二灰冷再生廢舊瀝青路面材料技術研究

尹光凱，丁燦(長安大學公路學院，陜西西安　710064)

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二灰冷再生廢舊瀝青路面材料技術研究

尹光凱，丁燦
(長安大學公路學院，陜西西安710064)

摘要:研究以二灰(生石灰和粉煤灰)為穩定劑的廢舊瀝青路面材料冷再生技術，通過擊實試驗確定冷再生混合料的最佳水的質量分數和最大干密度。對冷再生混合料進行無側限抗壓強度試驗，給出推薦配合比，并對選定的一組試件的劈裂強度、抗壓回彈模量進行研究，分析冷再生混合料的強度增長規律。試驗結果表明:以二灰為穩定劑的廢舊瀝青路面材料有良好的強度，能夠滿足道路半剛性基層材料強度要求。

關鍵詞:廢舊瀝青路面材料;生石灰;粉煤灰;冷再生;配合比

近年來我國的公路建設發展迅速，高速公路總里程位居世界前列。在已經建成的高速公路中，瀝青路面占有較大的比例。每年，需要對大量的瀝青路面進行翻修處理，最常用的措施是銑刨舊面層后鋪設新面層［1－2］，這造成材料浪費、污染環境等問題。而回收再利用廢舊瀝青路面材料( Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，可以節約大量砂石材料，減少工程投資，有利于節約資源和保護環境。我國絕大多數城市道路采用的是瀝青面層下鋪設以無機結合料為穩定劑的半剛性基層［3－4］，如能將廢棄瀝青混合料加工成滿足路面基層要求的再生集料，是解決城市廢棄瀝青混合料的一個很有效的方法［5－6］。20世紀初，美國開始對路面冷再生技術進行研究，如今冷再生技術已相對成熟［7］。我國于20世紀80年代開始進行冷再生技術研究，已取得一定成果，其中向RAP材料中添加一定穩定劑，形成的穩定冷再生材料可滿足一定性能要求并適用于道路基層中［8－10］，而且冷再生材料已經得到逐步推廣與應用。同時瀝青路面冷再生技術具有常溫施工、能源消耗低、施工方便等特點，冷再生技術的研究與使用具有良好的社會和環境經濟效益和社會效益［11－12］。

1冷再生原材料性質

原材料的性質指標對RAP材料冷再生后的性能有較大的影響，需要對試驗原材料性質進行檢測分析。選用二灰(生石灰和粉煤灰)作為冷再生混合料穩定劑并對其性質進行檢測，并對舊瀝青路面材料進行篩分分析。

1．1無機結合料

選用適當類型的生石灰、粉煤灰作為穩定劑，根據文獻［13］的要求，對生石灰和粉煤灰的主要質量技術指標進行檢測。生石灰中氧化鎂的質量分數為12．8%、氧化鈣的質量分數為55．2%，因此試驗用生石灰為I級鎂質生石灰。粉煤灰的檢測結果見表1。由表1可以看出，粉煤灰各項指標均符合要求。

1．2 RAP材料性質

對于選定的瀝青路面大修路段，使用冷再生機對舊瀝青面層進行銑刨，經過銑刨破碎后的RAP材料的成分較復雜，除了常規的粗集料、細集料，還有老化的瀝青塊等，且材料最大粒徑一般＜30 mm，揀除未能徹底粉碎的大塊顆粒，選用標準篩對廢舊瀝青路面材料進行篩分分析。篩分試驗結果見表2，并與文獻［14］要求的再生瀝青路面材料范圍進行比較。

表1粉煤灰檢測結果

表2廢舊瀝青路面材料篩分結果

由表2看出，廢舊瀝青路面材料( RAP)篩分試驗結果符合規范要求的級配范圍。

2再生混合料配合比設計

二灰的質量分數為15%～25%時，二灰冷再生舊瀝青路面混合料有較好的強度，為了更好地分析二灰冷再生舊瀝青路面材料的性質，選取m(生石灰)∶m(粉煤灰)∶m( RAP) 4組配合比，分別為8∶16．5 ∶75. 5、6∶15∶79、6∶12∶82、4．8∶9．8∶85．4進行試驗。

