不同水泥摻量下乳化瀝青冷再生混合料性能試驗研究

徐國棟，劉斌清，石希信，葉超強

(1.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；2.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國各等級公路里程增加，現存的部分公路已達到服役年限，即將面臨大中修，將會產生大量的舊瀝青混合料(RAP)，加之我國廢物資源化和環保要求，對RAP料的處理逐漸提上日程。目前，較為穩妥的處理方式為將RAP料用于路面再生。路面再生主要有熱再生和冷再生兩種工藝，其中冷再生以其RAP料用量大、造價便宜、工藝簡單而極有前途。同時，冷再生為常溫施工，能源消耗少，有助于我國碳減排計劃實施。冷再生主要分為乳化瀝青冷再生和泡沫瀝青冷再生，而乳化瀝青冷再生由于工藝成熟、混合料性能較好而在國內外得到廣泛應用。乳化瀝青冷再生混合料盡管應用廣泛，但也存在前期強度不足、養生時間長、水穩定性不好等缺點。有研究表明，添加水泥可有效提高乳化瀝青冷再生混合料性能，有助于彌補其缺陷。因此，本文選取85%和98%兩種RAP摻量乳化瀝青冷再生混合料，研究水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響。

1 原材料及配合比設計

1.1 原材料

本文試驗選用85%RAP摻量和98%RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料，RAP料取自某一級公路，乳化瀝青為自配，乳化劑為國外公司生產的進口高端乳化劑，水為飲用水，水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5R。RAP料分為3檔，分別為0～5 mm、5～10 mm、10～30 mm，新料為10～20 mm。乳化瀝青和水泥材料技術指標如表1和表2所示。

表1 乳化瀝青技術指標表

表2 水泥指標表

RAP篩分結果及級配合成如表3所示。其中，合成級配1的摻配比例為RAP(0～5 mm)∶RAP(5～10 mm)∶RAP(10～30 mm)∶新料(10～20 mm)∶礦粉∶水泥=36∶15∶47∶0∶2∶1.5；合成級配2的摻配比例為RAP(0～5 mm)∶RAP(5～10 mm)∶RAP(10～30 mm)∶新料(10～20 mm)∶礦粉∶水泥=36∶12∶37∶13∶2∶1.5。合成級配1為85%RAP摻量，合成級配2為98%RAP摻量。

表3 新舊料篩分結果及級配合成表

1.2 確定最佳含水率、乳化瀝青用量

根據《公路瀝青路面再生技術規范》(JTGT 5521-2019)，在級配確定的情況下，乳化瀝青冷再生混合料配合比設計大致流程為先確定合成礦料最佳含水率OWC，再確定乳化瀝青冷再生混合料最佳乳化瀝青用量。根據《公路土工試驗規程》(JTG E40-2019)確定最佳含水率；最佳乳化瀝青用量采用馬歇爾擊實試驗確定，試驗參照《公路瀝青路面再生技術規范》(JTGT 5521-2019)要求進行。

采用重型擊實確定合成礦料最佳含水率，試驗結果見圖1。

(a)合成礦料1

從圖1可以看出，隨著含水率的增加，合成礦料1干密度快速增加并在4.5%含水率處出現峰值，且在5.5%含水率處出現下降。因此，確定合成礦料1的最佳含水率為4.5%。而合成礦料2干密度隨含水率變化并沒有合成礦料1劇烈，但也在4.5%處出現峰值，兩者的最佳含水率幾乎無差別。

采用馬歇爾擊實儀成型乳化瀝青冷再生混合料，測試空隙率后，開展干濕劈裂強度試驗，試驗結果見表4和表5。

從表4和表5可以看出，85%RAP和98%RAP的干濕劈裂強度比均在3.4%乳化瀝青用量處出現峰值，且干劈裂強度相較其余乳化瀝青含量處于較高水平，可以認為3.4%乳化瀝青含量下的乳化瀝青冷再生混合料兼顧強度和水穩定性要求，可以作為最佳乳化瀝青含量。同時，98%RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料在相同乳化瀝青含量水平下，干濕劈裂強度均低于85%RAP含量的乳化瀝青冷再生混合料，且空隙率呈相反規律。因此，盡管二者的最佳乳化瀝青用量一致，但RAP含量對乳化瀝青冷再生混合料的物理和力學性能影響不可忽視。

