不同成型參數(shù)對水泥乳化瀝青冷再生試件孔隙率和劈裂強(qiáng)度的影響研究

郭贏贏

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

改革開放以來，國家大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，呈現(xiàn)出一片繁榮的景象，經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，我國公路建設(shè)已經(jīng)基本趨于飽和。按照路面設(shè)計壽命10～15 年計算，我國路面已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入翻修階段。未來幾年，因翻修路面銑刨下來的廢舊路面材料（RAP）將不斷攀升，如果不能對這些RAP 加以利用，不但浪費(fèi)資源，污染環(huán)境，為了存放這些RAP 還將侵占大片土地[1-3]。對于處理這些RAP，乳化瀝青冷再生技術(shù)就是一種很好的選擇。乳化瀝青冷再生技術(shù)，是將RAP、新石料、填料、水、乳化瀝青按照一定的比例進(jìn)行混合，經(jīng)機(jī)器常溫拌合、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)，即可開放交通的一種綠色環(huán)保型道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)。但是乳化瀝青冷再生技術(shù)有個缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度較低，為了彌補(bǔ)這一不足，一般選擇添加一定量水泥來改善[4-7]。馬歇爾實(shí)驗(yàn)是目前實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行乳化瀝青冷再生研究的主要手段，試驗(yàn)中為了降低孔隙率，需要進(jìn)行二次擊實(shí)，但目前規(guī)范在二次擊實(shí)時忽視了水泥已經(jīng)完成水化形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度這一事實(shí)。按照目前的成型方式進(jìn)行，勢必會對水泥結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，從而讓混合料的早期強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)上大打折扣。為了解決這一問題，筆者從有可能影響馬歇爾試件孔隙率和劈裂強(qiáng)度的因素著手，設(shè)計實(shí)驗(yàn)，對乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾試件成型方式進(jìn)行了系統(tǒng)研究。有文獻(xiàn)報道，60℃養(yǎng)護(hù)溫度過高，建議40℃養(yǎng)護(hù)[8]?？紤]到長時間高溫養(yǎng)護(hù)會對瀝青造成老化，本實(shí)驗(yàn)過程選擇40℃進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 原材料

乳化瀝青，使用本研究室自己研發(fā)的冷再生用乳化劑JK-L007 制備，瀝青采用中石化90 號瀝青，乳化瀝青相關(guān)性能如表1。RAP 取自山西境內(nèi)某高速路銑刨料，集料當(dāng)做黑色集料處理，為了取料均勻，將RAP 篩分為0～10 mm 和10～20 mm 兩檔，篩分級配如表2。為了提高冷再生混合料強(qiáng)度，添加了30%的新碎石，新碎石采用陽曲縣喜悅發(fā)石料廠生產(chǎn)的規(guī)格AC-20 玄武巖。填料，為普通硅酸鹽水泥42.5。水，使用太原市自來水。

表1 試驗(yàn)用乳化瀝青性能測試結(jié)果

表2 RAP級配

表3 中粒式乳化瀝青冷再生混合料試驗(yàn)級配

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

a）通過擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，確定乳化瀝青混合料最佳含水率為8%（外加水量，不含石料及乳化瀝青中水分），最佳乳化瀝青用量為4%。

b）實(shí)驗(yàn)測定水泥40℃環(huán)境下初凝時間為2.5 h，終凝時間為5 h。

c）按照級配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化瀝青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%拌合一組200 g混合料，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20—2011）》T 0757—2011 測試其可拌合時間，記為t，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果t=30 min。

d）按照級配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化瀝青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%，使用拌合鍋拌合，按兩個馬歇爾試件所需混合料進(jìn)行拌合，拌合好后，先將混合料放置（t-5）min，測試放置（t-5）min前后混合料質(zhì)量差，計算放置（t-5）min 后混合料含水率為6%。

e）馬歇爾試件制備，每組制備4 個試件：

（a）A 組 按照級配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化瀝青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%，使用拌合鍋進(jìn)行拌合，每次按兩個馬歇爾試件所需混合料進(jìn)行拌合，拌合好后，先將混合料放置（t-5）min，之后開始向試模裝料，擊實(shí)，雙面各擊實(shí)50 次，不脫模具置于40℃烘箱養(yǎng)護(hù)至恒重，趁熱進(jìn)行二次擊實(shí)，雙面各擊實(shí)25 次，室溫放置12 h，進(jìn)行脫模。

（b）B 組 混合料級配及拌合方法同A 組，拌合好后，立即開始向試模裝料，擊實(shí)，雙面各擊實(shí)50次，不脫模具置于40℃烘箱放置2 h，取出趁熱進(jìn)行二次擊實(shí)，雙面各擊實(shí)25 次，40℃烘箱養(yǎng)護(hù)至恒重，室溫放置12 h，進(jìn)行脫模。

