基于性能試驗的廠拌冷再生中長期使用性能研究

王瑞遠(yuǎn)，齊興強(qiáng)，劉鴻鵠，趙冬漢

(1.貴州省畢節(jié)公路管理局 畢節(jié)市 551700； 2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 211110)

0 引言

早期干線公路基層多采用二灰碎石，由于二灰碎石容易產(chǎn)生收縮裂縫，隨著使用年限增長，在行車荷載的作用下，水損害導(dǎo)致路面產(chǎn)生唧漿、松散變形等病害，影響道路的使用性能。二灰碎石基層改造時不僅產(chǎn)生大量的銑刨料造成資源浪費，同時提高基層耐久性和抗反射裂縫能力也是目前急需解決的問題。泡沫瀝青廠拌冷再生基層在使用過程中，可以再生利用路面銑刨料，但其水穩(wěn)定性、抗疲勞性能以及長期使用性能有待進(jìn)一步研究。如何進(jìn)行二灰碎石的循環(huán)再生利用以及提高冷再生基層長期使用性能是目前急需解決的問題。

針對泡沫瀝青廠拌冷再生混合料，分別通過水穩(wěn)定性、抗沖刷性和疲勞性能試驗，研究冷再生混合料抗水損害性能和疲勞壽命。同時結(jié)合試驗段跟蹤觀測結(jié)果，從基層芯樣疲勞壽命和水穩(wěn)定性能研究泡沫瀝青廠拌冷再生中長期的使用性能。

1 研究方案

(1)水穩(wěn)定性試驗

按照瀝青用量1.5%～3%，水泥劑量2%，制備兩組冷再生試件進(jìn)行干濕劈裂強(qiáng)度試驗[1]。兩組試件分別進(jìn)行劈裂強(qiáng)度和浸水劈裂強(qiáng)度試驗。

凍融劈裂試驗一組試件在室溫保存，另一組試件真空飽水15min，然后在-18℃±2℃保持16h±1h，最后在60℃水箱保溫24h，最后分別將兩組試件同時浸水25℃±0.5℃保溫2h，計算凍融劈裂試驗強(qiáng)度比[2]。

(2)抗沖刷性能試驗

針對泡沫瀝青冷再生混合料30d齡期的試件進(jìn)行了抗沖刷性能試驗,測定不同時間的沖刷量。

(3)抗壓強(qiáng)度試驗

通過7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗評價振動成型法和靜壓法不同成型方式下冷再生試件的抗壓強(qiáng)度[3]。

靜態(tài)抗壓回彈模量試驗采用七級分別加載，繪制Pi-△li曲線，取0.5P時的模量作為設(shè)計參數(shù)。回彈模量試驗條件為20℃[4]。

(4)疲勞性能試驗

制備不同瀝青用量和水泥劑量的試件，采用瀝青膠結(jié)料試驗儀NU-14進(jìn)行小梁疲勞試驗，測試混合料的疲勞性能。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 水穩(wěn)定性分析

水穩(wěn)定性主要是指再生混合料抵抗水損害的能力。通過干濕劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度試驗評價水穩(wěn)定性[5]。

(1)干濕劈裂強(qiáng)度比試驗

根據(jù)試驗結(jié)果計算干濕劈裂強(qiáng)度比，見表1所示。

表1 不同瀝青用量劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果

由表1試驗結(jié)果可知，不同瀝青用量下試件干濕劈裂強(qiáng)度比均滿足規(guī)范要求。當(dāng)瀝青用量為2.5%時，冷再生試件劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果更為優(yōu)異。

(2)凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗結(jié)果見表2所示。

表2 凍融劈裂試驗結(jié)果

由表2試驗結(jié)果可知，不同瀝青用量下試件凍融劈裂強(qiáng)度試驗均滿足規(guī)范要求。當(dāng)采用瀝青用量2.5%時，冷再生混合料抗水損害性能更優(yōu)異。

2.2 抗沖刷性能分析

對冷再生混合料30d齡期試件進(jìn)行抗沖刷試驗。分別采用累計沖刷量和單位時間沖刷量進(jìn)行統(tǒng)計分析[6]。

累計沖刷量為單個沖刷時間內(nèi)沖刷量的總和。單位沖刷量為累計沖刷量與沖刷試件比值。試驗結(jié)果見圖1所示。

圖1 抗沖刷試驗結(jié)果

由圖1可知，與普通水泥穩(wěn)定碎石相比，泡沫瀝青冷再生混合料抗沖刷性能更優(yōu)異。考慮到泡沫瀝青冷再生混合料5min后沖刷量較為穩(wěn)定，可以將5～30min內(nèi)單位時間沖刷量小于0.75g/min作為泡沫瀝青冷再生混合料的評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 抗壓強(qiáng)度分析

(1)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

試件7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如表3所示[7]。

表3 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

由表3可知，冷再生試件抗壓強(qiáng)度隨水泥劑量增大而逐漸增大。靜壓法試件7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值均大于3.5MPa。振動法試件抗壓強(qiáng)度代表值均大于5.11MPa，明顯優(yōu)于靜壓法試驗。

