外加劑對冷再生瀝青混合料性能影響分析

何明霞

(湘潭市交通建設質量安全監督管理處， 湖南 湘潭 411100)

中國現有高速公路中瀝青路面占80%以上，瀝青路面的設計使用年限一般為15～20年，中國從開始修建高速公路至今已有大量瀝青路面翻修或將要翻修，而且需要翻修的道路以每年接近15%的速度增長。除高速公路外，其他等級公路也大量采用瀝青路面。在一些發達國家，瀝青的再生利用率達到70%，而中國不足30%，在這方面還有相當大的發展空間。大量原有瀝青材料如不加以利用，不僅破壞環境，還會造成巨大的資源浪費。瀝青路面冷再生技術是解決這一問題的較好方法。

1 工程概況

日蘭(日照—蘭考)高速公路(G1511)日照段位于山東半島東南側、黃海之濱，是沈海(沈陽—海口)高速公路的聯絡線，全長78.45 km。對原有路面進行鉆芯取樣，發現半剛性基層有較多分枝狀橫向裂縫，且反射到路面頂層；縱向裂縫也較多，主要分布在行車道輪跡帶上，個別地方伴有不均勻沉陷，屬于疲勞開裂和路基、基層強度不夠。該路段在不同區域出現不同程度水毀，雨后行車道路面出現泛漿現象，層間連接性差，剝離、松散現象較嚴重。

2 冷再生混合料原材料分析

從該路段選取典型病害路面進行銑刨，對銑刨料(RAP)進行篩分試驗和指標測定，試驗結果見表1、表2。

3 試驗結果與分析

乳化劑是表面活性物質，能降低各種構成相的界面活力，影響乳化瀝青的破乳速度，將乳化瀝青加入再生混合料中會影響混合料的性能。通過改變乳化劑類型和用量、水泥用量，分析冷再生混合料空隙率、劈裂強度和動穩定度的變化，分析不同外加劑對冷再生混合料性能的影響。混合料配合比根據JTG F41-2008《公路瀝青路面再生技術規范》和篩分試驗結果確定。

表1 RAP篩分結果

表2 RAP性能指標試驗結果

3.1 不同乳化劑改性乳化瀝青對冷再生混合料的影響

采用A、B、C 3種類型乳化劑，通過對比試驗分析乳化劑對冷再生混合料空隙率、劈裂強度、動穩定度的影響。

3.1.1 乳化劑類型對冷再生混合料空隙率的影響

將經A、B、C 3種乳化劑改性的乳化瀝青加入銑刨試樣中，攪拌均勻后，采用150 mm直徑試模旋轉壓實成型試件，壓實次數為70次。采用排水法對試件進行空隙率試驗，試驗結果見表3。

表3 不同乳化劑對冷再生混合料空隙率的影響

由表3可知：采用不同乳化劑改性的乳化瀝青與銑刨料拌和成型后，其空隙率有所不同，其中采用A、B乳化劑試件的空隙率基本相同，采用C乳化劑試件的空隙率高于前二者。其原因是C乳化劑改性后乳化瀝青與銑刨料的配伍性比A、B乳化劑改性后乳化瀝青的差，C乳化劑改性后乳化瀝青早期破乳現象嚴重，導致混合料內摩阻力增大，在相同壓實功作用下壓實難度更大。

3.1.2 乳化劑類型對冷再生混合料劈裂強度的影響

將采用不同乳化劑改性的乳化瀝青與銑刨料拌和，旋轉壓實成型試件，測定其劈裂強度，結果見表4。

表4 不同乳化劑對冷再生混合料劈裂強度的影響

由表4可知：采用A、B乳化劑試件的抗劈裂強度大于C乳化劑試件。乳化劑影響空隙率，C試件的空隙率比A、B試件的大，導致其干濕劈裂強度降低。

3.1.3 乳化劑類型對冷再生混合料60 ℃動穩定度的影響

對再生混合料進行常規車轍試驗和浸水車轍試驗，測試其動穩定度。將成型車轍板試件放置于60 ℃烘箱中保溫48 h，取出在常溫下放置48 h后進行常規車轍試驗。浸水車轍試驗在車轍板試件放入60 ℃恒溫水浴中保溫6 h后進行。試驗結果見表5。

