水穩(wěn)基層泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)研究

陳祥峰，常明豐，牛曉博，張　潔，張唯瑋，王星然

（1.江西天馳高速科技發(fā)展有限公司 南昌市330103；2.長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安市 710061）

水穩(wěn)基層泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)研究

陳祥峰1，常明豐2，牛曉博2，張潔2，張唯瑋2，王星然2

（1.江西天馳高速科技發(fā)展有限公司 南昌市330103；2.長(zhǎng)安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安市 710061）

通過(guò)大廣高速公路泰贛段路面專項(xiàng)工程泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)的實(shí)例，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，確定了所用基質(zhì)瀝青的最佳發(fā)泡條件，以及混合料的最佳含水量，研究了不同泡沫瀝青含量對(duì)冷再生混合料干劈裂強(qiáng)度、濕劈裂強(qiáng)度、干濕劈裂強(qiáng)度比、凍融劈裂強(qiáng)度比的影響，并確定了最佳配合比。

水穩(wěn)基層；就地冷再生；泡沫瀝青；配合比設(shè)計(jì)；最佳含水量

目前，我國(guó)已建成的高等級(jí)路面中，基層幾乎全部采用半剛性基層，由于基層破壞后，瀝青路面養(yǎng)護(hù)往往不得不采取“開(kāi)膛破肚”式銑刨，產(chǎn)生大量廢棄的翻挖、銑刨混合料，該類(lèi)型的銑刨混合料一方面造成環(huán)境污染，另一方面造成資源的極大浪費(fèi)，容易造成不良的社會(huì)影響。針對(duì)此問(wèn)題，歐美一些國(guó)家開(kāi)展了瀝青混合料再生技術(shù)的研究，研究成果已在工程中大面積推廣應(yīng)用。國(guó)外實(shí)踐證明，冷再生技術(shù)不僅能提高瀝青路面使用性能，延長(zhǎng)路面壽命，而且可以節(jié)省新集料，降低工程成本。

我國(guó)瀝青冷再生技術(shù)的研究起步較晚，主要是針對(duì)原材料、混合料配合比設(shè)計(jì)及常規(guī)強(qiáng)度方面。鐘夢(mèng)武等通過(guò)試驗(yàn)探討了對(duì)摻加水泥的乳化瀝青冷再生混合料試件的擊實(shí)、養(yǎng)生、試驗(yàn)方法，以及水泥-乳化瀝青冷再生混合料的性能及應(yīng)用［1-3］。曾紅雄等提出了采用Superpave體積設(shè)計(jì)方法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型混合料試件的方法將乳化瀝青冷再生技術(shù)應(yīng)用于路面面層［2］。江興文從材料選擇、設(shè)備的配置、施工工藝流程和施工質(zhì)量的控制等方面介紹了乳化瀝青冷再生技術(shù)在高速公路大修中的應(yīng)用［3］。閻晉華等結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了水泥-乳化瀝青半柔性混合料的配合比設(shè)計(jì)研究，并介紹了其施工工藝［6］。拾方治等提出了泡沫瀝青混合料材料組成和設(shè)計(jì)原理，并通過(guò)試驗(yàn)研究得出泡沫瀝青用于穩(wěn)定路面銑刨料作為路面基層的可行性［7］。此外，對(duì)于泡沫瀝青冷再生的研究逐漸展開(kāi)，并取得了一些研究成果和應(yīng)用［8，9］。

本文借大廣高速公路泰贛段路面專項(xiàng)維修之機(jī)，對(duì)水穩(wěn)基層泡沫瀝青就地冷再生的應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定瀝青發(fā)泡溫度、發(fā)泡用水量、最佳泡沫瀝青用量以及最佳配合比，為泡沫瀝青就地冷再生在高速公路大中修的應(yīng)用提供參考。

1　原材料性質(zhì)

1.1銑刨料

本文的回收水泥穩(wěn)定基層混合料為試驗(yàn)段內(nèi)瀝青混凝土面層銑刨后，就地再生機(jī)對(duì)上基層破碎回收所得銑刨料。針對(duì)銑刨料進(jìn)行水洗篩分，篩分結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　銑刨料篩分結(jié)果

由表1可知，上基層水泥穩(wěn)定碎石銑刨料各篩孔通過(guò)率符合《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》JTGF41-2008中泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)級(jí)配范圍中的中粒式級(jí)配要求［10］。

1.2水泥

水泥采用P.C 32.5普通硅酸鹽水泥，其相關(guān)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　水泥技術(shù)指標(biāo)

1.3發(fā)泡瀝青

泡沫瀝青冷再生所用瀝青為韓國(guó)SK-70#基質(zhì)瀝青。采用德國(guó)產(chǎn)WLB10發(fā)泡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行不同溫度、不同用水量條件下的發(fā)泡特性試驗(yàn)，以確定該瀝青最佳的發(fā)泡溫度和發(fā)泡用水量。SK-70#基質(zhì)瀝青指標(biāo)見(jiàn)表3，發(fā)泡特性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，各溫度下瀝青發(fā)泡特性見(jiàn)圖1～圖3。

表3　SK-70#基質(zhì)瀝青指標(biāo)

表4　瀝青發(fā)泡特性試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，該瀝青發(fā)泡特性良好，滿足泡沫瀝青最低的發(fā)泡標(biāo)準(zhǔn)，即膨脹率＞10倍，半衰期＞8s，三種溫度下，發(fā)泡用水量為2%～3%時(shí)能獲得較好的發(fā)泡效果，三種發(fā)泡溫度相比，150℃條件下能獲得更好的發(fā)泡效果。因此，韓國(guó)SK-70#基質(zhì)瀝青的最佳發(fā)泡條件為：發(fā)泡溫度為150℃，發(fā)泡用水量為2.5%。

