泡沫瀝青冷再生混合料性能研究

賴石安

(惠州市人防工程設計院有限公司，廣東 惠州 516000)

程成

(長江大學城市建設學院，湖北 荊州 434023)

泡沫瀝青冷再生混合料性能研究

賴石安

(惠州市人防工程設計院有限公司，廣東 惠州 516000)

程成

(長江大學城市建設學院，湖北 荊州 434023)

作為一種新材料，泡沫瀝青冷再生混合料在道路建設領域中得到了越來越廣泛的應用。為分析泡沫瀝青冷再生混合料的強度性能及其水穩定性，通過改變瀝青集料的摻量、溫度及養護條件，研究了摻量、溫度及養護條件對泡沫瀝青冷再生混合料強度的影響；通過改變泡沫瀝青冷再生混合料的含水量及其水泥含量，研究了泡沫瀝青冷再生混合料的水穩定性與其含水量和水泥含量的關系。結果表明，泡沫瀝青冷再生混合料的強度對溫度和養護條件的敏感性較大，并隨著集料摻量的變化顯著增加；泡沫瀝青冷再生混合料的水穩定性隨著其含水量的降低而顯著增加，隨著水泥含量的增加而增加；泡沫瀝青冷再生混合料的強度和水穩定性最佳的水泥含量一般在1.5%～2.0%。

泡沫瀝青；冷再生混合料；水穩定性

近年來，隨著泡沫瀝青冷再生技術的發展及其在工程實踐中的廣泛應用，國內外許多研究學者以及科研單位對這項新技術和新材料十分感興趣，并進行了諸多探索性研究。目前，以美國、加拿大、澳大利亞、南非等以及歐洲一些國家對泡沫瀝青冷再生技術的應用較為普遍，并且取得了良好的經濟、社會效益[1～4]。相比國外的泡沫瀝青冷再生技術，我國泡沫瀝青冷再生技術在室內研究和工程實踐中均處于起步階段，但隨著近年來我國大量道路進入大中修時期，泡沫瀝青冷再生技術取得了較快的發展[5～8]。

泡沫瀝青冷再生混合料具有節約能源、施工快速、節省維修費用和廢舊材料利用率高等一系列優點，將越來越多的用在道路建設領域中，其發展前景不可估量[6～9]。作為一種新型的道路修復手段，泡沫瀝青冷再生技術雖然已經得到廣泛應用，但是由于不同地區的氣候條件、地形特征和材料性質的客觀差異，造成泡沫瀝青混合料在其配合比設計方法、性能評價等多方面的關鍵問題，并沒有達成共識，缺乏系統性的研究成果，仍處于研究探索階段[9～11]。泡沫瀝青冷再生混合料中以舊路材料為主，主要用于道路路面基層，正確認識和掌握其強度特征和路用性能是泡沫瀝青再生應用技術的關鍵。為此，筆者對泡沫瀝青冷再生混合料的強度性能及其水穩定性進行了分析研究。

1 泡沫瀝青冷再生混合料強度性能研究

1.1 泡沫瀝青用量的影響

泡沫瀝青是泡沫瀝青冷再生混合料中最重要的粘結劑，其發泡效果在一定程度上可以改善再生混合料的和易性，并且有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料的強度。適宜的泡沫瀝青用量可以提高集料間的粘結效果。

制備泡沫瀝青冷再生混合料時，改變泡沫瀝青的含量，并在40℃烘箱中養護試件72h，把成型馬歇爾試件進行干劈裂強度試驗，具體試驗數據如圖1所示。

圖1 不同泡沫瀝青用量下的干劈裂強度

由圖1可知，隨瀝青用量增加干劈裂強度存在最大峰值，在達到峰值之前，干劈裂強度隨著泡沫瀝青含量的增加而增加；在達到峰值之后，干劈裂強度隨著泡沫瀝青含量的增加而遞減。只有當瀝青用量達到最佳瀝青用量時，才能夠達到最佳的粘結效果，達到強度的峰值。

1.2 細集料與粉料摻量對強度的影響

在泡沫瀝青冷再生混合料中，集料主要有路面銑刨料和新加集料2部分，其中路面銑刨料對再生混合料的初期強度貢獻較低。為了保證泡沫瀝青混合料的強度，先調整再生料級配組成，再加入一定比例的細料和粉料，然后制備泡沫瀝青冷再生混合料，成型試件并進行養護測試，試驗數據結果如圖2和圖3所示。

