外摻料對(duì)乳化瀝青冷再生混合料性能的影響分析

潘志軍

摘要：文章為研究乳化瀝青冷再生混合料的路用性能，掌握水泥、RAP料等對(duì)其影響規(guī)律，利用重型擊實(shí)方法成型乳化瀝青冷再生混合料，分析水泥用量、RAP用量的變化對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的干濕劈裂強(qiáng)度比、穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、抗壓回彈模量及粘聚力等指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著水泥用量的增加，干濕劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度值呈先增加后下降的趨勢(shì)，二者存在最佳用量范圍，而穩(wěn)定度值呈增加趨勢(shì);隨著RAP用量的增加，劈裂強(qiáng)度指標(biāo)、抗壓回彈模量指標(biāo)和粘聚力指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)，穩(wěn)定度指標(biāo)呈先下降后增加的趨勢(shì)。綜合分析可知，通過(guò)摻加適量的水泥能夠改善乳化瀝青冷再生混合料的路用性能，而RAP料的最大用量需要依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化確定。

關(guān)鍵詞：乳化瀝青冷再生混合料;水泥用量;干濕劈裂強(qiáng)度比;抗壓回彈模量;粘聚力

In order to study the road performance of emulsified asphalt cold recycled mixture，and master the influence law of cement，RAP material，etc.，this article uses the heavyduty compaction method to form the emulsified asphalt cold recycled mixture，analyze the influence of the changes in cement dosage and RAP dosage on drywet splitting strength ratio，stability，residual stability，compressive resilience modulus and cohesion of emulsified asphalt cold recycled mixture.The test results show that，with the increase of cement dosage，the drywet splitting strength ratio and residual stability value increase first and then decrease，and both have the optimal dosage range，while the stability value increases;with the increase of RAP dosage，the splitting strength index，compressive resilience modulus index and cohesion index all show a downward trend，and the stability index decreases first and then increases.Comprehensive analysis shows that the road performance of emulsified asphalt cold recycled mixture can be improved by adding appropriate amount of cement，and the maximum dosage of RAP material needs to be determined through optimization according to relevant experiments.

Emulsified asphalt cold recycled mixture;Cement dosage;Drywet splitting strength ratio;Compressive resilience modulus;Cohesion

0 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，乳化瀝青冷再生技術(shù)在我國(guó)也開(kāi)始得以快速推廣利用，通過(guò)對(duì)廢舊瀝青混合料進(jìn)行一系列的處理，使廢舊材料重新鋪筑于路面。這不僅提高了天然集料的利用效率，而且改善了廢舊材料污染環(huán)境的問(wèn)題[1][2]。

乳化瀝青冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)方法與普通熱拌設(shè)計(jì)方法相比存在顯著的變化，在我國(guó)其變化主要限于經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)和地方性標(biāo)準(zhǔn)。如權(quán)登州系統(tǒng)地研究了拌合用水量、級(jí)配組成等對(duì)再生混合料路用性能的影響，提出了相應(yīng)的配合比設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合實(shí)體工程，總結(jié)了現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程的檢測(cè)內(nèi)容和方法[3]。邢傲雪研究了冷再生混合料的永久變形特性、疲勞性能、抗剪特性及動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)的變化規(guī)律[4]。

綜上所述，我國(guó)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用綜合性能的研究尚存在一定的不足。本文通過(guò)分析水泥用量、RAP用量等關(guān)鍵因素對(duì)干濕劈裂強(qiáng)度比、穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、抗壓回彈模量等指標(biāo)的影響，為乳化瀝青冷再生混合料在瀝青路面中的鋪筑提供技術(shù)支持。

1 原材料及方案

乳化瀝青選用山東東明石化生產(chǎn)的陽(yáng)離子慢裂型乳化瀝青（見(jiàn)表1），水泥采用廣西某廠普通硅酸鹽P.O32.5水泥（見(jiàn)表2），舊瀝青混合料（以下簡(jiǎn)稱RAP）為連霍高速公路上面層銑刨料。其中RAP料經(jīng)過(guò)重新的篩分處理均滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）和《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2017）[5][6]的相關(guān)要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水泥用量的影響

