高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比研究

竇彥磊

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司重慶分公司,重慶 401120)

目前,隨著我國城市道路建設逐漸進入養護時代,將會有導致大量的路面舊料,如不將這些舊料加以利用,將會使得生態嚴重破壞[1]。在國家提倡建設節約型社會的前提下,泡沫瀝青冷再生技術作為新興的養護技術,近年來正廣泛應用于瀝青路面的大中修工程中[2-3]。其作為基層材料能夠緩解半剛性基層的反射裂縫并具有足夠的承載能力,同時兼顧經濟效益和環境效益,是其它技術不可替代的。因此,為深入了解泡沫瀝青冷再生混合料,本文通過對原材料性能檢測、配合比設計以及再生混合料性能三方面進行入手,對進行試驗分析研究。

1 原材料性能

1.1 RAP料

作為泡沫瀝青冷再生混合料中最主要的原材料,銑刨料(RAP料)的質量是保證再生料性能的前提,而由于受到銑刨設備和環境等因素的影響,會導致銑刨料級配不易控制。因此為保證再生混合料骨架結構較為均勻,在配合比設計時應對RAP料進行二次破碎并將其分為細料(0～10mm)和粗料(10～30mm)。粗料31.5mm～0.075mm的通過率分別為100%、93.4%、69.9%、54.8%、41.3%、12.7%、1.5%、1.3%、1.1%、0.7%、0.5%、0.3%、0.1%；細料13.2mm～0.075mm的通過率分別為100%、99.5%、71.6%、44.5%、27.1%、17.7%、9.9%、6.0%、1.7%。

1.2 瀝青

試驗選用的基質瀝青為中海A級70#瀝青,參照現行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》[4]對該基質瀝青進行技術指標檢測,主要檢測結果為：針入度(25℃)為6.5mm,針入度指數PI為-1.14,15℃延度>150cm,軟化點為47.8℃,密度為1.015g/cm3,60℃動力粘度為234Pa·s。

1.3 集料

為確保泡沫瀝青冷再生混合料具有良好的內聚力,不易遇水松散,分別選擇堿性材料5～10mm石灰巖粗集料、0～3mm石灰巖細集料作為礦料,增強泡沫瀝青和石料的粘附性。按規范對集料的主要技術性質進行檢測,檢測結果為：粗集料的壓碎值21.4%,洛杉磯磨耗損失為12.7%,表觀相對密度為2.734g/cm3,針片狀顆粒含量3.4%,水洗法(<0.075mm顆粒含量)為0.2%；細集料的表觀相對密度為2.721g/cm3,砂當量為62%。

1.4 礦粉

試驗中選取了干燥、潔凈的石灰巖礦粉,并對其進行了相關項目的檢測,技術性質檢測結果為：表觀相對密度為2.721g/cm3,<0.6mm含量為100%,<0.15mm含量為95.4%,<0.075mm含量為88.4%。

1.5 水泥

水泥為堿性材料,它的加入有助于泡沫瀝青冷再生混合料早期強度形成,同時能提高再生混合料的穩定性。本次試驗采用復合硅酸鹽水泥(P.C32.5),其檢測結果如下：80μm方孔篩篩余為1.2%,初凝時間110min,終凝時間4.3h,3d、28d抗壓強度和抗折強度均滿足規范要求。

2 高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比設計

2.1 礦料級配組成

為調整再生混合料的級配,需在RAP料中加入新集料,確定再生混合料級配設計方案為5%礦粉、15%細集料、5%粗集料、35%RAP料(0～10mm)、40%RAP料(10～30mm),同時結合再生規范要求和國內外泡沫瀝青冷再生工程的相關經驗,確定試驗中的水泥摻量為1.5%。冷再生混合料31.5mm～0.075mm的通過率分別為97.4%、88.0%、81.9%、76.5%、64.3%、46.6%、34.4%、23.9%、18.0%、13.1%、10.1%、7.0%。

