高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比研究

竇彥磊

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司重慶分公司,重慶 401120)

目前,隨著我國(guó)城市道路建設(shè)逐漸進(jìn)入養(yǎng)護(hù)時(shí)代,將會(huì)有導(dǎo)致大量的路面舊料,如不將這些舊料加以利用,將會(huì)使得生態(tài)嚴(yán)重破壞[1]。在國(guó)家提倡建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的前提下,泡沫瀝青冷再生技術(shù)作為新興的養(yǎng)護(hù)技術(shù),近年來(lái)正廣泛應(yīng)用于瀝青路面的大中修工程中[2-3]。其作為基層材料能夠緩解半剛性基層的反射裂縫并具有足夠的承載能力,同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,是其它技術(shù)不可替代的。因此,為深入了解泡沫瀝青冷再生混合料,本文通過(guò)對(duì)原材料性能檢測(cè)、配合比設(shè)計(jì)以及再生混合料性能三方面進(jìn)行入手,對(duì)進(jìn)行試驗(yàn)分析研究。

1 原材料性能

1.1 RAP料

作為泡沫瀝青冷再生混合料中最主要的原材料,銑刨料(RAP料)的質(zhì)量是保證再生料性能的前提,而由于受到銑刨設(shè)備和環(huán)境等因素的影響,會(huì)導(dǎo)致銑刨料級(jí)配不易控制。因此為保證再生混合料骨架結(jié)構(gòu)較為均勻,在配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)RAP料進(jìn)行二次破碎并將其分為細(xì)料(0～10mm)和粗料(10～30mm)。粗料31.5mm～0.075mm的通過(guò)率分別為100%、93.4%、69.9%、54.8%、41.3%、12.7%、1.5%、1.3%、1.1%、0.7%、0.5%、0.3%、0.1%；細(xì)料13.2mm～0.075mm的通過(guò)率分別為100%、99.5%、71.6%、44.5%、27.1%、17.7%、9.9%、6.0%、1.7%。

1.2 瀝青

試驗(yàn)選用的基質(zhì)瀝青為中海A級(jí)70#瀝青,參照現(xiàn)行的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[4]對(duì)該基質(zhì)瀝青進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)檢測(cè),主要檢測(cè)結(jié)果為：針入度(25℃)為6.5mm,針入度指數(shù)PI為-1.14,15℃延度>150cm,軟化點(diǎn)為47.8℃,密度為1.015g/cm3,60℃動(dòng)力粘度為234Pa·s。

1.3 集料

為確保泡沫瀝青冷再生混合料具有良好的內(nèi)聚力,不易遇水松散,分別選擇堿性材料5～10mm石灰?guī)r粗集料、0～3mm石灰?guī)r細(xì)集料作為礦料,增強(qiáng)泡沫瀝青和石料的粘附性。按規(guī)范對(duì)集料的主要技術(shù)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果為：粗集料的壓碎值21.4%,洛杉磯磨耗損失為12.7%,表觀相對(duì)密度為2.734g/cm3,針片狀顆粒含量3.4%,水洗法(<0.075mm顆粒含量)為0.2%；細(xì)集料的表觀相對(duì)密度為2.721g/cm3,砂當(dāng)量為62%。

1.4 礦粉

試驗(yàn)中選取了干燥、潔凈的石灰?guī)r礦粉,并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)項(xiàng)目的檢測(cè),技術(shù)性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果為：表觀相對(duì)密度為2.721g/cm3,<0.6mm含量為100%,<0.15mm含量為95.4%,<0.075mm含量為88.4%。

1.5 水泥

水泥為堿性材料,它的加入有助于泡沫瀝青冷再生混合料早期強(qiáng)度形成,同時(shí)能提高再生混合料的穩(wěn)定性。本次試驗(yàn)采用復(fù)合硅酸鹽水泥(P.C32.5),其檢測(cè)結(jié)果如下：80μm方孔篩篩余為1.2%,初凝時(shí)間110min,終凝時(shí)間4.3h,3d、28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

2 高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料級(jí)配組成

為調(diào)整再生混合料的級(jí)配,需在RAP料中加入新集料,確定再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方案為5%礦粉、15%細(xì)集料、5%粗集料、35%RAP料(0～10mm)、40%RAP料(10～30mm),同時(shí)結(jié)合再生規(guī)范要求和國(guó)內(nèi)外泡沫瀝青冷再生工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),確定試驗(yàn)中的水泥摻量為1.5%。冷再生混合料31.5mm～0.075mm的通過(guò)率分別為97.4%、88.0%、81.9%、76.5%、64.3%、46.6%、34.4%、23.9%、18.0%、13.1%、10.1%、7.0%。

