水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度試驗

吳正光，徐 劍，康愛紅，肖 鵬

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127）

水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度試驗

吳正光，徐 劍，康愛紅＊，肖 鵬

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127）

分別按無機結(jié)合料穩(wěn)定材料和瀝青混合料的2種試驗方法測試不同配比下水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料強度，分析水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料強度的影響因素.結(jié)果表明，隨著水泥摻量的增加，水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強度、間接抗拉強度提高，馬歇爾穩(wěn)定度提高，流值下降，劈裂強度增大.通過環(huán)境掃描電鏡XL30 ESEM觀測廢舊瀝青混合料中水泥石與瀝青的界面可知，因部分瀝青膜從集料表面剝落，水泥石與集料的界面黏結(jié)較好，部分水泥水化產(chǎn)物穿透瀝青膜，形成較大的復合強度，且具有瀝青混合料的變形能力.

水泥穩(wěn)定；廢舊瀝青混合料；強度機制；掃描電鏡

早期修建的瀝青路面因重載車作用和氣候影響，部分路面破損相當嚴重，已進入大中修養(yǎng)護階段［1］.瀝青路面養(yǎng)護過程中銑刨出的廢舊瀝青混合料再次用于工程中已成為熱點課題［2－3］.在廢舊瀝青混合料中添加道路石油瀝青及再生劑等進行熱再生［4－6］，或在廢舊瀝青混合料中添加粉煤灰、水泥窯灰或水泥等進行冷再生方法等都有所研究［7－8］，其中用水泥為結(jié)合料穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的冷再生法既可以利用舊路面材料，還能節(jié)約資源、保護環(huán)境，具有良好的社會和經(jīng)濟效益.廢舊瀝青混合料的品質(zhì)、水泥摻量以及摻加集料的性質(zhì)均對水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度產(chǎn)生影響［9－10］.國內(nèi)外對水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度形成有一些研究，但尚無合適的標準可以參考，因此對其組成結(jié)構(gòu)及強度機制的研究顯得尤為必要.本文擬通過對水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料性能和微觀結(jié)構(gòu)［11］的測試，分析水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度影響因素，并研究其強度形成機制.

1 材料與試驗方法

1.1 原材料

選用的廢舊瀝青混合料為京滬高速公路江蘇段上、中、下三層瀝青面層同時銑刨的混合材料，多為外裹瀝青的骨料，因堆放等原因部分顆粒已相互黏結(jié)成較大的料團；石屑為粒徑1.18～2.36 mm的石灰?guī)r機制沙；摻加水泥為綠楊牌P.O32.5水泥.

1）廢舊瀝青混合料的性質(zhì).通過篩分試驗和抽提試驗得到廢舊瀝青混合料的級配，見表1.對其級配狀況及油石比分析可知，廢舊瀝青混合料中0.6 mm篩孔的通過率偏小，不完全符合規(guī)范要求；銑刨料的實測油石比約為4.28%.

表1 廢舊瀝青混合料級配Tab.1 Gradation recycled asphalt mixture

2）石屑.為使混合料的級配滿足要求，須添加S16規(guī)格的石屑，其級配如表2所示.

表2 石屑實測級配Tab.2 Actual measurement gradation of stone chips

1.2 混合料組成設計

水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的組成設計按水泥穩(wěn)定類混合料組成設計的方法進行，在選好骨料比例后進行擊實試驗確定最佳含水量，以不同水泥摻量按最佳含水量成型試件測試其物理及力學指標.

分別以m（石屑）∶m（廢舊瀝青混合料）為1∶9，2∶8，3∶7試配3組骨料，級配見表3，經(jīng)與級配范圍比較，其中以2∶8比例配制的骨料級配符合要求.

表3 摻石屑的混合料篩分試驗結(jié)果Tab.3 Screening test results of mixture with stone chips

采用水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料，水泥摻量分別選用3%，4%，5%，經(jīng)標準擊實試驗，測得不同水泥摻量混合料的最佳含水率和最大干密度見表4.

表4 水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料擊實試驗結(jié)果Tab.4 The compaction test results of cement stabilized recycled asphalt mixture

1.3 試驗方法

水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度形成既有水泥水化作用，也有瀝青混合料中的瀝青膠結(jié)料的黏結(jié)作用，所以本文采用2種試驗手段測試水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度：①評價無機穩(wěn)定材料強度，測試無側(cè)限抗壓強度、間接抗拉強度等性能；② 評價瀝青混合料路用性能，測試馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強度等性能.

采用環(huán)境掃描電鏡XL30 ESEM分別對不同直徑的試件進行微觀分析，觀察水泥石與瀝青之間的界面情況，探討強度形成機制.

2 試驗結(jié)果分析

2.1 無機穩(wěn)定材料性能測試

根據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》，采用d＝100 mm，l＝100 mm的圓柱體試件，在最佳含水量條件下靜壓成型試件，在規(guī)定條件下保濕養(yǎng)生6 d并浸水1 d，用路面材料強度試驗儀進行無側(cè)限抗壓強度、間接抗拉強度等性能測試.

1）無側(cè)限抗壓強度試驗.以m（石屑）∶m（廢舊瀝青混合料）為2∶8配制骨料，分別摻加w＝3%，4%，5%的水泥制備3組試件，試驗結(jié)果如表5所示.