2．1擊實試驗

對4組配合比的二灰冷再生舊瀝青路面材料進行擊實試驗，確定最佳水的質量分數和最大干密度，如表3所示。

表3不同配合比的二灰冷再生混合料擊實試驗結果

由表3可以看出，4種類型配合比混合料隨著RAP材料用量增加，冷再生混合料的最佳水的質量分數降低，最大干密度增大。主要是由于RAP材料密度較二灰大，且最佳水的質量分數小于生石灰和粉煤灰。

2．2無側限抗壓強度試驗

根據擊實試驗確定的最佳水的質量分數和最大干密度，依據文獻［15］中的方法成型圓柱形試件，每種配合比成型13個平行試件，然后在規定環境下養生，試件養生齡期采用7、28、60、90、180 d。為了保證試件內部溫度達到要求的試驗溫度，在養生齡期的最后一天，將試件置于己達規定溫度的恒溫水槽中保溫24 h。將已浸水一晝夜的試件從水中取出，用軟的舊布吸去試件表面的可見水，將試件放在路面材料強度試驗儀的升降臺上，最后對試件進行無側限飽水抗壓強度試驗［16］。試驗結果見圖1。

圖1中4條曲線分別代表4種不同配合比的二灰冷再生混合料的抗壓強度隨齡期變化情況。可以得出，不管是早期強度還是后期強度，3#和2#試件的抗壓強度明顯高于1#和4#。3#試件的7 d抗壓強度高于2#。后期強度都明顯增加，3#和2#試件的抗壓強度非常接近，但是3#依然高于2#。因此，由試驗結果得出，3#試件的試件抗壓強度最好，3#試件中RAP的質量分數高于2#，RAP材料得到高效利用，因此，選用3#試件的配合比。

圖1不同配比抗壓強度試驗結果

3力學性能分析

3．1劈裂強度

圖2劈裂強度隨齡期變化

根據抗壓強度試驗確定了再生廢舊瀝青路面材料配合比，為了檢驗再生混合料抗拉破壞能力，依據此配合比成型圓柱體試件，對養生至不同齡期的試件進行劈裂強度檢測，試驗結果見圖2。

由圖2可以得出，采用3#配合比的二灰冷再生混合料具有較好的劈裂強度，且劈裂強度隨著齡期的增加而增大，增長速率隨著齡期的增加呈現減緩的趨勢。7 d齡期時的劈裂強度達到0．166 MPa，90 d齡期時的劈裂強度為0．591 MPa，是7 d齡期的3. 56倍。180 d齡期的劈裂強度達到0．702 MPa，是7 d齡期的4. 22倍，是90 d齡期的1. 19倍，劈裂強度增長較大。數據表明，二灰冷再生混合料早期反應較快，在較短齡期內可以充分反應，90 d的劈裂強度達到180 d的0. 85倍。由此得出，添加二灰的RAP材料在早期養護齡期內( 28 d時)就能達到較高的劈裂強度，后期強度的增長速率逐漸減緩。

圖3　抗壓回彈模量隨齡期變化

3．2抗壓回彈模量

路面結構設計中常采用抗壓回彈模量進行厚度計算與力學計算，因此抗壓回彈模量是表征路面材料性能的一個重要指標，對冷再生的廢舊瀝青路面材料進行抗壓回彈模量試驗，分析其隨養生齡期增長的變化規律，為添加生石灰和粉煤灰的RAP材料在基層使用提供指導。抗壓回彈模量隨齡期變化如圖3所示。

圖4冷再生混合料抗壓強度與回彈模量的相關性

由圖3可以看出，再生混合料的抗壓回彈模量隨齡期延長而增長，且增長速率逐漸減緩。隨著二灰反應的結束，再生混合料的剛度基本穩定，增長不再明顯。90 d的回彈模量變化趨勢已趨于穩定，達到180 d時的87．83%。為了更好分析再生混合料剛度變化，結合無側限抗壓強度試驗，對再生混合料的抗壓強度與抗壓回彈模量進行對數方程回歸相關性分析，如圖4所示。

