RAP冷再生混合料強度性能的影響因素分析

唐繼秀

摘要：文章結合省道$202線K79+000-K103+000路面維修工程實例，針對RAP銑刨料冷再生混合料的原材料和級配，分析該混合料的強度影響因素，主要有乳化劑的類型和摻量、乳化瀝青的摻入量和水泥的摻量，并通過空隙率、劈裂強度和60℃動穩定度的指標規律變化，確定出各影響因素的合理摻量范圍，為省道$202路面維修工程項目提供了試驗依據，也為同類冷再生修補施工工程提供了參考。

關鍵詞：乳化瀝青;RAP冷再生;強度性能;影響因素;路面維修

中圖分類號：U416.26 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.018

文章編號：1673-4874（2019）09-0061-05

0引言

隨著交通運輸行業的不斷發展，我國瀝青公路的總里程不斷增長。瀝青公路路面的使用年限一般為10-20年，根據實際工程經驗的研究顯示，很多公路在建設使用期5年內就產生了一些嚴重的路面病害形式，給群眾生命和財產安全造成一定威脅。這主要是由于瀝青路面的柔性結構耐久性較差，而且通常配合半剛性基層進行路面結構設計，由于基層受溫度影響和車輛荷載應力的作用，產生溫縮和干縮現象，極易造成基層裂縫或沉陷病害，并因此而引起面層的裂縫等破壞.因此當前很多公路迫切需要進行養護和維修處理，全國97%的瀝青公路已經進入了全面養護時期。采用瀝青材料的各級公路在養護修補時所需的成本比較高，對于養護修補技術和材料的需求和消耗都比較大。傳統大中修工程養護修補施工處置措施主要有加鋪罩面和銑刨處置，在取得一定修補成效的同時，可能會產生資源浪費或強度不足等方面的問題。目前的瀝青路面冷再生技術逐漸成為研究和工程應用熱點，冷再生技術主要優勢在于可以最大限度地利用原有路面的碎石集料，同時使得新路面的強度和使用性能達到較好的水平。RAP冷再生技術通過銑刨舊路面層和基層，通過外加劑和瀝青來改善碎石再生料的各項性能，在回收廢料的同時，降低了能耗，極大提升環保效益。

本文依托廣西省道S202線的瀝青路面維修工程項目實際經驗，主要研究RAP冷再生技術中再生混合料的強度性能指標，分析影響強度性能的影響因素，并探討相關外加材料的最佳摻入量.希望為S202線瀝青路面維修項目和同類型的舊瀝青路面改造和修補工程提供相應的參考資料，以提高廣西公路建設水平和強化公路資源環保理念。

1工程概況

廣西省道$202線瀝青路面維修項目工程標段位于云貴高原邊緣，該區地形屬于山嶺重丘地形，主要呈現剝蝕砂頁巖山嶺地貌。沿線地勢高低起伏較大，縱面相對高度較大。項目公路技術等級為二級，設計車速為40km/h。路基寬度為8.5m，路面寬度為7.7m，原路面結構為25cm級配碎石基層+1cm瀝青石屑下封層+3cm瀝青混凝土面層。隨著經濟的快速發展，該路交通量逐年上升，受車輛超載和降雨影響，該路部分路段瀝青面層出現了不同程度的病害問題.主要病害為瀝青路面網裂、龜裂等。根據實地調研，針對病害嚴重的路段進行冷再生技術維修施工。

2原材料及試驗方案

2.1原材料

結合廣西$202瀝青路面維修工程項目施工段，采取傳統RAP銑刨料原材料，RAP原料粒徑組成由篩分試驗測定如表1所示，RAP基本參數指標如表2所示。集料采用市售石灰巖碎石，粒徑范圍在5-20mm，礦粉為石灰巖細粉，所用集料原料均符合規范要求.試驗采用成品改性乳化瀝青，其技術參數如表3所示。水泥型號為PC32.5，各項技術指標如表4所示。

2.2 配合比及試驗方案

試驗采取的配合比采用《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）推薦的配合比級配范圍，具體的冷再生混合料配比見表5，以此確定的合成級配如圖1所示。

