冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究

劉德利

【摘要】隨著冷再生瀝青技術(shù)的出現(xiàn)，瀝青路面施工工藝有了很大的提高，施工成本也大為降低。文章對(duì)冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究進(jìn)行分析，具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】冷再生；瀝青；混合料；水穩(wěn)定性；試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU535 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

文章對(duì)我國冷再生瀝青的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，對(duì)冷再生瀝青混合料性能指標(biāo)進(jìn)行了闡述，通過分析，并集合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)進(jìn)行了探討。

二、我國冷再生瀝青的研究現(xiàn)狀

1．泡沫瀝青冷再生的研究

在混合料設(shè)計(jì)方面：曹翠星等對(duì)泡沫瀝青半衰期和膨脹率問題進(jìn)行了探討；拾方治、呂偉民、孫大權(quán)、李秀君及其他合作者，2004～2005年發(fā)表了多篇關(guān)于瀝青路面冷再生的論文。其中“泡沫瀝青就地冷再生混合料設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用”一文就冷再生混合料設(shè)計(jì)的方法步驟進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，簡述了泡沫瀝青就地冷再生的施工工藝。

在路用性能方面：水穩(wěn)定性成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)，幾乎所有的研究人員均選擇了干濕劈裂強(qiáng)度；拾方治通過劈裂疲勞試驗(yàn)，認(rèn)為泡沫瀝青再生混合料的疲勞性能和粗粒式瀝青混合料相當(dāng)1321；拾方治認(rèn)為泡沫瀝青再生混合料的模量在800．1200MPa范圍內(nèi)1321；長安大學(xué)的郝培文教授對(duì)泡沫瀝青冷再生技術(shù)進(jìn)行了研究并依此鋪筑了試驗(yàn)路。

2．乳化瀝青冷再生的研究

科研成果方面：江蘇省交通科學(xué)研究院結(jié)合工程實(shí)踐開展乳化瀝青冷再生技術(shù)研究；同濟(jì)大學(xué)研究提出了冷再生混合料初期抗松散性評(píng)價(jià)方法和水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；東南大學(xué)基于微觀力學(xué)研究了老化瀝青的作用機(jī)理；哈爾濱工業(yè)大學(xué)針提出了冷再生混合料Superpave體積設(shè)計(jì)法。科研論文方面：李龍通過正交試驗(yàn)研究了冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度。嚴(yán)金海1341通過試驗(yàn)分析了水泥和乳化瀝青用量對(duì)混合料強(qiáng)度的影響，。譚憶秋等提出了修正高性能瀝青路面(Superpave)體積設(shè)計(jì)法，取得了良好效果。工程應(yīng)用方面：2003年廣東省佛山市、2004年沈陽三鑫公路工程公司和營口市公路管理處、2005年天津市市政公路管理局、2007年河北省廊坊市以乳化瀝青等開展了乳化瀝青冷再生技術(shù)的工程應(yīng)用技術(shù)研究。

三、冷再生瀝青混合料性能指標(biāo)

1.力學(xué)性能指標(biāo)

公路路面各結(jié)構(gòu)層的材料一般抗壓強(qiáng)度大而抗彎拉強(qiáng)度?。刂坡访娌牧蠌?qiáng)度極限破壞狀態(tài)的通常為抗拉強(qiáng)度，尤其對(duì)于泡沫瀝青冷再生材料，其通常用于路面的基層或下面層．往往由于再生層底部抗拉強(qiáng)度(或粘結(jié)強(qiáng)度)不足而開裂瀝青混合料和各種半剛性基層材料的劈裂強(qiáng)度與彎拉強(qiáng)度具有一定的相關(guān)性而劈裂試驗(yàn)比梁的彎拉試驗(yàn)簡單方便，且更接近路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，考慮到泡沫瀝青作為柔性材料，其力學(xué)性能與瀝青混合料有一定的相似性。因此，國內(nèi)外目前普遍使用基于馬歇爾試件的劈裂強(qiáng)度作為關(guān)鍵力學(xué)性能控制指標(biāo)。

2.馬歇爾穩(wěn)定度、流值指標(biāo)及要求

馬歇爾穩(wěn)定度和流值試驗(yàn)是通過將按照一定養(yǎng)生條件養(yǎng)生的馬歇爾試件進(jìn)行標(biāo)；隹馬歇爾試驗(yàn)獲得的。該強(qiáng)度測(cè)定前．馬歇爾試件要通過加速養(yǎng)生，使其內(nèi)部的水分蒸發(fā)，以模擬現(xiàn)場(chǎng)材料在長期使用過程中所能達(dá)到強(qiáng)度。具體養(yǎng)生與試驗(yàn)方法為：將試件連同試模室溫條件下放置24h，然后進(jìn)行脫模：將脫模后的試件放入(4O±2)通風(fēng)烘箱養(yǎng)生72h：養(yǎng)生完畢后，試件在60：水浴中保溫45min，測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度和流值。

干劈裂強(qiáng)度

干劈裂強(qiáng)度是通過將按照一定養(yǎng)生條件養(yǎng)生完畢的馬歇爾試件進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)獲得的。在該強(qiáng)度測(cè)定前．要通過加速養(yǎng)生使馬歇爾試件內(nèi)部的水分蒸發(fā)，以模擬現(xiàn)場(chǎng)材料在長期使用過程中所能達(dá)到強(qiáng)度。具體養(yǎng)生與試驗(yàn)方法為：將試件連同試模室溫條件下放置24h．然后進(jìn)行脫模；將脫模后的試件放入(4O±2)通風(fēng)烘箱養(yǎng)生72h；養(yǎng)生完畢后，25℃空氣浴保溫4h以上，然后測(cè)試試件的劈裂強(qiáng)度。

