)范要求、施工經(jīng)濟(jì)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(nèi)設(shè)計(jì)與性能評價(jià)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(shè)計(jì)[J].公路，2012，（8）：208-211.

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