表4 混合料空隙率及力學強度表(85%RAP)

表5 混合料空隙率及力學強度表(98%RAP)

85%RAP含量和98%RAP含量乳化瀝青冷再生混合料最終選用的最佳含水率均為4.5%，最佳乳化瀝青用量均為3.4%。

2 路用性能

2.1 高溫性能

在最佳含水率和最佳乳化瀝青用量下，以0.5%為間隔，設置0%～3%水泥摻量變化，成型車轍板試件。采用動穩定度指標來評價不同水泥摻量下乳化瀝青冷再生混合料的高溫穩定性。試驗溫度為60 ℃，輪壓為0.7 MPa，碾壓速度為42次/min。試驗結果如圖2所示。

從圖2可以看出，兩種乳化瀝青冷再生混合料均具有優異的高溫性能，摻水泥后的乳化瀝青冷再生混合料動穩定度遠高于《公路瀝青路面再生技術規范》(JTGT 5521-2019)的要求，且兩種RAP摻量乳化瀝青冷再生混合料動穩定度隨水泥摻量穩定增加，且在水泥摻量在2%以后逐漸穩定，增加較小。表明水泥對乳化瀝青冷再生混合料的強度形成具有至關重要的作用，但過高的水泥摻量對乳化瀝青冷再生混合料的動穩定度的提高并不明顯。仔細觀察圖2，可以發現兩種RAP摻量下的乳化瀝青冷再生混合料動穩定度變化規律有所差別：85%RAP摻量乳化瀝青冷再生混合料動穩定度隨著水泥摻量平穩上升，規律較為明顯，而98%RAP摻量乳化瀝青冷再生混合料盡管動穩定度變化規律與85%RAP摻量相同，但在1%水泥摻量處有明顯拐點。上述差異主要由于RAP摻量不同所導致，RAP摻量高，乳化瀝青混合料性能略差，水泥對其強度形成將會更加明顯。

圖2 不同水泥摻量下動穩定度曲線圖

2.2 水穩定性

開展干濕劈裂試驗，劈裂強度試驗溫度為15 ℃，采用干濕劈裂強度比來評價不同水泥摻量下乳化瀝青冷再生混合料的水穩定性。試驗結果如后頁圖3所示。

從圖3可以看出，隨著水泥摻量的增加，乳化瀝青冷再生混合料干濕劈裂強度比逐漸增加，表明水泥對乳化瀝青冷再生混合料水穩定性能提高有明顯作用。從圖中還可以得出：隨著水泥摻量的增加，干濕劈裂強度比穩定增加且在水泥摻量>2%后基本穩定，增加幅度不大。同時，85%RAP摻量下的乳化瀝青冷再生混合料干濕劈裂強度比并未高于98%RAP摻量。因此，本文將干劈裂強度數據列于后頁圖4中，以解釋該現象。

圖3 不同水泥摻量下干濕劈裂強度比曲線圖

從圖4可以看出，85%RAP摻量下的乳化瀝青冷再生混合料干劈裂強度的確高于98%RAP摻量。因此，產生上述現象的原因可能在于干濕劈裂強度比這個指標用于評價乳化瀝青冷再生混合料水穩定性能未必完美，加之乳化瀝青冷再生混合料有養生過程，中間的因素較為復雜，要探討合適的水穩定指標需要后續的研究結果進行驗證。

圖4 不同水泥摻量下干劈裂強度曲線圖

3 結語

(1)RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料物理性質和強度性能有不可忽視的作用，在實際乳化瀝青冷再生混合料設計中應當考慮RAP含量對其性能的影響，謹慎選擇RAP摻量。

(2)隨著水泥摻量的增加，乳化瀝青冷再生混合料動穩定度和干濕劈裂強度比逐漸增加，且水泥摻量在2%以后處于平穩區間，提升幅度并不明顯。因此，建議在實際中對水泥摻量設置為1.2%～2%之間。

(3)干濕劈裂強度比并不能很好地評價不同RAP摻量的乳化瀝青冷再生混合料的水穩定性能。