乳化瀝青冷再生混合料旋轉壓實方法關鍵指標分析

潘向華

(廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

目前，乳化瀝青冷再生技術作為有效處理廢舊瀝青混合料的手段之一，在歐美等發達國家得到了大量的應用，該技術不僅解決了廢舊材料污染環境等問題，而且在提高自然資源利用效率的同時又保護了生態環境。

由于回收的瀝青混合組分結構變化較大，導致再生瀝青混合料的配合比設計與常規熱拌瀝青混合料設計存在較大的變化，成型試件的各項性能指標具有顯著的差異，且國內外未形成統一的標準，國外應用較多的國家也僅僅限于經驗性設計方法和區域性的應用方法。如美國瀝青再生協會(ARRA)研究提出了修正馬歇爾法、修正維姆法、俄勒岡州估算設計法等[1]。陳曉剛通過分析發現《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41-2008)的二次擊實方法會破壞水泥水化物的結晶結構，影響再生混合料后期強度[2]。

綜上所述，我國對旋轉壓實成型方法在乳化瀝青冷再生混合料的研究較少，本文通過分析旋轉壓實次數、拌合物用水量及乳化瀝青用量等關鍵因素，提出了旋轉壓實方法在配合比設計中應用的可行性，具有重要的研究意義。

1 試驗方案

(1)本文選擇乳化瀝青為陽離子慢裂乳化瀝青，其各項技術見表1，選擇再生舊料為某高速公路上面層銑刨料，其技術指標滿足《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50-2017)和《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41-2008)[3-4]的相關要求。水泥選擇P.O32.5的普通硅酸鹽水泥(見表2)，拌合用水為生活飲用水。

表1 乳化瀝青技術指標表

表2 水泥技術指標表

(2)通過選擇旋轉壓實儀(SGC)成型乳化瀝青冷再生混合料試件，選擇中粒式級配為研究對象，成型試件直徑150 mm，旋轉角度1.25°，轉速30 r/s，依據JTG F41-2008技術要求進行標準養生[5]；研究通過改變旋轉壓實次數、乳化瀝青用量及拌合用水量等因素對劈裂強度、空隙率等指標的影響，確定旋轉壓實成型方法在乳化瀝青冷再生混合料中應用的有效性和相關技術參數。

2 試驗結果與分析

2.1 旋轉試驗壓實次數指標分析

研究不同壓實次數(30次、50次、70次和100次)對空隙率指標、劈裂強度指標的影響規律，并采用常規馬歇爾試驗數值進行對比，試驗結果見圖1、圖2。

圖1 空隙率指標隨壓實次數變化曲線圖

圖2 劈裂強度指標隨壓實次數變化曲線圖

圖1、圖2分別描述了乳化瀝青含量3.5%時不同壓實次數下空隙率、劈裂強度值變化結果，分析可知：

(1)旋轉壓實次數對空隙率具有顯著影響，隨壓實次數的增加，空隙率呈顯著下降趨勢。且隨著壓實次數進一步增加，空隙率變化幅度逐漸降低，在30～70次范圍內，空隙率下降幅度顯著；而在70～100次范圍內，空隙率值變化較小，在旋轉壓實50次的空隙率值(10.3%)與馬歇爾擊實結果相接近(馬歇爾試驗空隙率為10.4%)。

(2)旋轉壓實次數增加能夠有效改善混合料壓實度，空隙率指標下降，但該指標的下降幅度與旋轉壓實次數具有一定的合理范圍，超出該范圍并不能良好地改善其密實程度。如旋轉壓實100次的空隙率值降低了3%(與旋轉壓實70次相比)，而旋轉70次的空隙率值則降低了18%(與旋轉壓實30次相比)。

(3)隨著旋轉壓實次數的增加，劈裂強度指標呈增加趨勢變化(見圖2)。在旋轉壓實70次和100次，劈裂強度值分別提高了約22.4%和23.9%(與旋轉壓實30次相比)，說明壓實次數的增加能夠有效提高混合料的力學強度，但旋轉壓實100次改善效果與70次相接近。

匯總上述結果，旋轉壓實次數對空隙率存在直接影響，旋轉壓實50次的空隙率值與常規馬歇爾結果相接近，采用旋轉壓實70～100次成型試件，能夠降低空隙率10%左右。結合劈裂強度指標結果，推薦合理的旋轉壓實次數為70～90次。

2.2 拌合用水量指標分析

乳化瀝青冷再生混合料現場拌合過程中，合理添加用水量能夠明顯提高再生混合料的可壓實性能、施工和易性及路用性能[6]。本文通過旋轉壓實方法和重型擊實方法分析拌合用水量對體積參數的影響，試驗結果見圖3、圖4。

由圖3可知：

(1)成型方式的改變對乳化瀝青混合料的最大干密度和最佳含水量存在不同的影響，采用旋轉壓實方法成型試件的最大干密度值高于重型擊實方法，而對應的最佳含水量值小于重型擊實方法。如重型擊實方法最大干密度值和最佳含水量分別為2.035 g/cm3和3.5%，而旋轉壓實方法的為2.108 g/cm3和2.8%。由此可見，旋轉壓實方法能夠進一步提高試件壓實密度，且能夠降低用水量0.7%。

