摻水泥優化泡沫瀝青冷再生混合料的路用性能分析

摘要 為有效提升泡沫瀝青冷再生混合料路用性能，延長瀝青路面使用壽命，文章通過室內試驗系統分析了不同水泥、機制砂及19～26.5 mm粗集料摻量下泡沫瀝青冷再生混合料高溫性能、水穩定性能及低溫性能變化規律。研究發現：（1）冷再生混合料中水泥用量由0%增至1.5%時，其凍融強度比提升19%，動穩定度提升160%，彎拉強度提升18%；（2）機制砂用量由0%增至20%時，混合料凍融強度比提升10%，動穩定度提升62%，彎拉強度提升13%；（3）19～26.5 mm粗集料用量由0%增至10%～20%時，高溫性能提高96%；（4）推薦冷再生混合料水泥用量為1.5%，機制砂用量為20%，19～26.5 mm粗集料用量為10%～20%。

關鍵詞 公路瀝青路面；冷再生混合料；配比優化；路用性能

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0144-03

0 引言

泡沫瀝青冷再生技術作為一項新型瀝青路面養護技術，可實現瀝青廢料及水穩基層材料回收再利用，具有施工簡便、節約資源、降低成本等諸多優勢[1]。再生混合料可用于瀝青路面基層、面層鋪設，有效解決了廢舊筑路材料占用土地、污染環境的問題，具有顯著的經濟、環保及社會效益。但由于泡沫冷再生混合料抗壓及抗彎性能較差，高溫及低溫環境下易產生車轍和開裂病害，嚴重影響泡沫冷再生混合料的應用與發展[2-3]。為此，該文通過室內試驗，全面探究了摻水泥對泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的影響，對推動冷再生技術發展，具有重要意義。

1 試驗方案

1.1 原材料

泡沫瀝青：選用A級70#基質瀝青，最優發泡溫度為150℃，用水量2%。

面層回收集料：山東泰安泰萊線，一級瀝青路面面層AC-5廢舊集料。

新集料：機制砂與粒徑為19～26.5 mm粗集料，各項技術指標符合相關標準要求；水泥為P.O42.5水泥；水為直飲水。

1.2 試驗內容

為有效探究水泥用量對泡沫冷再生混合料路用性能的影響，依次以水泥摻量0%、1%、1.5%、2%、2.5%拌制混合料進行試驗[4]，具體如表1所示。

為有效探究機制砂用量對冷再生混合料路用性能的影響，以恒定水泥用量1.5%，機制砂用量依次為0%、10%、20%、30%制備混合料進行試驗，詳細級配如表2所示。

為有效探究19～26.5 mm粗集料用量對泡沫冷再生混合料路用性能的影響，以水泥用量1.5%，機制砂摻量20%，19～26.5 mm粗集料摻量依次為0%、10%、20%、30%制備混合料進行試驗，具體如表3所示。

1.3 試驗方法

車轍試驗方法：根據相關規范要求制備標準車轍板試件，長×寬×高=300 mm×300 mm×80 mm，試驗條件為（60 ℃，0.7 MPa）。

低溫彎曲試驗：根據相關規范要求制備標準車轍板試件，并將其分割成長×寬×高=250 mm×40 mm×40 mm的梁式構件，測試溫度為?10 ℃，速率保持50 mm/min。

水穩定性檢測：根據《公路瀝青材料試驗檢測規范》中殘留穩定度比與凍融劈裂強度兩項指標，綜合判定冷再生混合料水穩定性能[5-7]。

2 試驗結果分析

2.1 水泥摻量的影響

根據混合料配比試驗，得到最優含水率及最優瀝青摻量，如表4所示，其中：PWC代表最優含水率，PEC代表最優瀝青摻量，該研究采用的瀝青摻量為3%，集料級配情況按表1執行。

（1）水穩定性分析：根據各種水泥用量條件下混合料浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗檢測數據分析可知：①當水泥用量增大時，混合料殘留穩定度比及凍融劈裂強度顯著增大，水穩定性得到大幅度提升；②當水泥用量高于1.5%后，再次增大水泥用量，其水穩定性提升幅度較小。根據水穩定性分析結果，基于成本角度進行綜合考量，最終確定水泥用量為1.5%。

（2）高溫穩定性分析：根據檢測結果獲得水泥用量與混合料動穩定度關系曲線，如圖1所示。

從圖1可知：隨著水泥用量不斷增大，混合料動穩定度顯著提升。相較于水泥用量0%時，1.5%摻量下，混合料動穩定度提升160%。所以，建議水泥摻量為1.5%。

（3）低溫性能分析：根據各種水泥用量條件下混合料低溫性能檢測數據分析可知：①1.5%水泥用量下，混合料強度提升18%，應變下降3%；②2.5%水泥用量下，混合料強度提升21%，應變下降5%；③經綜合分析施工成本因素，確定水泥用量為1.5%。

2.2 機制砂摻量的影響

根據混合料配比試驗，得到最優含水率及最優瀝青摻量，如表5所示，該研究采用的乳化瀝青用量為3%，集料級配情況按表2執行。

（1）水穩定性分析：根據各種機制砂用量條件下混合料浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗檢測數據分析可知：①當機制砂用量增大時，混合料殘留穩定度比及凍融劈裂強度全部呈現先增后減的變化趨勢；②20%機制砂用量條件下，混合料殘留穩定度比及凍融劈裂強度最大，相較于機制砂用量為0%時，混合料殘留穩定度提升5%，凍融劈裂強度提升10%。所以，根據水穩定性分析結果推薦其用量為20%。