2.2 最佳拌和用水量確定

泡沫瀝青冷再生混合料在拌和過(guò)程中需加入適當(dāng)?shù)乃忠员ＷC泡沫瀝青擴(kuò)散均勻,同時(shí)有潤(rùn)滑作用,使再生混合料壓實(shí)緊密。拌合用水量過(guò)多,會(huì)降低泡沫瀝青和集料之間的吸附效果,而水量過(guò)少會(huì)導(dǎo)致泡沫瀝青成團(tuán),不利于壓實(shí)成型。因此,為使泡沫瀝青冷再生混合料具有較好的壓實(shí)度和和易性,根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》[5]中規(guī)定的土工重型乙類擊實(shí)試驗(yàn)方法對(duì)再生混合料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),最終確定其最佳拌和用水量為4.35%。

2.3 最佳泡沫瀝青用量確定

由于泡沫瀝青冷再生混合料主要用于基層,而基層層底的受力狀態(tài)與劈裂強(qiáng)度指標(biāo)相對(duì)應(yīng),同時(shí)考慮其水穩(wěn)定性的要求,采用15℃劈裂強(qiáng)度(ITS)和干濕劈裂強(qiáng)度比(ITSR)作為再生混合料的設(shè)計(jì)指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出,隨著泡沫瀝青用量的逐漸增加,再生混合料的劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比均先增大后減小,當(dāng)泡沫瀝青用量達(dá)到3.5%時(shí)的劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比分別達(dá)到0.63MPa和82.5%,滿足規(guī)范中0.4MPa和75%的要求。

3 高性能泡沫瀝青冷再生混合料性能試驗(yàn)

3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

泡沫瀝青冷再生混合料由于空隙率比一般熱拌瀝青混合料大,容易在雨水較多的地區(qū)產(chǎn)生水損害問(wèn)題,因此通過(guò)對(duì)再生混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)以評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明,與劈裂試驗(yàn)結(jié)果變化趨勢(shì)一致,穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度均隨泡沫瀝青用量的增加呈先增后減的趨勢(shì),在3.5%時(shí)達(dá)到峰值,說(shuō)明泡沫瀝青用量的適當(dāng)增加會(huì)使得瀝青膠漿含量增大,減小其內(nèi)部空隙,提高再生料內(nèi)部的粘結(jié)力,使其具有一定的抗水損害能力。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

為模擬更為苛刻的水損害工況,采用凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)再生混合料試件真空飽水、低溫冷凍和高溫保溫。試驗(yàn)采用最佳泡沫瀝青用量3.5%,凍融前劈裂強(qiáng)度為0.508MPa,凍融后劈裂強(qiáng)度為0.404MPa,凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR為80.4%,表明該再生混合料具有可在極端氣候條件下保持一定的水穩(wěn)定性。

3.3 疲勞特性試驗(yàn)

分別在0.3、0.5、0.6、0.7應(yīng)力比條件下對(duì)再生混合料進(jìn)行疲勞試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為15℃,加載頻率為10Hz,試驗(yàn)同時(shí)比較了水泥摻量對(duì)再生混合料疲勞特性的影響。分析結(jié)果表明,當(dāng)應(yīng)力比小于0.6時(shí),摻有1.5%水泥的再生混合料疲勞壽命要大于未摻水泥的再生混合料,而當(dāng)應(yīng)力比大于等于0.6時(shí),未摻水泥的疲勞壽命反而更大,可見(jiàn)水泥摻量顯著影響再生混合料的疲勞壽命,且變化規(guī)律與應(yīng)力比有關(guān)。從這兩種水泥摻量的再生混合料疲勞壽命回歸公式中也可以看出,1.5%水泥摻量的再生混合料的疲勞壽命受應(yīng)力比的敏感程度要比未摻水泥的大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高性能泡沫瀝青冷再生混合料配合比及相關(guān)性能進(jìn)行了研究,主要結(jié)論如下：①通過(guò)對(duì)再生混合料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)得到了最大干密度隨對(duì)應(yīng)的最佳含水量,最終確定其最佳拌和用水量為4.35%；②以15℃劈裂強(qiáng)度(ITS)和干濕劈裂強(qiáng)度比(ITSR)作為再生混合料的設(shè)計(jì)指標(biāo),確定最佳泡沫瀝青用量為3.5%；③最佳泡沫瀝青用量下的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比分別為85.1%和80.4%,均滿足規(guī)范要求；④水泥摻量顯著影響再生混合料的疲勞壽命,摻水泥的再生混合料疲勞壽命受應(yīng)力比的敏感程度要比未摻水泥的大。

[1]徐金枝.泡沫瀝青及泡沫瀝青冷再生混合料技術(shù)性能研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2007．

[2]張建.公路瀝青混凝土路面應(yīng)用冷再生的施工技術(shù)[J].江西建材,2015(11)：167-167．

[3]趙永波.冷再生技術(shù)在陜西高速公路路面大修中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)安大學(xué),2010．

[4]JTG F40-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2011．

[5]JTG E51-2009公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2009．