2　泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)

2.1配合比設(shè)計(jì)步驟

水穩(wěn)基層泡沫瀝青冷再生配合比設(shè)計(jì)的主要步驟如下：

（1）采用隨機(jī)取樣的方法，低溫烘干回收水穩(wěn)基層混合料用以確定含水量；

（2）分析水穩(wěn)基層混合料的級(jí)配；

（3）土工擊實(shí)試驗(yàn)，確定再生混合料的最大干密度和最佳含水量；

（4）確定最佳泡沫瀝青用量。

2.2確定最佳含水量

將烘干的舊水穩(wěn)基層銑刨料和用量為1.5%的水泥摻加混合，通過(guò)重型擊實(shí)試驗(yàn)確定再生混合料的最佳含水量和最大干密度，根據(jù)試件干密度-含水量關(guān)系曲線，得到最大干密度及其相應(yīng)的最佳含水量。按冷再生混合料的含水量分別為4.3%、5.3%、6.3%、7.1%、8.1%成型冷再生試件，試件的干密度與含水量的關(guān)系見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，隨著含水量的增加，干密度呈先增大達(dá)到峰值后減小的趨勢(shì)，由此確定的最佳含水量為6.5%，包括再生水穩(wěn)基層混合料含水量、泡沫瀝青中水分和外加水三部分，對(duì)應(yīng)的最大干密度為2.137g/cm3。

2.3泡沫瀝青用量

采用劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度確定泡沫瀝青用量。固定水泥用量為1.5%，最佳含水量為6.5%，泡沫瀝青用量分別為2.0%、2.3%、2.5%、2.7%、3.0%，成型冷再生試件并測(cè)試相關(guān)指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5、表6及圖5。

表5　劈裂試驗(yàn)結(jié)果（15℃）

表6　凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表5、表6和圖5可知，隨著泡沫瀝青用量的增加，干、濕劈裂強(qiáng)度以及凍融、未經(jīng)凍融劈裂強(qiáng)度均呈增大的趨勢(shì)，說(shuō)明泡沫瀝青的加入增強(qiáng)了混合料的整體粘結(jié)性，提高了混合料的抗拉性能。結(jié)合干濕劈裂比和凍融劈裂強(qiáng)度比隨泡沫瀝青用量的變化曲線最終確定泡沫瀝青的最佳用量為2.7%。

3　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，水穩(wěn)基層泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)如下：

（1）舊水穩(wěn)基層銑刨料100%利用，水泥摻量為1.5%。

（2）泡沫瀝青最佳發(fā)泡溫度為150℃，發(fā)泡用水量為2.5%。

（3）水穩(wěn)基層泡沫瀝青冷再生混合料的最佳含水量為6.5%，最大干密度為2.137g/cm3。

（4）泡沫瀝青最佳用量為2.7%。

［1］ 鐘夢(mèng)武，吳超凡，于永生，等.摻加水泥的乳化瀝青冷再生瀝青混合料設(shè)計(jì)方法研究［J］.公路，2008（1）：195-199.

［2］ 孫斌，胡宗林，王斯倩.水泥-乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)在昌九高速公路技術(shù)改造工程中的應(yīng)用研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2008（11）：16-19.

［3］ 耿九光，陳忠達(dá)，李龍.水泥-乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，29（1）：10-14.

［4］ 曾紅雄，張東省.乳化瀝青冷再生技術(shù)應(yīng)用于路面面層中的室內(nèi)混合料配合比設(shè)計(jì)與性能研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010（11）：114-117.

［5］ 江興文.乳化瀝青冷再生技術(shù)在高速公路大修中的應(yīng)用［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2009（9）：48-49.

［6］ 閻晉華，張名成.水泥-乳化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與施工技術(shù)［J］.公路與汽運(yùn)，2010（136）：87-89，131.

［7］ 拾方治，呂偉民，孫大權(quán).瀝青路面再生技術(shù)簡(jiǎn)介［J］.石油瀝青，2004，18（5）：56-59.

［8］ 李秀君，拾方治，董兆輝.泡沫瀝青就地冷再生混合料設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用［J］.公路，2005（2）：150-155.

［9］ 陳德華.泡沫瀝青冷再生技術(shù)在佛開(kāi)高速公路擴(kuò)建工程中的應(yīng)用［J］.公路，2013（5）：161-164.

［10］ 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG F41-2008公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

Mix Proportion Design of Cold In-place Recycling for Foamed Asphalt of Cement Stabilized Base

CHEN Xiang-feng1，CHANG Ming-feng2，NIU Xiao-bo2，ZHANG Jie2，ZHANG Wei-wei2，WANG Xing-ran2
（1.Tianchi Freeway Technology Development Co.，Ltd.of Jiangxi Province，Nanchang 330103，China；2.School of Materials Science and Engineering，Chang'an University，Xi'an 710061，China）

In order to propose the mix proportion of cold in-place recycling for foamed asphalt of cement stablized base，the special project of Taihe-Ganzhou section of Daqing-Guangzhou Freeway was taken as an example to conduct the mix proportion design of foamed asphalt mixture with a cold in-place recycling method. The optimum foaming conditions of matrix asphalt and the optimum water content were determined combined with laboratory tests.The influences of the foamed asphalt contents on the dry splitting strength，wet splitting strength，dry and wet splitting ratio strength and freeze-thaw splitting strength ratio of cold in-place recycling mixtures were analyzed，and the optimum mix proportion was determined.

Cement Stabilized base；Cold in-place recycling；Foamed asphalt；Mix proportion design；Optimum water content

U416.26

B

1673-6052（2016）03-0055-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.017

※國(guó)家自然科學(xué)基金資助（51408047）；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（201410710152）