淺析乳化瀝青冷再生混合料性能及影響因素

譚 俊，肖 燕

(湖南文理學院，湖南 常德 415000)

0 前 言

現行冷再生技術的主流趨勢即在RAP中摻入再生劑和乳化瀝青或者泡沫瀝青使其恢復各項性能指標。乳化瀝青冷再生技術和泡沫瀝青冷再生技術在施工過程中具有污染小、節能環保的特點，符合構建“資源節約型”和“環境友好型”社會的基本需求[1]。兩者在高級公路上主要應用于基層，在低級公路上多用于面層。對兩種冷再生技術進行對比分析發現：泡沫瀝青冷再生技術結構強度增長快，能有效減少道路早期病害、道路養護時間短、適用范圍廣、受氣候影響小等優勢，但同時，需要對瀝青加熱，并且發生裝置和拌和設備更加復雜。在級配相同的情況下，任瑞波等[2]發現：乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗裂性和水穩定性明顯優于泡沫瀝青冷再生混合料，高溫穩定性略強于后者，而劉娜[3]發現：疲勞性能前者弱于后者。從綜合性能上看，乳化瀝青冷再生技術比泡沫瀝青冷再生技術更具優勢。

我國瀝青再生技術起步晚，在乳化瀝青再生機理上與其他國家缺乏統一的認知；在國內，兩種冷再生混合料的性能異同也存在眾多說法。因此，本文著重于乳化瀝青冷再生混合料性能及影響因素分析，為乳化瀝青冷再生技術提供參考價值。

1 高溫穩定性能

高溫穩定性能是指瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛荷載的反復作用、不發生顯著永久變形、保證路面平整度的特性。其性能評定依據主要包括車轍因子和動穩定度。

針對瀝青老化過程中輕質油分和芳香分等有機物的減少，基于有機物相似相溶原理向RAP中摻入芳烴油，恢復乳化瀝青冷再生混合料的流變特性。隨著芳烴油摻入量的升高，乳化瀝青冷再生混合料的軟化點逐漸降低，針入度、延度、粘度逐漸升高，但高溫穩定性卻呈現階段性變化。芳烴油的摻入量存在一個漸變值，摻入量低于這個值時，混合料的高溫穩定性一直上升，在此之后，由于混合料流變特性過強而一直下降。許嚴[5]提出，處于漸變點時芳烴油的摻入量為20%。

礦粉、機制砂、粗集料、水泥則主要是通過改變乳化瀝青混合料的結構來達到改變高溫穩定性的目的。以礦粉摻量Wmp對乳化瀝青冷再生混合料的動穩定度Sd(次·mm-1)的影響為例(如圖1)，隨著礦粉、機制砂、粗集料的摻入，混合料的密實度上升，在內部形成分散型骨架結構，大大提高了混合料的動穩定度。當三者各自摻量達到某一區域，混合料動穩定度的增速極其緩慢；當摻量分別超過一定時，在混合料內部形成的骨架結構空隙增大而導致混合料抗車轍性能降低，三者與混合料之間的關系轉變為干涉破壞作用。與其他三種物質不同，水泥則是通過與水分發生水化反應，水化產物與熟料相互結合在混合料內部形成連接的空間立體網狀骨架，進而提升混合料的抗高溫形變能力[6]。

圖1 礦粉摻量對動穩定度的影響

2 低溫抗裂性[7]

低溫抗裂性指混合料在低溫條件下抵抗收縮變形的能力。其性能評定依據主要包括彎拉強度和彎拉應變。

結合表1～3進行分析，不難看出：機制砂和粗集料對于混合料性能的改變集中體現在結構上，并與混合料的含水率密切相關。隨著機制砂的摻入，混合料的彎拉強度與彎拉應變均呈現先上升后下降的趨勢；與機制砂有所差異的是，隨著粗集料的摻入，混合料的彎拉強度與彎拉應變的變化并不明顯，不過一旦粗集料的摻入量超過一定比例，一方面，瀝青與其接觸面積減小、粘結強度降低，導致了材料間的力學響應下降；另一方面，混合料內部的空隙率增大導致水分進入，水分蒸發后容易形成孔洞，使得混合料骨架對瀝青的約束增大而使瀝青無法自由收縮，進而在混合料內部形成溫差應力，一旦超過抗拉強度，就會導致低溫開裂、形成道路病害，反而降低了混合料的低溫抗裂性能。

表1 不同級配的混合料最大干密度、最佳含水率和最佳乳化瀝青用量

表2 不同級配摻量對冷再生混合料低溫彎曲性能影響

表3 機制砂摻量對乳化瀝青冷再生混合料低溫彎曲性能影響

3 水穩定性

水穩定性指乳化瀝青混合料受水影響的程度。其性能評定以劈裂度強為依據。

水泥對于乳化瀝青混合料水穩定性的影響主要體現在混合料內部結構的改變上。一方面，水泥作為一種粘結材料，提升了乳化瀝青與集料等物質的粘結強度，同時在混合料內部形成水泥-乳化瀝青結構，增強了混合料對內應力和外力的抵抗能力；另一方面，水泥進行水化反應放熱，改變了混合料的空隙率及孔徑。隨著水泥的摻入，乳化瀝青冷再生混合料的劈裂強度處于上升狀態，水穩定性增強。值得注意的是，劈裂強度增強并不代表著劈裂強度符合現行施工規范對施工應用的要求，對此，畢京杰[8]提出，當水泥摻量<1%時會導致劈裂強度無法滿足現行施工規范，而當水泥摻量>2%后，水泥摻量對于劈裂強度的增幅不大，提出了推薦混合料水泥摻量在1%～2%的建議。

4 疲勞性能

疲勞性能指混合料在循環荷載或形變下發生斷裂或損傷破壞的能力。其性能評定以疲勞因子為依據。

隨著再生劑摻量的增加，RAP中瀝青性能得到改善，乳化瀝青冷再生混合料的疲勞壽命次數呈現先增多后減少的變化趨勢，但始終高于RAP的疲勞性能。水泥作為一種重要的再生劑，主要從結構上改變應力敏感性，對混合料疲勞性能造成影響。在電鏡下觀察摻入水泥混合料，發現水泥摻入量相對較低時，在混合料內部形成針狀和簇狀的水化結晶貫穿在混合料中，與瀝青等材料形成空間網絡結構，降低了混合料的應力敏感性；當水泥摻量相對較高時，水化結晶過長，反而導致這種空間網絡結構變硬變脆，增大了疲勞因子，對長期疲勞性能造成損害。

孫建秀等提出纖維能增大混合料的空隙率，改變含水率，進而改變混和料對應力的敏感性，提升疲勞壽命。

5 結 語

1)瀝青混合料高溫穩定性由混合料的流變特性和結構共同決定，并且有機再生劑、無機再生劑、骨料對高溫穩定性的影響呈現“拋物線”趨勢。但國內外就各材料的摻量尚未達成統一的認知，在這方面的研究還有很長的路要走。

2)低溫抗裂性、水穩定性、疲勞性能主要由混合料的結構決定，并與混合料的孔隙率、含水率密切相關，因此，在配合比試驗中控制混合料含水率具有很強的現實意義。

3)乳化瀝青冷再生技術使RAP得到充分利用，符合“資源節約型”和“環境友好型”的可持續發展理念，具有很強的推廣性。

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