圖2 細料摻量與強度關系 圖3 礦粉摻量與強度關系

從圖2和圖3可知，泡沫瀝青混合料的強度隨著細集料和礦粉摻量的增加呈遞增趨勢，并且在細集料摻量10%左右及礦粉摻量在3%左右時，混合料強度達到其最大值。

圖4 集料拌和溫度與強度關系

1.3 集料拌和溫度對強度的影響

為了探討集料拌和溫度對最終混合料強度的影響，將集料分別在不同溫度下放置3h以上，然后制備泡沫瀝青混合料并成型試件進行干劈裂強度試驗，具體試驗數據如圖4所示。

由圖4可知，泡沫瀝青混合料的劈裂強度與集料拌和溫度呈正相關，當集料拌和溫度提高時，使得泡沫瀝青在集料中的分散更趨均勻，從而提高混合料強度。

1.4 試驗條件對強度的影響

在室內按照98%的壓實度成型試件。試件成型后在室外靜置1d，其中一批試件放入塑料袋中密封，然后采用2種方式進行養護：第1種是將試件置于40℃烘箱內養生48h，冷卻至室溫待測，該批試件稱為濕養護試件；第2種是將試件仍然置于室外，不作恒溫處理，然后進行測試，稱為未養護試件。另有一批試件在室外靜置1d，放入40℃烘箱養護，該批試件未放入塑料袋中，稱為干養護試件。不同養生條件下，試件的抗壓強度測試結果見表1。

表1 不同試驗條件下泡沫瀝青冷再生混合料強度測試值

由表1可知，在20℃下，濕養護試件的抗壓強度比未養護試件的抗壓強度高20%以上，但濕養護試件的抗壓強度僅為干養護試件抗壓強度的80%左右。在濕養護過程中，試件中的水沒有充分發揮，因此，其強度低于干養護試件的強度。在50℃測試時，濕養護試件抗壓強度僅為20℃測試強度的50%左右，說明泡沫瀝青混合料仍然是感溫性較強的混合料。

上述分析表明，泡沫瀝青冷再生混合料試件的強度對養護條件和試驗條件的敏感性大，在評價其抗壓強度特征時，應按照標準試驗條件進行。

2 泡沫瀝青冷再生混合料水穩定性能研究

對泡沫瀝青冷再生混合料強度形成機理分析表明，該混合料的強度，尤其是初期強度對環境狀態的依賴性較強，泡沫瀝青冷再生混合料結構層的主要損壞是水損害，其主要原因是因為該混合料中瀝青含量較低，孔隙率較大，吸水率較高。為了提高泡沫瀝青冷再生混合料的水穩定性，需要采用較高的瀝青用量，在這種情況下，混合料的密度增加，細料能裹覆更多的瀝青，水穩定性增強，但是將提高泡沫瀝青冷再生混合料造價，因此推薦方法是加入水泥等活性材料。

2.1 含水量對水穩定性能的影響

圖5 泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強度和含水量的關系

在40℃烘箱養護條件下，泡沫瀝青冷再生混合料的含水量對其強度的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著試件含水量的降低，混合料試件的強度顯著增加。

2.2 水泥含量對水穩定性的作用

由于冷再生混合料的特殊組成，冷再生混合料的孔隙率較高，吸水率較大。而泡沫瀝青冷再生混合料中泡沫瀝青含量較低，故水穩定性成為該混合料的薄弱環節。目前采取的措施是加入適量的水泥，以改善再生混合料的水穩定性。

為了分析水泥和瀝青用量對泡沫瀝青冷再生混合料水穩定性能的影響，調整水泥和瀝青的用量組配，成型試件并在相同條件下進行養護，然后測試試件的濕劈裂強度，試驗數據如表2所示。

由表2可知，冷再生混合料的濕劈裂強度隨著水泥和瀝青含量的增加而明顯提高，其水穩定性也有所改善。但是，較高的水泥含量可能會產生提高混合料的脆性并降低抗疲勞性能等負面影響。因此，目前水泥最佳含量取值在1.5%～2.0%。

表2 不同水泥和瀝青含量下的濕劈裂強度

3 結論

1)泡沫瀝青冷再生混合料強度將隨著時間顯著增長。當混合料中泡沫瀝青用量為最佳含量時，混合料能夠達到最佳粘結效果，強度達到最佳；細集料和礦粉有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料的強度，當細集料摻量為10%左右且礦粉摻量為3%左右時，混合料強度將達到最佳。

2)集料拌和溫度的提高，有助于泡沫瀝青的均勻分布，從而提高了混合料強度；養護條件和試驗條件對泡沫瀝青冷再生混合料試件的強度影響較大，在評價其抗壓強度特征時，應按照標準試驗條件進行。

3)泡沫瀝青冷再生混合料瀝青含量較低、孔隙率較大，吸水率較高，水穩定性較差，為了提高冷再生混合料的水穩定性，建議加入水泥等活性材料。降低混合料的含水量和增加適宜的水泥含量，有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料強度，可達到改善其水穩定性的目的。

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[編輯] 計飛翔

2016-11-10

湖北省自然科學基金項目(2015CFB667)；湖北省教育廳科學技術研究項目(Q20141307)；大學生創新訓練計劃項目(2015004)。

賴石安(1983-)，男，工程師，現主要從事人防工程方面的研究工作。

程成(1990-)，男，碩士生，現主要從事地下工程方面的研究工作，gcgl11102@163.com。

TU470

A

1673-1409(2017)01-0071-04

[引著格式]賴石安,程成.泡沫瀝青冷再生混合料性能研究[J].長江大學學報(自科版)，2017,14(1)：71～74.