2.2 最佳拌和用水量確定

泡沫瀝青冷再生混合料在拌和過程中需加入適當的水分以保證泡沫瀝青擴散均勻,同時有潤滑作用,使再生混合料壓實緊密。拌合用水量過多,會降低泡沫瀝青和集料之間的吸附效果,而水量過少會導致泡沫瀝青成團,不利于壓實成型。因此,為使泡沫瀝青冷再生混合料具有較好的壓實度和和易性,根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》[5]中規定的土工重型乙類擊實試驗方法對再生混合料進行擊實試驗,最終確定其最佳拌和用水量為4.35%。

2.3 最佳泡沫瀝青用量確定

由于泡沫瀝青冷再生混合料主要用于基層,而基層層底的受力狀態與劈裂強度指標相對應,同時考慮其水穩定性的要求,采用15℃劈裂強度(ITS)和干濕劈裂強度比(ITSR)作為再生混合料的設計指標。從試驗結果中可以看出,隨著泡沫瀝青用量的逐漸增加,再生混合料的劈裂強度和干濕劈裂強度比均先增大后減小,當泡沫瀝青用量達到3.5%時的劈裂強度和干濕劈裂強度比分別達到0.63MPa和82.5%,滿足規范中0.4MPa和75%的要求。

3 高性能泡沫瀝青冷再生混合料性能試驗

3.1 浸水馬歇爾試驗

泡沫瀝青冷再生混合料由于空隙率比一般熱拌瀝青混合料大,容易在雨水較多的地區產生水損害問題,因此通過對再生混合料進行浸水馬歇爾試驗以評價其水穩定性。試驗結果表明,與劈裂試驗結果變化趨勢一致,穩定度和殘留穩定度均隨泡沫瀝青用量的增加呈先增后減的趨勢,在3.5%時達到峰值,說明泡沫瀝青用量的適當增加會使得瀝青膠漿含量增大,減小其內部空隙,提高再生料內部的粘結力,使其具有一定的抗水損害能力。

3.2 凍融劈裂試驗

為模擬更為苛刻的水損害工況,采用凍融劈裂試驗對再生混合料試件真空飽水、低溫冷凍和高溫保溫。試驗采用最佳泡沫瀝青用量3.5%,凍融前劈裂強度為0.508MPa,凍融后劈裂強度為0.404MPa,凍融劈裂抗拉強度比TSR為80.4%,表明該再生混合料具有可在極端氣候條件下保持一定的水穩定性。

3.3 疲勞特性試驗

分別在0.3、0.5、0.6、0.7應力比條件下對再生混合料進行疲勞試驗,試驗溫度為15℃,加載頻率為10Hz,試驗同時比較了水泥摻量對再生混合料疲勞特性的影響。分析結果表明,當應力比小于0.6時,摻有1.5%水泥的再生混合料疲勞壽命要大于未摻水泥的再生混合料,而當應力比大于等于0.6時,未摻水泥的疲勞壽命反而更大,可見水泥摻量顯著影響再生混合料的疲勞壽命,且變化規律與應力比有關。從這兩種水泥摻量的再生混合料疲勞壽命回歸公式中也可以看出,1.5%水泥摻量的再生混合料的疲勞壽命受應力比的敏感程度要比未摻水泥的大。

4 結語

本文對高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比及相關性能進行了研究,主要結論如下：①通過對再生混合料進行擊實試驗得到了最大干密度隨對應的最佳含水量,最終確定其最佳拌和用水量為4.35%；②以15℃劈裂強度(ITS)和干濕劈裂強度比(ITSR)作為再生混合料的設計指標,確定最佳泡沫瀝青用量為3.5%；③最佳泡沫瀝青用量下的殘留穩定度和凍融劈裂抗拉強度比分別為85.1%和80.4%,均滿足規范要求；④水泥摻量顯著影響再生混合料的疲勞壽命,摻水泥的再生混合料疲勞壽命受應力比的敏感程度要比未摻水泥的大。

[1]徐金枝.泡沫瀝青及泡沫瀝青冷再生混合料技術性能研究[D].長安大學,2007．

[2]張建.公路瀝青混凝土路面應用冷再生的施工技術[J].江西建材,2015(11)：167-167．

[3]趙永波.冷再生技術在陜西高速公路路面大修中的應用[D].長安大學,2010．

[4]JTG F40-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社,2011．

[5]JTG E51-2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程[S].北京：人民交通出版社,2009．