4.干濕劈裂強(qiáng)度比

根據(jù)有關(guān)泡沫瀝青冷再生混合料空隙率的研究可以看出，泡沫瀝青混合料的空隙率較大，一旦有水進(jìn)入混合料內(nèi)部，就會(huì)引起水損壞。雖然泡沫瀝青混合料有過許多成功的使用，但是也有失敗的案例。例如美國德克薩斯州在2000年3月鋪筑了4．8km的泡沫瀝青冷再生路面，由于該路段屬于軟弱路基而且常常處于飽水狀態(tài)．導(dǎo)致路段在l2月份就出現(xiàn)了大量龜裂的現(xiàn)象，德州公路局通過對(duì)路段損壞調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起早期損壞的一個(gè)主要原因是再生層材料在浸水條件下強(qiáng)度損失大，無法滿足抗水損壞的要求。

四、冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

1.原材料

乳化瀝青為自制改性陽離子乳化瀝青，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1；水泥為普通硅酸鹽水泥"其化學(xué)成分見表2，回收舊瀝青路面材料為云南省某廢棄瀝青路面的銑刨料。單純使用RAP作為再生混合料集料，達(dá)不到設(shè)計(jì)的級(jí)配要求。故需要引入一定量的新集料。該研究使用的3種新集料為石灰?guī)r質(zhì)。RAP與新集料級(jí)配見表3.水為一般自來水。

2.試驗(yàn)方法

采用15C濕劈裂強(qiáng)度與干劈裂強(qiáng)度的比值來對(duì)混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體試驗(yàn)方法為：按配合比將混合料拌和均勻后，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法，雙面各擊實(shí)75次，制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件；將試件連同試模一起放在60度的鼓風(fēng)烘箱中養(yǎng)生72h,在室溫下冷卻20h后脫模,用于測(cè)定干劈裂強(qiáng)度的試件需先在15度的空氣浴中放置1d，然后進(jìn)行15度劈裂試驗(yàn)。用于測(cè)定濕劈裂強(qiáng)度的試件需要先浸泡在25度的恒溫水浴中23h，再在15度的恒溫水浴中浸泡，然后取出試件進(jìn)行15度劈裂試驗(yàn)。

3.混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

混合料的干劈裂強(qiáng)度和濕劈裂強(qiáng)度均隨著水泥摻量的提高而增大，當(dāng)水泥摻量低于3%時(shí)，混合料的干劈裂強(qiáng)度和濕劈裂強(qiáng)度也隨著水泥摻量的提高而增大，而當(dāng)水泥摻量為4%時(shí)，干劈裂強(qiáng)度和濕劈裂強(qiáng)度均比3%水泥摻量時(shí)略低。

RAP用量對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著混合料中RAP比例的增加，混合料的干濕劈裂強(qiáng)度均逐漸減小；混合料的干濕劈裂強(qiáng)度比分別為0.967、0.955、0.804，也是呈降低規(guī)律，但25%RAP摻量的混合料水穩(wěn)定性僅比25%RAP摻量的混合料大1.2%。但比75%RAP摻量的混合料大16.3%。實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際冷再生混合料施工時(shí)"混合料中新集料用量越少，則材料成本越低；但RAP用量越大，混合料的性能往往越差。

4.瀝青冷再生混合料性能水穩(wěn)定性研究

按照我國《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程))JTJ052—2000的規(guī)定，以最佳油石比及最佳摻水量成型圓柱體試件。按照試驗(yàn)規(guī)程T0709—2000方法以最佳油石比及最佳摻水量進(jìn)行泡沫瀝青混合料試件的配置，并按照規(guī)程規(guī)定的方法進(jìn)行養(yǎng)生，然后按照規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)定泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度TSR，試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5。

表4 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表5 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

綜合浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果可以看出，A級(jí)配泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)性都低于B級(jí)配泡沫瀝青冷再生混合料，但從試驗(yàn)結(jié)果看出，兩種級(jí)配的泡沫(乳化)冷再生混合料水穩(wěn)型都能滿足相關(guān)規(guī)范要求。分析認(rèn)為，舊瀝青混合料經(jīng)過一定年限行車荷載以及氣候的作用，瀝青發(fā)生老化并與礦料粘附性降低，經(jīng)過泡沫(乳化)瀝青和水泥兩種穩(wěn)定劑處治后，隨著水化產(chǎn)物的增加，其內(nèi)部孔隙會(huì)進(jìn)一步減少。因此，冷再生混合料表現(xiàn)出良好的水穩(wěn)性，進(jìn)一步說明冷再生混合料適合于路面基層或低等級(jí)道路路面來使用。

結(jié)束語

冷再生瀝青混合料水穩(wěn)定性研究是冷再生瀝青研究的一個(gè)重點(diǎn)，是提高瀝青性能，減少施工污染的重要途徑，需要重點(diǎn)關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1]孫大權(quán).瀝青路面再生技術(shù)簡介[J].石油瀝青，2010,18(5): 56-59.

[2]李秀君.泡沫瀝青就地冷再生混合料設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用[J]，瀝青科技2011,22(2):150-155.

[3]呂偉.泡沫瀝青冷再生技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化.2005,(3):1一3.