水泥作為填料，在乳化瀝青冷再生混合料中不僅具備粘結(jié)作用，同時(shí)還能作為改性劑，影響混合料的初期強(qiáng)度和最終路用性能。研究選擇不同水泥用量（0.0%、0.5%、1.0%、1.5%）分析其對(duì)干濕劈裂強(qiáng)度比、穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度指標(biāo)的影響。試驗(yàn)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ0709-2000）[7]中T0709-2011的方法，試驗(yàn)溫度參數(shù)選擇15 ℃和40 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1、圖2分別描述了不同水泥用量時(shí)劈裂強(qiáng)度比、穩(wěn)定度、浸水穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度值的變化結(jié)果，分析可知：

（1）水泥用量對(duì)干濕劈裂強(qiáng)度比（TSR）存在顯著影響。隨著水泥用量的增加，TSR先增加后降低，在0.8%～1.0%范圍內(nèi)達(dá)到最大值，對(duì)混合料的TSR值具有改善效果;隨著水泥用量的增加（>1%），其值顯著下降。水泥用量為1.0%時(shí)，TSR值為97.2%，提高了約13.2%（與未摻加水泥相比）。

（2）馬歇爾穩(wěn)定度值隨著水泥用量的增加呈線性增加趨勢(shì)，水泥提高了混合料的剛度，尤其是高溫性能。水泥用量為0.5%、1.0%和1.5%時(shí)的穩(wěn)定度值分別為8.4 kN、10.9 kN和12.9 kN，相應(yīng)地分別提高了約75.0%、127.1%、168.8%（與未摻加水泥相比）。

（3）水泥的摻加對(duì)混合料的水穩(wěn)定性能存在較大的影響。隨著摻量的增加，浸水穩(wěn)定度值呈增加趨勢(shì)，而殘留穩(wěn)定度值呈先增加后下降趨勢(shì)。這說(shuō)明水泥對(duì)混合料水穩(wěn)定性能的改善存在相應(yīng)的合理用量，其在1.0%時(shí)，殘留穩(wěn)定度值最大約為90.8%。

綜上可知，在乳化瀝青冷再生混合料中加入的水泥，主要發(fā)生了水化反應(yīng)和吸附作用。首先利用礦料中的水分發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生水泥絮狀結(jié)構(gòu)物，且與破乳的乳化瀝青薄膜相互交織在一起形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);另一部分水泥直接與瀝青相互作用形成吸附現(xiàn)象，在集料表面形成網(wǎng)狀薄膜，提高了乳化瀝青-礦料之間的粘結(jié)力[3]。

2.2 RAP料用量對(duì)間接抗拉強(qiáng)度的影響

RAP用量的多少對(duì)混合料的抗拉強(qiáng)度的影響較大。一般情況下RAP料的用量≥85%，原材料性能較好的條件下可100%采用。文中設(shè)計(jì)了RAP用量分別為80%、90%和100%的三種再生混合料，然后按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052-2000）中規(guī)定的方法進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，研究再生混合料的力學(xué)性能指標(biāo)與RAP摻量之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

由圖3、圖4可知：

（1）RAP用量多少對(duì)混合料的間接抗拉強(qiáng)度指標(biāo)存在顯著影響。隨著RAP摻加用量的增加，干劈裂強(qiáng)度值、濕劈裂強(qiáng)度值和TSR值均呈下降趨勢(shì)。其中干、濕劈裂強(qiáng)度值呈線性下降趨勢(shì)，二者相關(guān)性較好;而TSR值呈二元函數(shù)式下降，說(shuō)明RAP用量的增加，降低了混合料的間接抗拉強(qiáng)度性能。

同時(shí)，隨著RAP用量的增加，在90%～100%范圍內(nèi)，TSR值的下降幅度較大，如摻量90%、100%時(shí)的TSR值分別為93.7%和83.5%，分別下降了約1.4%和12.1%。

（2）利用相關(guān)性分析了干劈裂強(qiáng)度值與最大干密度的關(guān)系（見(jiàn)圖4），二者具備良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.978 2。這說(shuō)明乳化瀝青冷再生混合料的最大干密度越大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實(shí)，其劈裂強(qiáng)度值越高。隨著RAP用量的增加，再生混合料中集料與乳化瀝青的粘附作用減弱，導(dǎo)致再生混合料的干濕ITS和劈裂強(qiáng)度比逐漸減小[1]。

