水泥含量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響

許建斌， 孫鵬軒， 韓 彰

(安徽交通職業技術學院,安徽 合肥 230051)

現階段乳化瀝青冷再生技術在路面再生工程中得到了廣泛應用。本文依托安徽某改擴建工程分析瀝青路面回收料(RAP)的各項指標，基于旋轉壓實法設計5種水泥含量的冷再生料的力學與路用性能實驗，并根據實驗結果推薦類似工程水泥的最佳用量。

1 實驗材料

1.1 RAP料

按照規范的取料方法選取了足量的RAP料進行室內試驗，本文實驗用RAP料為直接銑刨破碎但未篩分的原始回收料，RAP檢測結果如表1所列。

將RAP回收料放置三氯乙烯溶劑中浸泡后抽提粗并篩分，對比原始RAP料與抽提后RAP料級配組成，其2種級配如表2所列。

表2 抽提前后RAP料級配

由表2可見，經施工單位銑刨破碎的RAP回收料中粗料較多，這是由于瀝青與粗細集料粘結形成的塊狀集料。經三氯乙烯浸泡抽提后，回收料中的細集料明顯增多，其中一部分來源于新建路面時所用的細集料，另一部分主要來源于道路使用過程中的灰塵及粗集料破碎。直接銑刨的RAP回收料中含有較多的粗集料且形狀不規則，這種粗集料是一種“假”粗集料，主要是細粗集料的粘結形成，施工過程中的拌和碾壓會使其部分或整體破碎，難以達到設計要求。

1.2 乳化瀝青及新集料

本文使用的乳化瀝青及新集料經檢測均滿足規范技術要求，可用于實驗。

1.3 水泥

本文所用水泥類型為P.O C32.5，其技術指標如表3所列，滿足規范要求。

表3 水泥主要技術指標

1.4 實驗級配與方案

實驗中各材料用量為RAP∶新集料∶礦粉=80∶17∶3。實驗所采用水泥為外摻法其含量分別為0、1%、2%、4%、6%。實驗級配參考規范[9]推薦級配合成，結果如圖1所示。

圖1 實驗合成級配曲線圖

研究表明旋轉壓實能夠有效用于冷再生混合料設計[10, 11]，本文采用該法成型試件。實驗中控制乳化瀝青含量均為4.5%，進行壓實試驗測定0、1%、2%、4%、6%水泥含量試件的最佳含水率分別為4.0%、4.6%、4.9%、5.4%、5.8%。主要分析不同水泥含量對混合料抗壓強度與回彈模量、劈裂強度以及高低溫性能的影響。

2 實驗結果與分析

2.1 抗壓強度與回彈模量變化規律

按規范[12]方法將進行20℃抗壓強度與回彈模量實驗，實驗結果如圖2所示。

圖2 抗壓強度與回彈模量變化圖

由圖2可知，隨著冷再生混合料中水泥含量的增加抗壓強度與回彈模量均呈現出先減小后增大的變化趨勢，變化規律大致一致。抗壓強度與回彈模量均在水泥用量為2%時呈現最低值，其值分別為1.45MPa、590MPa。水泥含量在0-6%變化過程中，回彈模量最大差值達250MPa，與對照組(水泥含量0%)相比變化了34%；抗壓強度最大差值0.55MPa，與對照組(水泥含量0%)相比也變化了34%。

2.2 劈裂強度實驗分析

按規范[12]方法將試件進行15℃劈裂強度實驗，實驗結果如圖3所示。

圖3 劈裂強度變化圖

由圖3可得，水泥含量在由0變化至6%的過程中混合料劈裂強度變化幅度較小，其中當水泥含量2%時其劈裂強度最低為0.4MPa，當水泥含量6%時其劈裂強度最大為0.53MPa。由圖3還可看出，劈裂強度隨水泥含量的增加有先減小后增大的趨勢。

2.3 高溫抗車轍性能分析

車轍實驗是評價混合料高溫穩定性的重要方法，按規范[12]要求進行60℃車轍實驗，實驗結果如圖4所示。

圖4 水泥含量對動穩定度的影響

由圖4可知，冷再生料動穩定度隨著水泥含量的增加逐漸增大且含量大于4%時趨于穩定。當水泥含量低于4%時，水泥含量每增加1%其動穩定度約增大500次/mm，水泥含量由0增大至1%時動穩定度增大近1000次/mm。當水泥含量大于4%時，動穩定度基本不再變化。這是由于水泥含量的增大混合料中水化產物增多抗車轍能力增強，當含量大于4%時水泥水化產物作用不大，所以當路面主要考慮高溫抗車轍性能時水泥含量應控制2%～4%。

2.4 低溫抗裂性能分析

低溫彎曲實驗能夠較好地評價混合料的低溫抗裂性能，本文選用-10℃低溫彎曲破壞應變及強度評價其低溫性能。不同水泥含量的低溫實驗結果如圖5所示。

圖5 破壞應變及強度變化圖

由圖5可以看出低溫彎曲試驗破壞應變及破壞強度變化規律相似，當水泥含量由0增大到2%兩者均逐漸增大，當水泥含量大于2%時兩者均先減小而后逐漸增大。在水泥含量為2%時破壞應變及破壞強度均處于最大值，分別為2550με、3.7 MPa。根據上圖實驗結果，在配合比設計主要考慮低溫性能時推薦水泥使用含量為1%～3%。

根據上述實驗結果，綜合考慮路面材料高低溫性能并主要考慮高溫性能，推薦該工程乳化瀝青配合比設計時水泥最佳用量為2%～3%。

3 結 論

通過實驗研究得出結論如下：

(1) RAP級配與其實際骨料級配存在較明顯差異。通過室內試驗對比分析了抽提前后RAP料的級配構成，未經抽提的RAP料中粗集料明顯多于抽提后集料，這種“假”粗集料會影響混合料性能，后續應進一步研究。

(2) 水泥含量對混合料抗壓強度與回彈模量影響規律一致。即均呈現先降低后增大的變化規律。冷再生料劈裂強度隨水泥含量的增多先減小后增大但變化幅度不大。

(3) 冷再生料高溫抗車轍性能。隨水泥含量的增加逐漸增大且其含量等于4%時為最佳狀態；低溫抗裂性能隨水泥含量的增多先增大后減小且當其含量為2%時效果最佳。

(4) 最佳用量。綜合考慮路面材料高低溫性能并主要考慮高溫性能，推薦該工程乳化瀝青配合比設計時水泥最佳用量為2%～3%，為類似工程建設提供參考。