(2)抗壓回彈模量

以20℃作為冷再生混合料的回彈模量測試溫度，試驗結(jié)果見圖2所示。

圖2 20℃抗壓回彈模量試驗結(jié)果

由圖2可知，隨著瀝青用量增加，抗壓回彈模量逐漸降低。20℃抗壓回彈模量在910～1150MPa之間，相當(dāng)于粗粒式瀝青混凝土。

2.4 抗疲勞性能

制備不同瀝青用量和水泥劑量的試件，采用小梁疲勞試驗測試混合料的抗疲勞性能[8]。抗疲勞性能試驗結(jié)果見表4所示。

由表4可知，試件在低應(yīng)變作用下，具有良好的抗疲勞性能。低應(yīng)變時，瀝青用量對疲勞壽命影響較大，高應(yīng)變時瀝青用量對疲勞壽命影響較小。

表4 泡沫瀝青冷再生混合料疲勞次數(shù)試驗結(jié)果

隨著應(yīng)變增加，抗疲勞性能迅速降低，由此可知，冷再生混合料不適用于路面較高的層位。當(dāng)瀝青用量為2.5%時，冷再生試件疲勞壽命最優(yōu)。

3 試驗段中長期性能研究

3.1 試驗方案

(1)試驗段方案

為了進(jìn)一步對廠拌冷再生混合料中長期使用性能進(jìn)行評價[9]，針對貴州某二級公路改擴(kuò)建工程，選擇試驗段作為廠拌冷再生和水泥就地冷再生技術(shù)使用性能進(jìn)行對比。瀝青用量為2.5%，水泥用量為1.5%，試驗段路面結(jié)構(gòu)形式見表5所示。

表5 試驗段路面結(jié)構(gòu)形式

(2)疲勞試驗方案

針對冷再生基層芯樣疲勞性能，采用三分點施加Havesine波[10]的動態(tài)周期性的壓應(yīng)力荷載模式進(jìn)行疲勞試驗，測試混合料不同應(yīng)力下荷載重復(fù)作用次數(shù)。

(3)水穩(wěn)定試驗

采用水穩(wěn)定試驗評價冷再生基層浸水后抗壓回彈模量與殘留模量強(qiáng)度，評價冷再生基層抵抗水損害的能力。

(4)單軸蠕變試驗

通過蠕變試驗勁度模量表征混合料的高溫穩(wěn)定性以及永久變形能力。

3.2 試驗結(jié)果分析

(1)疲勞試驗分析

不同應(yīng)力作用下冷再生試件疲勞壽命次數(shù)見圖3所示。

圖3 冷再生芯樣疲勞試驗結(jié)果

由圖3試驗結(jié)果可知，在相同應(yīng)力水平下，泡沫瀝青冷再生基層疲勞壽命最優(yōu)，其次為乳化瀝青冷再生基層。而泡沫瀝青冷再生用于下面層時疲勞壽命最低，這與疲勞性能試驗冷再生混合料不適用于路面較高層位的結(jié)果相同。

(2)水穩(wěn)定試驗分析

水穩(wěn)定試驗結(jié)果見表6所示。

表6 冷再生基層水穩(wěn)定試驗結(jié)果

由表6可知，隨著浸水次數(shù)的增加，冷再生基層的抗壓回彈模量與殘留模量比值逐漸縮小。由此說明，冷再生混合料具有一定的水穩(wěn)定性，但在經(jīng)受循環(huán)水作用后其強(qiáng)度會明顯下降，因此針對冷再生基層應(yīng)進(jìn)行必要的防水害措施。

(3)單軸蠕變試驗分析

冷再生基層單軸蠕變試驗結(jié)果見圖4所示。

圖4 冷再生基層單軸蠕變試驗結(jié)果

由圖4結(jié)果可知，泡沫瀝青冷再生基層單軸蠕變試驗優(yōu)于乳化瀝青冷再生基層和冷再生下面層，由此說明泡沫瀝青冷再生基層具有良好的高溫性能和抵抗永久變形能力。

4 結(jié)論

(1)與普通水泥穩(wěn)定碎石相比，泡沫瀝青冷再生混合料抗沖刷性能更優(yōu)異。考慮到泡沫瀝青冷再生混合料5min后沖刷量較為穩(wěn)定，可以將5～30min內(nèi)單位時間沖刷量小于0.75g/min作為泡沫瀝青冷再生混合料的評價標(biāo)準(zhǔn)。

(2)低應(yīng)變時，瀝青用量對疲勞壽命影響較大，高應(yīng)變時瀝青用量對疲勞壽命影響較小，隨著應(yīng)變增加，疲勞性能迅速降低。當(dāng)采用泡沫瀝青用量2.5%時，混合料抗水損害性能和高溫性能更優(yōu)異。

(3)泡沫瀝青冷再生基層疲勞壽命最優(yōu)，其次為乳化瀝青冷再生基層。而泡沫瀝青冷再生用于下面層時疲勞壽命最低，這與疲勞性能試驗冷再生混合料不適用于路面較高層位的結(jié)果相同。

(4)冷再生混合料具有一定的水穩(wěn)定性，在經(jīng)受循環(huán)水作用后其強(qiáng)度會明顯下降，針對冷再生基層應(yīng)進(jìn)行必要的防水害措施。泡沫瀝青冷再生基層具有良好的高溫性能和抵抗永久變形能力。