(2)旋轉壓實成型方法的原理主要為對混合料施加揉搓壓力，通過改變旋轉角而相互作用，而重型擊實的基本原理為垂直壓力直接作用于混合料表面，依靠上下嵌擠進行壓實。研究表明旋轉壓實方法能夠較好地模擬現場壓路機碾壓作用。根據現場施工過程觀察發現采用擊實試驗確定的最佳用水量不易控制，現場拌合料含水量偏大、碾壓過程中泌水的現象時有發生。采用旋轉壓實方法控制最佳含水量能夠降低或避免上述現象。為進一步分析含水量對其他性能影響，圖4描述了采用旋轉壓實方法成型試件的干濕劈裂強度比隨用水量變化的趨勢。

(a)重型擊實試驗

(b)旋轉壓實試驗圖3 干密度隨用水量變化曲線圖

圖4 干濕劈裂強度比隨用水量變化曲線圖

(3)用水量對干濕劈裂強度比具有顯著影響，其隨用水量的增加呈先增加后降低的趨勢，符合二次函數關系曲線，最大值為0.92，最佳用水量為2.8%，這與上述最大干密度分析結果相一致，說明只有在最佳含水量條件下，試件的干濕劈裂強度比指標才能得到有效保證。因此，本文提出采用旋轉壓實方法成型乳化瀝青冷再生混合料，確定最佳用水量，能夠顯著提高混合料壓實密度，降低用水量，進一步保證干濕劈裂強度比指標的可靠度。

2.3 乳化瀝青用量指標分析

依據上述研究成果，試驗選擇旋轉壓實70次，成型溫度25℃，最佳拌合用水量2.8%，不同乳化瀝青用量條件下(3.0%、3.5%、4.0%和4.5%)，結合空隙率指標和干濕劈裂強度比指標確定最佳乳化瀝青用量，結果見圖5、圖6。

圖5 空隙率指標隨乳化瀝青用量變化曲線圖

圖6 干濕劈裂強度比指標隨乳化瀝青用量變化曲線圖

圖5、圖6分別描述了空隙率指標和干濕劈裂強度指標隨乳化瀝青用量的變化結果，分析可知：

(1)隨著乳化瀝青用量增加，空隙率值呈顯著下降趨勢，乳化瀝青含量在3.0%～4.0%時，空隙率變化幅度較大(二者差值為1.2%)，而在4.0%～4.5%時空隙率變化值較小，差值僅為0.2%，說明乳化瀝青用量的增加能夠良好改善混合料的空隙率值，且乳化瀝青含量對空隙率影響具有一定范圍的敏感性，在合理范圍內可采用乳化瀝青上限進行有效控制空隙率，但超過該范圍，對空隙率的改善效果并不顯著。

(2)隨著乳化瀝青用量的增加，干濕劈裂強度值呈凸曲線狀態，干濕劈裂強度比存在最大值為92.1%，所對應的乳化瀝青用量為4.1%，與其相對應的空隙率為9.5%。這說明合理的瀝青用量保證了混合料具有良好的和易性，旋轉次數的增加對混合料空隙率提高具有良好的變化規律，而干濕劈裂強度值的變化正是上述分析結果的直接反映[7]。

(3)結合旋轉壓實次數、拌合用水試驗成果，提出采用旋轉壓實次數70～90次、成型溫度25 ℃、最佳用水量為2.8%、乳化瀝青用量4.1%成型試件，經過標準養護并進行性能驗證，早期強度與路用性能均滿足規范要求。

3 結語

(1)研究提出旋轉壓實方法成型乳化瀝青冷再生混合料，分析了旋轉壓實次數、最佳拌合用水量及乳化瀝青用量等關鍵參數變化規律影響，與普通馬歇爾方法相比，旋轉壓實方法能夠有效提高乳化瀝青混合料密實度，降低拌合水用量和空隙率。

(2)旋轉壓實次數對空隙率指標、劈裂強度指標存在較大影響，隨旋轉壓實次數增加，空隙率值呈下降趨勢，劈裂強度值呈增加趨勢，且在70～90次范圍內，二者的變化幅度趨于穩定，空隙率值約為10%，劈裂強度值約為0.80 MPa。

(3)隨拌合用水量的增加，最大干密度指標和干濕劈裂強度比指標呈先增加后降低的趨勢，二者均具有最大值，最佳拌合用水量為2.8%時，二者的值分別為2.108 g/cm3和0.92%。

(4)隨乳化瀝青用量的增加，空隙率指標呈線性降低趨勢，干濕劈裂強度比指標呈先增加后降低的趨勢。依據干濕劈裂強度比指標，在最大值92.1%對應瀝青用量為4.1%，與其相對應的空隙率為9.5%。