2）間接抗拉強度試驗.間接抗拉強度作為反映路面基層間接抗拉性能的一個重要指標，對基層的力學和抗變形性能都有很大的影響.按照無機穩(wěn)定材料試驗規(guī)范，水泥穩(wěn)定材料須標準養(yǎng)護90 d并浸水1 d后進行間接抗拉強度測試，試驗結(jié)果見表5.

3）試驗結(jié)果分析.水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的無側(cè)限抗壓強度、間接抗拉強度隨水泥摻量的增加而提高，均能滿足高等級公路基層的強度要求.

表5 無機穩(wěn)定材料強度測試結(jié)果Tab.5 Strength test results of stable inorganic material

2.2 瀝青混合料性能測試

根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，采用d＝101.6 mm，l＝63.5 mm的圓柱體試件，在最佳含水量條件下靜壓成型試件，在規(guī)定條件下保濕養(yǎng)生6 d并浸水1 d，用馬歇爾穩(wěn)定度試驗儀進行馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強度等性能測試.

1）馬歇爾穩(wěn)定度試驗.將養(yǎng)生期結(jié)束后的試件在60℃養(yǎng)生30～40 min，加載速度為50 mm·min－1，測試馬歇爾穩(wěn)定度，試驗結(jié)果如表6所示.

2）劈裂強度試驗.劈裂強度作為瀝青路面結(jié)構(gòu)層設計的指標，采用15℃條件下的劈裂強度，試驗結(jié)果如表6所示.

3）試驗結(jié)果分析.隨著水泥摻量增加，水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度提高，流值下降，劈裂強度增大.

表6 瀝青混合料強度測試結(jié)果Tab.6 Strength test results of asphalt mixture

3 水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料強度形成機制

由于水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料中水泥石與瀝青共同存在，為研究瀝青與水泥共同作用對強度的影響，采用環(huán)境掃描電鏡XL30 ESEM進行微觀試驗，并在原位同時進行成分分析和結(jié)構(gòu)分析.

從宏觀上看，水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料是由舊瀝青混合料銑刨料顆粒、水、水泥及石屑等組成的復合材料，該混合料的結(jié)構(gòu)組成形式如圖1所示，水、水泥與破碎粉料結(jié)合而成的水泥漿填充于舊瀝青混合料顆粒間的空隙，舊瀝青結(jié)合料和水泥漿分層包裹礦質(zhì)集料，礦料與結(jié)合料的界面性質(zhì)較水泥穩(wěn)定碎石要復雜得多.

水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料中水泥石與瀝青界面狀況如圖2所示.從微觀角度分析，圖2（b）、（c）、（d）較好地反映了水泥石與瀝青膜及礦料的界面性質(zhì)，部分水泥水化產(chǎn)物嵌入瀝青膜；此外，部分脫落的瀝青小顆?；祀s于水泥中，水泥水化后便形成瀝青顆粒嵌于水泥石的結(jié)構(gòu)中.

圖1 水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料組成結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Composition structure of cement stabilized recycled asphalt mixture

圖2 水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料中水泥石與瀝青界面狀況Fig.2 Interface status of set cement and asphalt in cement stabilized recycled asphalt mixture

因為廢舊瀝青混合料集料表面被瀝青膜包裹，故形成礦料與水泥石間的過渡層，使得水泥石的膠結(jié)強度降低；但是隨著水泥石中水化產(chǎn)物的不斷增加，部分水化產(chǎn)物嵌入瀝青膜，甚至穿透瀝青膜在礦料表面結(jié)晶，形成水泥水化與瀝青膠結(jié)的復合強度.

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A study on the strength mechanism of cement stabilized recycled asphalt mixture

WU Zhengguang，XU Jian，KANG Aihong＊，XIAO Peng

（Sch of Civil Sci ＆Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

The strength of the reclaimed mixtures with different proportions is tested by the methods both of asphalt mixtures and materials stabilized with inorganic binders，and the factors influencing strength of cement stabilized recycled asphalt mixture are analyzed.The results show that，with the increase of the dosage of cement，the unconfined compressive strength and indirect tensile strength of cement stabilized recycled asphalt mixture increase，the marshall stability increases，the flow value decreases，and the cleavage strength increases as well.Using environmental scanning electron microscopy XL30 ESEM to observe the interface of cement and asphalt，it is found that some cement and aggregate bond well because asphalt membrane spalls from the aggregate surface，some cement hydration products penetrate asphalt membrane to form a larger composite strength，and it has the ability of deformation of asphalt mixture.

cement stabilizing；recycled asphalt mixture；strength mechanism；scanning electron microscope

U 416.217

A

1007－824X（2014）01－0071－04

2013－06－24.＊ 聯(lián)系人，E－mail：kahyzu＠163.com.

揚州市科技攻關與成果轉(zhuǎn)化專項基金資助項目（YZ2011108）.

吳正光，徐劍，康愛紅，等.水泥穩(wěn)定廢舊瀝青混合料的強度試驗 ［J］.揚州大學學報：自然科學版，2014，17（1）：71－74.

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（責任編輯 賈慧鳴）