按規范要求和設計級配制備標準馬歇爾試件，通過相應的馬歇爾試驗測定冷再生瀝青混合料的基本性能參數，并采取劈裂試驗和車轍試驗分析乳化劑類型和用量以及水泥用量對冷再生瀝青混合料的性能指標的影響變化規律。

3 冷再生混合料強度影響因素

3.1馬歇爾試驗結果

對四種不同乳化瀝青摻量下制備的馬歇爾試件進行體積指標測定，針對密度、空隙率和穩定度指標進行歸納分析，測定結果如圖2所示。

由圖2試驗數據顯示，乳化瀝青的摻量為3.5%時冷再生混合料的浸水穩定度最高，3.5%摻量下其他各項體積指標也滿足要求。綜合考慮$202維修工程實際經驗，確定試驗用乳化瀝青的摻量為3.5%，水量為2.5%，從而使液體含量達到6%。

為了進一步研究在維修施工中采取冷再生技術的效果，需要對冷再生混合料的強度性能進行研究，分析影響其強度的主要影響因素。

3.2乳化劑類型

在上述試驗級配下，選取3種不同的乳化劑材料制備試件，對冷再生混合料性能進行對比。按標準試驗方法測定各冷再生試件的空隙率和劈裂強度。試驗結果如圖3、圖4所示。

空隙率結果能夠在一定程度上體現出乳化瀝青在混合料內的作用效果。由圖3可以看出，不同的乳化劑對于再生混合料的空隙率有明顯的差別：3#乳化劑材料的摻入使得混合料的空隙率大幅增大，這說明3#乳化劑材料與RAP的配伍性不良，不能起到較好的乳化劑效用，這可能由于3#乳化劑材料在摻入RAP再生混合料后的破乳速度不達標，使混合料內的材料不能有效地嵌擠黏合，在相同的壓實試驗條件下，其空隙率出現過大的情況。根據維修工程項目實際研究方案，也顯示3#乳化劑的工程試驗結果不良，在實際施工過程中不應采用。從圖4可以看出，2#乳化劑再生混合料的劈裂強度最高，混合料的整體強度和穩定性最好。結合空隙率指標的試驗結果，認為采用2#乳化劑對混合料的強度性能和壓實效果最好。

按標準要求采取3種乳化劑制備冷再生混合料的車轍試件，對不同乳化劑摻入時的60℃動穩定度進行測定。再生混合料車轍板試件首先經2d常溫環境保養，再置于60℃保溫箱保溫后進行試驗，試驗結果如圖5所示。

從圖5結果可以看出，1#乳化劑的60℃動穩定度最高，說明摻入該乳化劑的冷再生混合料的高溫性能最高，高溫抗車轍能力最好;2#乳化劑的抗車轍性能與1#乳化劑差別不大，二者與普通石油瀝青混合料相比，高溫性能都有較大的提升。3#乳化劑的高溫抗車轍能力較差，這與其空隙率和劈裂強度指標得到的結論一致。

總結不同乳化劑對再生混合料各項指標的影響變化規律可以發現，乳化劑種類不同，其在冷再生RAP銑刨料混合料中的配伍性就有差別，這一差別在一定程度上能決定再生混合料的各項強度指標，配伍性差的乳化劑類型，其相應的混合料各項指標都比較差，而配伍性相當的乳化劑類型其各項混合料的強度指標則差別不明顯.

3.3乳化瀝青摻量

在$202維修項目施工中，針對冷再生混合料研究的一項重要內容為乳化瀝青的最佳摻量.本節采用單因素分析方法，即采取的乳化瀝青和水含量的總液體含量保持恒定，分別選取3個不同的乳化瀝青摻入量，對制備的再生混合料進行相關試驗測定，以確定乳化瀝青的最佳摻量。乳化瀝青摻量分別為3%、3.5%和4%。首先測定混合料馬歇爾試件的空隙率，試驗結果如圖6所示。

由圖6的空隙率指標可知，乳化瀝青的摻入量越大，冷再生混合料的空隙率指標越大，其相應的混合料理論密度則越小.但在試驗摻量的范圍內，空隙率指標的差別不大，說明在3%-4%的乳化瀝青用量區間內，混合料的空隙率指標或者說壓實性能差別較小。