（2）高溫穩定性分析：根據各種機制砂用量條件下混合料動穩定度檢測數據分析可知：①當機制砂用量增大時，混合料高溫性能呈現先增后減的變化趨勢；②20%機制砂用量條件下，混合料高溫性能處于最優狀態，相較于機制砂用量為0%時，其高溫性能提升62%。所以，根據高溫性能分析結果推薦其用量為20%。

（3）低溫抗裂性：根據各種機制砂用量條件下混合料低溫性能檢測數據分析可知：①20%機制砂用量條件下，混合料低溫性能處于最優狀態，相較于機制砂用量為0%時，混合料抗彎強度提升13%，彎拉應變提升3%；②根據低溫性能分析結果推薦其用量為20%[8]。

2.3 19～26.5 mm粗集料摻量的影響

根據混合料配比試驗，得到最優含水率及最優瀝青摻量，如表6所示，該研究采用的乳化瀝青用量為3%，集料級配情況按表3執行。

（1）水穩定性分析：根據各種集料用量條件下混合料浸水馬歇爾及凍融劈裂強度檢測數據分析可知：①當19～26.5 mm粗集料用量增大時，混合料殘留穩定度比及凍融劈裂強度全部呈現先增后減變化趨勢；②9.5～19 mm粗集料用量超過20%條件下，其用量越大，混合料孔隙率越大，水穩定性顯著降低。所以，根據水穩定性分析結果推薦9.5～19 mm粗集料用量控制在10%～20%左右。

（2）高溫穩定性分析：根據各種集料用量條件下混合料動穩定度檢測數據分析可知：①隨著19～26.5 mm粗集料用量越來越大，混合料高溫性能呈現先增后減變化趨勢；②19～26.5 mm粗集料用量介于10%～20%之間時，混合料高溫性能處于最優狀態，相較于用量為0%時，其高溫性能提升96%。所以，根據高溫性能分析結果推薦19～26.5 mm粗集料用量為10%～20%左右。

（3）低溫抗裂性：根據各種集料用量條件下混合料低溫抗裂強度檢測數據分析可知：①當19～26.5 mm粗集料用量逐漸增大時，混合料彎拉強度及應變全部呈現先增后減變化趨勢；②19～26.5 mm粗集料用量超過20%時，隨著其用量的不斷增大，混合料彎拉強度顯著降低。所以，根據低溫性能分析結果推薦19～26.5 mm粗集料用量為10%～20%左右。

3 結論

綜上所述，為有效探究水泥、機制砂、19～26.5 mm粗集料等材料對泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的影響，該文通過相關試驗對三種材料不同摻量條件下冷再生混合料高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性進行分析，得出如下結論：

（1）當水泥用量增大時，混合料殘留穩定度比及凍融劈裂強度顯著增大，水穩定性得到大幅度提升；水泥用量由0%增至1.5%時，其凍融強度比提升19%，動穩定度提升160%，彎拉強度提升18%。所以，確定水泥用量為1.5%。

（2）1.5%水泥摻量下，隨著機制砂摻量的不斷增加，冷再生混合料高溫性能、水穩定性、低溫性能均呈現先增后減的變化規律，機制砂用量由0%增至20%時，混合料凍融強度比提升10%，動穩定度提升62%，彎拉強度提升13%。

（3）1.5%水泥摻量與20%機制砂摻量下，隨著19～26.5 mm粗集料摻量的增大，冷再生混合料水穩定性、低溫性能變化較小，19～26.5 mm粗集料用量由0%增至10%～20%時，高溫性能提高96%。

（4）根據三種材料各摻量條件下混合料路用性能檢測結果，并充分考慮施工成本因素，經綜合研究確定泡沫瀝青冷再生混合料水泥用量為1.5%，機制砂用量為20%，19～26.5 mm粗集料用量控制在10%～20%左右。

參考文獻

[1]王鳳， 韋萬峰. 溫拌泡沫瀝青混合料配合比設計及路用性能研究[J]. 市政技術， 2023（9）： 33-38.

[2]王杰， 鄭鯤鵬， 徐劍， 等. 發泡用水量對泡沫溫拌瀝青混合料力學性能的影響[J]. 公路交通科技， 2023（8）： 1-8.

[3]丁曉明. 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設計及施工技術[J]. 福建建材， 2021（12）： 87-89.

[4]李宇， 孫雪強， 高建芳， 等. 高溫重載下泡沫瀝青冷再生路面響應分析[J]. 森林工程， 2021（4）： 117-125.

[5]鄭炳鋒， 黃毅， 朱富萬， 等. 泡沫溫拌瀝青混合料技術研究及工程應用[J]. 石油瀝青， 2021（3）： 45-50.

[6]羅永仙. 溫拌瀝青混合料技術在隧道瀝青路面施工中的應用[J]. 黑龍江交通科技， 2021（6）： 141+143.

[7]劉輝. 泡沫瀝青冷再生混合料抗車轍性能影響因素探究[J]. 黑龍江交通科技， 2019（11）： 61-62+64.

[8]王小明， 蔣鶴. 泡沫瀝青冷再生混合料力學性能影響因素研究[J]. 山西交通科技， 2023（1）： 12-15.

收稿日期：2023-11-24

作者簡介：朱澤慧（1989—），女，本科，助理工程師，從事材料管理工作。