表5 不同乳化劑對冷再生混合料60 ℃動穩定度的影響

由表5可知：A試件每形成1 mm深度車轍，常規車轍試驗需車輪運行7 854次、浸水車轍試驗需車輪運行6 783次；B試件每形成1 mm深度車轍，常規車轍試驗需車輪運行7 123次、浸水車轍試驗需車輪運行6 241次；C試件每形成1 mm深度車轍，常規車轍試驗需車輪運行4 164次、浸水車轍試驗需車輪運行3 573次。A、B乳化劑成型試件的60 ℃動穩定度比C乳化劑成型試件的高，浸水試件的穩定度比常規試件的差。

3.2 乳化瀝青用量對冷再生混合料性能的影響

乳化瀝青是混合料的膠結物質，它使銑刨混合料中的骨料、瀝青材料、瀝青包裹骨料等粘結在一起，形成新的瀝青混合料。通過改變乳化瀝青用量測定冷再生混合料的空隙率、劈裂強度、動穩定度，分析乳化瀝青用量對混合料耐久性、穩定性等性能的影響。乳化瀝青用量分別為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、5.0%、6.0%。試驗結果見表6。

表6 不同乳化瀝青用量下冷再生混合料性能試驗結果

由表6可知：1) 不同乳化瀝青用量對冷再生混合料空隙率有一定影響。乳化瀝青用量為2.5%時，空隙率為11.5%，大于其他用量下空隙率；乳化瀝青用量超過3.0%時，隨著其摻量的增加，空隙率變化不明顯。2) 乳化瀝青摻量從2.5%增加到5.0%時，混合料的劈裂強度增加；乳化瀝摻量為6.0%時，劈裂強度開始下降。乳化瀝青用量會影響混合料的劈裂強度。3) 乳化瀝青摻量由2.5%增加到3.0%時，混合料的平均動穩定度增加；乳化瀝青摻量由3.0%增加到6.0%時，混合料的平均動穩定度降低。動穩定度隨乳化瀝青用量的增加呈拋物線變化。

3.3 水泥用量對冷再生混合料性能的影響

水泥在冷再生混合料中的作用包括水泥本身的物理-化學反應、水泥與瀝青和集料的相互作用。通過測定不同水泥用量下冷再生混合料的空隙率、劈裂強度、動穩定度，分析水泥用量對冷再生混合料性能的影響。在銑刨料中分別加入1%、2%、3%、4%、5%的水泥，拌和制成試件，測定其平均空隙率、劈裂強、平均動穩定度，結果見表7。

表7 不同水泥用量下冷再生混合料性能試驗結果

由表7可知：水泥摻量由1%增到5%，冷再生混合料的平均空隙率降低，劈裂強度和平均動穩定度上升。水泥摻量由1%增加到2%時，混合料的平均空隙率由11.4%降到10.5%；水泥摻量從2%增加到5%，混合料平均空隙率變化幅度減小，并慢慢趨于穩定。隨著水泥摻量的增加，混合料的劈裂強度、動穩定度都得到提高。其原因，一方面是由于空隙率下降，密實度提高，使混合料的強度增加；另一方面，由于水泥的水化作用，混合料的強度大幅提高，這是混合料強度不斷增加的主要因素。

4 結論

(1) 不同乳化劑會影響冷再生混合料的配伍性，進而影響其工作性能。在相同制作條件下，采用不同乳化劑配制的冷再生混合料的空隙率有所不同，會影響混合料的耐久性、劈裂強度、車轍性能、水穩定性等。

(2) 乳化瀝青用量對冷再生混合料空隙率、劈裂強度、動穩定度都會產生影響。乳化瀝青含量增加，冷再生混合料的最大理論密度減小，空隙率隨乳化瀝青含量增加到一定程度后保持在10%左右；隨著乳化瀝青含量的增加，劈裂強度在一定范圍內先升高后下降，動穩定度先升高后下降但下降趨勢更明顯。

(3) 水泥摻量增加會使冷再生混合料的空隙率降低，劈裂強度、動穩度提高，過多的水泥會使混合料的剛度大幅提高，影響混合料的粘彈性，使混合料容易出現早期開裂等不良反應。

(4) 外加劑對冷再生混合料性能有較大影響，使用時需通過試驗確定其合理摻量，少量或過量都會對冷再生混合料性能產生不利影響。