為了驗證這一結論，對乳化瀝青摻量在2.5%-6%范圍內的冷再生混合料試件進行劈裂試驗測定，測定結果如圖7所示。從圖7可以看出，冷再生混合料試件的劈裂強度隨著乳化瀝青摻量的增大而呈現出先升高后下降的趨勢。在乳化瀝青摻量達到5%左右后，混合料的強度不增反降;在摻量為2.5%-4%范圍內，混合料的劈裂強度隨著乳化瀝青摻量的提升會顯著增加，其增長幅度很大，這與圖6的空隙率指標變化規律相對應。在試驗摻量范圍內，3%-4%的乳化瀝青摻量可以使得再生瀝青混合料有較好的強度指標性能。

同樣地對乳化瀝青摻量在2.5%-6%范圍內的多種冷再生混合料進行動穩定度試驗測定，分析不同的乳化瀝青摻量對其高溫抗車轍性能的影響，試驗結果如圖8所示。

通過圖8不同乳化瀝青摻量時的再生混合料動穩定度的試驗結果可以得出，乳化劑摻量由小到大提高，其混合料的60℃動穩定度則先升高而后降低，其動穩定度的最大值在乳化瀝青摻量為4%時取得.這說明4%的乳化瀝青摻量下，再生混合料的高溫抗車轍強度最高。而過高的乳化瀝青摻量不能使混合料的高溫性能更好，反而使其抗車轍性能降低。這與空隙率和劈裂強度結論一致，過大的乳化瀝青摻量會使再生混合料的空隙率變大，混合料的性能反而下降。

總結空隙率、劈裂強度和60℃動穩定度的變化規律可以發現，隨著乳化瀝青摻量的增長，再生混合料的強度性能先增大后降低，在3.5%-4%摻量范圍內，混合料能夠取得較好的強度性能。

3.4 水泥用量

根據相關研究和維修工程項目的實際經驗發現，RAP再生瀝青混合料的強度性能與其中摻入的水泥用量有一定關系。為了研究最佳的水泥用量，為實際工程項目提供試驗參考，需要對不同水泥用量下的再生瀝青混合料相關試驗指標進行測定。在5個水泥摻量水平下，測定混合料試件的空隙率指標，結果如圖9所示;在同樣的水泥摻量水平下，測定混合料試件的劈裂強度指標，試驗結果如圖10所示。

由圖9可知，在試驗摻量范圍內，隨著水泥摻量的增加，其混合料空隙率指標隨之逐步降低，說明水泥摻量越高，再生混合料的空隙率指標越好，其中2%的摻量和3%摻量時的變化不大。從圖10可以看出，水泥的摻入量越高，混合料試件的強度越大。這說明在0-4%較小摻量范圍內，水泥的摻入對于冷再生混合料的強度有較明顯的提升，這與空隙率指標的變化規律一致。

同樣地對水泥摻量在0-4%范圍內的多種冷再生混合料進行動穩定度試驗測定，分析不同的乳化瀝青摻量對其高溫抗車轍性能的影響。試驗結果如圖11所示。

從圖11可以看出，水泥的摻入對再生混合料的動穩定度提升較為明顯，摻量為0時，動穩定度只有1000次/mm左右，而隨著摻量的不斷升高，動穩定度逐漸達到了7000次/mm.這說明水泥的加入極大地提高了冷再生混合料的高溫抗車轍能力，對混合料的強度性能提升很大。

總結水泥的各項指標變化規律可知，水泥摻量對冷再生混合料的強度有較大的影響，水泥摻量越高，混合料的各項強度性能都有明顯的提升。值得注意的是，水泥用量過大后，混合料的剛度會大幅提升，柔性變差，將不利于混合料的耐久性能和使用壽命，因此需要合理控制水泥的摻量，不可使水泥摻量過大。

4 結語

本文依托廣西省道$202線的瀝青路面維修工程項目實際經驗，對RAP冷再生技術中再生混合料的各項原材料參數指標和混合料的級配進行分析，通過馬歇爾試驗和車轍試驗等分析影響強度性能的影響因素。通過研究發現，乳化劑的配伍性、乳化瀝青摻量和水泥用量對冷再生混合料的高溫抗車轍性能和劈裂強度性能以及空隙率指標都有較明顯的影響，在一定的最佳摻量范圍內，冷再生混合料的強度性能都處于較高水平。