根據圖4中回歸方程曲線，以抗壓回彈模量為橫坐標，抗壓強度為縱坐標，分析二者的相關特性，相關系數R2= 0．990 4，相關性十分明顯。同時表明，添加二灰的RAP材料回彈模量增長規律基本和抗壓強度增長規律相似，這樣即可用一個較易測量的指標推算或代替另一個指標，減輕工作量和節省時間。建議力學指標采用90 d養生齡期的設計參數，此時的劈裂強度、抗壓強度、回彈模量均已達到180 d的85%以上。

4再生混合料微觀分析

對于銑刨破碎后的廢舊瀝青路面材料，含有大量不同粒徑的外部裹覆瀝青的集料，這些外包瀝青的集料形成骨架結構，添加二灰作為穩定劑填充混合料間隙，形成二灰穩定舊瀝青路面復合材料。利用電子顯微鏡對3#試件進行掃描，試件按標準養生7、28 d，對獲取的圖像進行處理與分析。電鏡掃描結果見圖5。

圖5Ⅲ型試件電鏡掃描圖

從二灰冷再生混合料養生7 d的電鏡掃描圖片可以看出，試件表面及內部孔洞較多，粉煤灰形成中空玻璃球體，粉煤灰顆粒依靠這些膠凝物有效粘聚在一起。由于齡期較短，生成物分布較分散，膠凝物之間相對獨立，表面有少量纖維狀晶體，膠結能力有待提高，早期強度不會很高。28 d電鏡掃描圖可以看出，大量膠凝物質覆滿球體表面，纖維狀晶體不斷增加，并把相距較遠的球體有效的連接起來，膠凝物與晶體相互依存，強化了整體性能并形成穩定的膠凝網狀晶體結構，二灰冷再生混合料結構不斷完善，強度得到提高。

5　結論

1)對于以二灰為穩定劑的RAP材料，采用4組二灰配合比，不同配合比的二灰RAP材料的強度都隨齡期的增加而增大，且早期增加速率較大，后期增速減緩。隨著生石灰和粉煤灰的質量分數的增加，混合料強度出現先增大后降低的變化規律，當配合比選用生石灰的質量分數為6%、粉煤灰的質量分數為12%、RAP的質量分數為82%，混合料強度最大。

2)采用無側限抗壓強度確定的配合比，對冷再生混合料進行劈裂強度試驗，結果表明:二灰冷再生混合料具有良好的劈裂強度，劈裂強度隨齡期的增加而增大，且強度的增長率隨著齡期的增加呈現減緩的趨勢; 3#試件的7 d抗壓強度滿足技術規范要求，設計的二灰冷再生混合料可應用于路面基層。

3)冷再生混合料的抗壓回彈模量都隨著齡期的增加而增大，且早期的增長率較大，后期逐漸變緩。回彈模量與抗壓強度的線性相關性分析表明，回彈模量和抗壓強度具有相似的增長規律。建議混合料的設計指標采用90 d養生齡期的力學指標。

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(責任編輯:郎偉鋒)

Research on Cold Regeneration Technology of Old Asphalt Pavement Materials with Lime-Fly Ash

YIN Guangkai，DING Can
( School of Highway，Chang'an University，Xi'an 710064，China)

Abstract:In this paper，the cold regeneration technology of old asphalt pavement materials with two ashes ( lime and fly ash) as stabilizers is studied．The optimal water content of cold recycled mixture and the maximum dry density are determined through compaction tests．Also，the recommended mixture proportion is given based on the tests of the unconfined compressive strength of cold recycled mixture．Furthermore，the splitting strength and compression rebound modulus of selected specimens are examined to analyze the increasing law of the cold recycled mixture strength．The test results show that the two ashes as stabilizers of old asphalt pavement materials have the good strength，which can meet the strength requirements of road semi-rigid base materials．

Key words:old asphalt pavement material; lime; fly ash; cold regeneration; mixture proportion

作者簡介:尹光凱( 1990—)，男，山東鄒城人，碩士研究生，主要研究方向為道路與鐵道工程．

收稿日期:2015－05－10

DOI:10．3969/j．issn．1672－0032．2015．02．010

文章編號:1672－0032( 2015) 02－0053－05

文獻標志碼:A

中圖分類號:U414．75