（c）C 組 混合料級配及拌合方法同A 組，拌合好后，先將混合料放置（t-5）min，之后開始向試模裝料，擊實(shí)，雙面各擊實(shí)50 次，不脫模具置于40℃烘箱放置2 h，趁熱進(jìn)行二次擊實(shí)，雙面各擊實(shí)25 次，40℃烘箱放置至恒重，取出室溫放置12 h 進(jìn)行脫模。

（d）D 組 混合料級配及拌合方法同A 組，拌合好后，立即開始向試模裝料，擊實(shí)，雙面各擊實(shí)50次，不脫模具置于40℃烘箱放置至恒重，趁熱進(jìn)行二次擊實(shí)，雙面各擊實(shí)25 次，室溫放置12 h，進(jìn)行脫模。

（e）E 組 按照級配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化瀝青=70%∶30%∶1%∶6%∶4%，使用拌合鍋進(jìn)行拌合，每次按兩個馬歇爾試件所需混合料進(jìn)行拌合，拌合好后，立即開始向試模裝料，擊實(shí)，雙面各擊實(shí)50 次，不脫模具置于40℃烘箱養(yǎng)護(hù)至恒重，趁熱進(jìn)行二次擊實(shí)，雙面各擊實(shí)25 次，室溫放置12 h，進(jìn)行脫模。

2 實(shí)驗(yàn)測試

2.1 孔隙率測試

分別用蠟封法和真空法測冷再生混合料的毛體積相對密度和理論最大密度，計算得到其孔隙率。

2.2 劈裂實(shí)驗(yàn)

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20—2011）》當(dāng)中T 0716—2011 的規(guī)定進(jìn)行操作。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 孔隙率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，A、B、C、D 四組試件均能滿足乳化瀝青冷再生施工規(guī)范要求（孔隙率9～14），但是可以看得出，乳化瀝青混合料拌合完成后放置（t-5）min 再制備試件，可以有效降低孔隙率，如實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所示A 組和C 組試件的孔隙率明顯低于B 組和D 組?？紫兜男纬?，很大程度上是因?yàn)樗诌w移殘留的空隙導(dǎo)致，水分的作用主要體現(xiàn)在拌合過程，使得黏結(jié)料在常溫下充分分散開來，拌合完成后，希望它盡快揮發(fā)，完成混合料成型。所以，拌合完成后，完成拌合后放置（t-5）min，水分大量揮發(fā)，有效降低了養(yǎng)護(hù)過程因水分遷移發(fā)展的空隙。最終結(jié)果就是，放置（t-5）min 制備的試件孔隙率降低明顯。D、E 組試件相比，E 組孔隙率明顯低于 D 組，說明拌合時，含水率大小對試件空隙率有直接影響。得出結(jié)論，冷再生混合料馬歇爾試件成型前，將拌合料放置一段時間，但不超過可拌合時間，可以有效降低試件孔隙率。

圖1 水泥乳化瀝青冷再生馬歇爾試件孔隙率測試結(jié)果

3.2 劈裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，ABCD 四組試件的劈裂強(qiáng)度及干濕劈裂強(qiáng)度比均能滿足規(guī)范要求。劈裂強(qiáng)度分析，B 組和C 組明顯優(yōu)于A 組和D 組，這主要是因?yàn)锽組和C 組制備試件時，40℃養(yǎng)護(hù)2 h 后進(jìn)行的二次擊打，在二次擊打時，試件中的水泥水化物還未完全硬化，不會因受到二次擊打而受損，而A 組和D 組則是在40℃環(huán)境養(yǎng)護(hù)至恒重，具體養(yǎng)護(hù)了24 h 才進(jìn)行的二次擊打，二次擊打時試件中的水泥水化已經(jīng)完全，二次擊打在減小空隙率的同時破壞了水泥水化物結(jié)構(gòu)，最終表現(xiàn)為劈裂強(qiáng)度大大降低。同時，我們發(fā)現(xiàn)A 組和C 組的干濕劈裂強(qiáng)度比明顯高于B 組和D 組，這與孔隙率的測試結(jié)果相吻合，得益于A 組和C 組孔隙率小的緣故。

A 組和E 組相比，E 組的劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比明顯低于A 組，這說明混合料拌合時直接將含水率控制在6%，然后直接制件并不能起到相同的效果。這是因?yàn)椋钟欣谌榛癁r青均勻分散，并引導(dǎo)瀝青顆粒裹覆石料。前期水量不足，不利于黏結(jié)料發(fā)揮應(yīng)有的效果。

4 結(jié)論

乳化瀝青冷再生混合料在添加水泥的情況下，馬歇爾試件成型的過程中需要考慮混合料的可拌合時間和水泥的初凝時間。具體操作中應(yīng)注意，在混合料拌合完成后放置一段時間，等到混合料接近可拌合時間時再進(jìn)行試件制備，可有效降低試件的孔隙率，選擇40℃養(yǎng)護(hù)2 h 進(jìn)行二次擊實(shí)，有利于保護(hù)水泥結(jié)構(gòu)，確保冷再生混合料早期強(qiáng)度。