2.3 RAP料用量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)選擇常溫抗壓強(qiáng)度、15 ℃抗壓回彈模量和40 ℃馬歇爾穩(wěn)定度進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5描述了抗壓回彈模量指標(biāo)和穩(wěn)定度指標(biāo)隨RAP用量的變化結(jié)果，分析可知：

（1）RAP用量變化對(duì)抗壓回彈模量指標(biāo)的影響與間接抗拉強(qiáng)度指標(biāo)相類似，隨著RAP用量的增加，抗壓回彈模量值呈線性下降趨勢(shì)，二者呈良好的線性關(guān)系。摻量在80%、90%、100%時(shí)的回彈模量值分別為1 568 MPa、1 120 MPa、683 MPa，說(shuō)明RAP用量的增加，降低了混合料抗壓強(qiáng)度性能和剛度，且用量為100%時(shí)的抗壓回彈模量值劣化程度比90%時(shí)提高了1倍。

隨著RAP用量的增加，穩(wěn)定度值呈先下降后增加的趨勢(shì)，這與其他指標(biāo)變化規(guī)律不一致。說(shuō)明RAP料的增加有助于提高混合料的高溫性能，即抗車轍能力提高，這與其他文獻(xiàn)研究成果相一致[8]。

（2）采用線性函數(shù)描述了抗壓回彈模量值與最大干密度關(guān)系（見(jiàn)圖6）?？箟夯貜椖Ａ恐惦S著最大干密度的增加而增加，這與劈裂強(qiáng)度指標(biāo)變化規(guī)律相一致。

2.4 RAP料用量對(duì)抗剪特性的影響

乳化瀝青冷再生混合料的抗剪性能取決于材料組成結(jié)構(gòu)的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ。本文利用庫(kù)侖-莫爾定律中的幾何關(guān)系計(jì)算出不同RAP摻量下瀝青混合料的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ[1]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7和圖8。

圖7描述了RAP用量變化對(duì)粘聚力的影響，分析可知：

（1）RAP使再生混合料的組成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的變化。隨著RAP用量的增加，再生混合料結(jié)構(gòu)的粘聚力呈線性下降趨勢(shì)，這與上述劈裂強(qiáng)度指標(biāo)、抗壓回彈模量指標(biāo)的變化規(guī)律相一致。研究表明：乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)性能主要取決于乳化瀝青膠漿粘結(jié)作用和骨料的嵌擠骨架承載能力，隨著RAP料的用量增加，再生混合料的粘聚力逐漸減小，集料與乳化瀝青的粘附作用減弱，因此再生混合料的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

（2）通過(guò)分析粘聚力與最大干密度的關(guān)系可知（見(jiàn)圖8），粘聚力與最大干密度保持良好的線性關(guān)系，隨著最大干密度的增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘聚力同樣增加。這說(shuō)明提高乳化瀝青冷再生混合料的壓實(shí)密度是保證混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)、路用性能優(yōu)良的關(guān)鍵控制指標(biāo)之一。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）水泥用量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能存在顯著影響。隨著水泥摻加用量的增加，其干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)、殘留穩(wěn)定度指標(biāo)均呈凹曲線函數(shù)，最佳水泥用量在0.8%～1.0%。而穩(wěn)定度指標(biāo)的變化呈增加趨勢(shì)。

（2）RAP用量的變化對(duì)再生混合料的間接抗拉強(qiáng)度、抗壓回彈模量指標(biāo)存在顯著劣化作用。隨摻量的增加，其TSR值呈下降趨勢(shì)，在摻量為90%～100%時(shí)的下降幅度較大，超過(guò)10%。

（3）RAP用量的增加劣化了再生混合料的粘聚力，二者呈良好的線性關(guān)系，利用該指標(biāo)良好地闡釋了劈裂強(qiáng)度比、抗壓回彈模量指標(biāo)下降的原因。

參考文獻(xiàn)：

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[4]邢傲雪.乳化（泡沫）瀝青冷再生混合料技術(shù)性能深入研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

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