淺析乳化瀝青冷再生混合料性能及影響因素

譚 俊，肖 燕

(湖南文理學(xué)院，湖南 常德 415000)

0 前 言

現(xiàn)行冷再生技術(shù)的主流趨勢即在RAP中摻入再生劑和乳化瀝青或者泡沫瀝青使其恢復(fù)各項性能指標(biāo)。乳化瀝青冷再生技術(shù)和泡沫瀝青冷再生技術(shù)在施工過程中具有污染小、節(jié)能環(huán)保的特點，符合構(gòu)建“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”社會的基本需求[1]。兩者在高級公路上主要應(yīng)用于基層，在低級公路上多用于面層。對兩種冷再生技術(shù)進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)：泡沫瀝青冷再生技術(shù)結(jié)構(gòu)強度增長快，能有效減少道路早期病害、道路養(yǎng)護時間短、適用范圍廣、受氣候影響小等優(yōu)勢，但同時，需要對瀝青加熱，并且發(fā)生裝置和拌和設(shè)備更加復(fù)雜。在級配相同的情況下，任瑞波等[2]發(fā)現(xiàn)：乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗裂性和水穩(wěn)定性明顯優(yōu)于泡沫瀝青冷再生混合料，高溫穩(wěn)定性略強于后者，而劉娜[3]發(fā)現(xiàn)：疲勞性能前者弱于后者。從綜合性能上看，乳化瀝青冷再生技術(shù)比泡沫瀝青冷再生技術(shù)更具優(yōu)勢。

我國瀝青再生技術(shù)起步晚，在乳化瀝青再生機理上與其他國家缺乏統(tǒng)一的認(rèn)知；在國內(nèi)，兩種冷再生混合料的性能異同也存在眾多說法。因此，本文著重于乳化瀝青冷再生混合料性能及影響因素分析，為乳化瀝青冷再生技術(shù)提供參考價值。

1 高溫穩(wěn)定性能

高溫穩(wěn)定性能是指瀝青混合料在高溫條件下，能夠抵抗車輛荷載的反復(fù)作用、不發(fā)生顯著永久變形、保證路面平整度的特性。其性能評定依據(jù)主要包括車轍因子和動穩(wěn)定度。

針對瀝青老化過程中輕質(zhì)油分和芳香分等有機物的減少，基于有機物相似相溶原理向RAP中摻入芳烴油，恢復(fù)乳化瀝青冷再生混合料的流變特性。隨著芳烴油摻入量的升高，乳化瀝青冷再生混合料的軟化點逐漸降低，針入度、延度、粘度逐漸升高，但高溫穩(wěn)定性卻呈現(xiàn)階段性變化。芳烴油的摻入量存在一個漸變值，摻入量低于這個值時，混合料的高溫穩(wěn)定性一直上升，在此之后，由于混合料流變特性過強而一直下降。許嚴(yán)[5]提出，處于漸變點時芳烴油的摻入量為20%。

礦粉、機制砂、粗集料、水泥則主要是通過改變?nèi)榛癁r青混合料的結(jié)構(gòu)來達(dá)到改變高溫穩(wěn)定性的目的。以礦粉摻量Wmp對乳化瀝青冷再生混合料的動穩(wěn)定度Sd(次·mm-1)的影響為例(如圖1)，隨著礦粉、機制砂、粗集料的摻入，混合料的密實度上升，在內(nèi)部形成分散型骨架結(jié)構(gòu)，大大提高了混合料的動穩(wěn)定度。當(dāng)三者各自摻量達(dá)到某一區(qū)域，混合料動穩(wěn)定度的增速極其緩慢；當(dāng)摻量分別超過一定時，在混合料內(nèi)部形成的骨架結(jié)構(gòu)空隙增大而導(dǎo)致混合料抗車轍性能降低，三者與混合料之間的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)楦缮嫫茐淖饔?。與其他三種物質(zhì)不同，水泥則是通過與水分發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物與熟料相互結(jié)合在混合料內(nèi)部形成連接的空間立體網(wǎng)狀骨架，進(jìn)而提升混合料的抗高溫形變能力[6]。

圖1 礦粉摻量對動穩(wěn)定度的影響

2 低溫抗裂性[7]

低溫抗裂性指混合料在低溫條件下抵抗收縮變形的能力。其性能評定依據(jù)主要包括彎拉強度和彎拉應(yīng)變。

結(jié)合表1～3進(jìn)行分析，不難看出：機制砂和粗集料對于混合料性能的改變集中體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上，并與混合料的含水率密切相關(guān)。隨著機制砂的摻入，混合料的彎拉強度與彎拉應(yīng)變均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；與機制砂有所差異的是，隨著粗集料的摻入，混合料的彎拉強度與彎拉應(yīng)變的變化并不明顯，不過一旦粗集料的摻入量超過一定比例，一方面，瀝青與其接觸面積減小、粘結(jié)強度降低，導(dǎo)致了材料間的力學(xué)響應(yīng)下降；另一方面，混合料內(nèi)部的空隙率增大導(dǎo)致水分進(jìn)入，水分蒸發(fā)后容易形成孔洞，使得混合料骨架對瀝青的約束增大而使瀝青無法自由收縮，進(jìn)而在混合料內(nèi)部形成溫差應(yīng)力，一旦超過抗拉強度，就會導(dǎo)致低溫開裂、形成道路病害，反而降低了混合料的低溫抗裂性能。

表1 不同級配的混合料最大干密度、最佳含水率和最佳乳化瀝青用量

表2 不同級配摻量對冷再生混合料低溫彎曲性能影響

表3 機制砂摻量對乳化瀝青冷再生混合料低溫彎曲性能影響

3 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性指乳化瀝青混合料受水影響的程度。其性能評定以劈裂度強為依據(jù)。

水泥對于乳化瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變上。一方面，水泥作為一種粘結(jié)材料，提升了乳化瀝青與集料等物質(zhì)的粘結(jié)強度，同時在混合料內(nèi)部形成水泥-乳化瀝青結(jié)構(gòu)，增強了混合料對內(nèi)應(yīng)力和外力的抵抗能力；另一方面，水泥進(jìn)行水化反應(yīng)放熱，改變了混合料的空隙率及孔徑。隨著水泥的摻入，乳化瀝青冷再生混合料的劈裂強度處于上升狀態(tài)，水穩(wěn)定性增強。值得注意的是，劈裂強度增強并不代表著劈裂強度符合現(xiàn)行施工規(guī)范對施工應(yīng)用的要求，對此，畢京杰[8]提出，當(dāng)水泥摻量<1%時會導(dǎo)致劈裂強度無法滿足現(xiàn)行施工規(guī)范，而當(dāng)水泥摻量>2%后，水泥摻量對于劈裂強度的增幅不大，提出了推薦混合料水泥摻量在1%～2%的建議。

4 疲勞性能

疲勞性能指混合料在循環(huán)荷載或形變下發(fā)生斷裂或損傷破壞的能力。其性能評定以疲勞因子為依據(jù)。

隨著再生劑摻量的增加，RAP中瀝青性能得到改善，乳化瀝青冷再生混合料的疲勞壽命次數(shù)呈現(xiàn)先增多后減少的變化趨勢，但始終高于RAP的疲勞性能。水泥作為一種重要的再生劑，主要從結(jié)構(gòu)上改變應(yīng)力敏感性，對混合料疲勞性能造成影響。在電鏡下觀察摻入水泥混合料，發(fā)現(xiàn)水泥摻入量相對較低時，在混合料內(nèi)部形成針狀和簇狀的水化結(jié)晶貫穿在混合料中，與瀝青等材料形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了混合料的應(yīng)力敏感性；當(dāng)水泥摻量相對較高時，水化結(jié)晶過長，反而導(dǎo)致這種空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變硬變脆，增大了疲勞因子，對長期疲勞性能造成損害。

孫建秀等提出纖維能增大混合料的空隙率，改變含水率，進(jìn)而改變混和料對應(yīng)力的敏感性，提升疲勞壽命。

5 結(jié) 語

1)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性由混合料的流變特性和結(jié)構(gòu)共同決定，并且有機再生劑、無機再生劑、骨料對高溫穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)“拋物線”趨勢。但國內(nèi)外就各材料的摻量尚未達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)知，在這方面的研究還有很長的路要走。

2)低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、疲勞性能主要由混合料的結(jié)構(gòu)決定，并與混合料的孔隙率、含水率密切相關(guān)，因此，在配合比試驗中控制混合料含水率具有很強的現(xiàn)實意義。

3)乳化瀝青冷再生技術(shù)使RAP得到充分利用，符合“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”的可持續(xù)發(fā)展理念，具有很強的推廣性。

[ID:009076]