舊瀝青混凝土對水泥穩(wěn)定再生混合料性能的影響

范同前，陳亞雄，喬向軍

(1.河南中州路橋建設(shè)有限公司， 河南 周口 466000；2.嘉興市高新交通技術(shù)測評研究院， 浙江 嘉興 314001；3.包頭市市政設(shè)計研究院， 內(nèi)蒙古 包頭 014030)

0 引 言

針對半剛性基層瀝青路面的開裂、破碎等結(jié)構(gòu)性病害，傳統(tǒng)的基層維修方法主要是挖除法和采用無機穩(wěn)定劑對單一結(jié)構(gòu)層進行再生，這些方法需銑刨、運輸銑刨廢料，不僅提高了工程造價，而且造成了極大的資源浪費和環(huán)境污染。隨著筑養(yǎng)路機械的升級和新材料研究的發(fā)展，出現(xiàn)了新型的水泥穩(wěn)定全深式路面就地再生基層技術(shù)，即預先在原路面撒布水泥和新石料，就地再生機組將老路的瀝青面層和基層(或部分基層)以及新添加材料一并銑刨拌合，然后碾壓成型，使之成為新路面的結(jié)構(gòu)層，實現(xiàn)了半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)性病害的一體化解決，較好地彌補了以往維修工藝的不足，符合道路維修新的發(fā)展方向[1-5]。

全深式水泥就地再生基層材料包括舊瀝青面層材料和半剛性基層材料，該技術(shù)的關(guān)鍵問題是舊瀝青混凝土對再生混合料路用性能的影響，即舊瀝青面層和半剛性基層材料通過水泥穩(wěn)定后形成再生混合料，如何滿足新道路基層的使用要求[6]。本文通過室內(nèi)外試驗，分析舊瀝青混凝土的老化程度和摻量對再生混合料性能的影響規(guī)律，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 試驗準備

1.1 原材料

原材料包括舊瀝青面層材料和半剛性基層材料，試驗中半剛性基層材料選取水泥穩(wěn)定碎石基層銑刨料為基準料。瀝青面層材料選取某大修道路項目中C、D、E三個路段的舊瀝青面層銑刨料，通過抽提法測定計算舊瀝青混凝土中的瀝青含量，并采用蒸餾法提取舊瀝青，測定舊瀝青的針入度，用以分析其老化程度，試驗結(jié)果如表1所示。水泥為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，添加的水為飲用水。

表1 舊瀝青性質(zhì)

從試驗結(jié)果來看，A1中瀝青老化程度較輕，A3中瀝青老化程度較重。為了便于對比試驗分析，分別以A1、A2、A3代表輕度、中度、重度老化的舊瀝青混凝土。

1.2 材料組合方案

對C、D、E三個路段的舊瀝青路面采用就地再生機分別進行6 cm舊瀝青面層與16 cm水穩(wěn)基層、6 cm舊瀝青面層與9 cm水穩(wěn)基層、8 cm舊瀝青面層與8 cm水穩(wěn)基層的銑刨，相當于再生混合料中舊瀝青混凝土的摻量分別為27%、40%和50%，再生材料的組合方案見表2。其中B1代表半剛性基層材料。

1.3 級 配

將銑刨后的再生集料風干，通過水洗法篩分再風干，各組合方案均符合《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F 41—2008)中1號級配。

表2 材料組合方案

1.4 試件成型與養(yǎng)護

配好9種混合料，根據(jù)擊實結(jié)果確定的最佳含水量添加自來水，水泥劑量(質(zhì)量摻量)為5%。拌合后，按照試驗操作規(guī)范，部分采用靜壓法成型150 mm×150 mm圓柱體試件，作為無側(cè)限抗壓強度、劈裂強度和抗壓回彈模量試驗試件，部分制成尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的梁式試件，采用靜壓成型，每種配合比各成型2組，分別用于測試7 d、28 d失水率和干縮應(yīng)變。圓柱體試件和梁式試件均在相對濕度為96%、溫度為20 ℃±2 ℃的養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護，在到達養(yǎng)護時間的前一天，將試件在水中浸泡24 h，從水中取出后用軟布吸去試件表面可見水。試件完成養(yǎng)護即可進行相關(guān)性能的試驗。

2 力學性能研究

2.1 抗壓性能

為了分析再生混合料的抗壓性能，采用無側(cè)限抗壓強度指標進行評價。將試件放在路面材料強度試驗機升降臺上，加壓速度取0.1～0.2 kN·s-1，在室溫20 ℃±2 ℃下進行抗壓強度試驗。測試了C、D、E三個類型9組再生混合料,7 d和 28 d的無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果如圖1、2所示。

圖1 再生混合料7 d無側(cè)限抗壓強度

圖2 再生混合料28 d無側(cè)限抗壓強度

由圖1、2可知，再生混合料中舊瀝青混凝土摻入的比例越大，再生混合料的無側(cè)限抗壓強度越小，不同齡期條件下具有相同的規(guī)律性。即舊瀝青混凝土摻量較高時，老化程度因素對再生混合料抗壓強度影響較大，反之則較小。因為舊瀝青老化程度越高，越接近硬質(zhì)材料，復合材料模量提高，再生混合料抗壓強度提高，此時摻量因素的影響變?nèi)酰粚τ诶匣潭容^低的舊瀝青混凝土，瀝青與集料在常溫條件下不能產(chǎn)生膠結(jié)作用，阻礙了集料之間的水泥水化反應(yīng)，因此，舊瀝青混凝土摻量越高，混合料的強度降低越明顯。

2.2 模 量

為了分析再生混合料的模量，本文采用抗壓回彈模量指標進行評價。采用頂面法進行抗壓回彈模量的測定，將試件放在萬能試驗機升降臺上，千分表的表架固定在試驗臺上試件對稱的兩側(cè)，試驗時加載板上的計算單位壓力用0.5～0.7 MPa，加壓速度取0.1～0.2 kN·s-1，環(huán)境溫度為20 ℃±2 ℃。測試了C、D、E三個類型9組再生混合料7 d和 28 d的抗壓回彈模量，試驗結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 再生混合料7 d回彈模量

圖4 再生混合料28 d回彈模量

從圖3、4來看，在摻量方面，舊瀝青混凝土老化程度相同時，隨著舊瀝青混凝土摻量的增加，再生混合料7 d和28 d回彈模量均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。相比較可知，舊瀝青混凝土重度老化時，再生混合料的回彈模量較高。從老化程度來看，舊瀝青混凝土輕度老化時，舊瀝青混凝土摻量從27%增加到40%和從40%增加到50%，再生混合料的7 d回彈模量分別降低了28.5%和16.1%，而相對舊瀝青混凝土重度老化時，再生混合料的7 d回彈模量僅分別降低了8.1%和8.8%，說明當舊瀝青混凝土重度老化時，摻量因素對再生混合料回彈模量的影響較大。當舊瀝青混凝土輕度老化時，骨料表面的瀝青具有一定柔性，其剛度遠小于骨料的剛度，舊瀝青混凝土與水穩(wěn)碎石組成再生混合料的復合剛度小于純碎石骨料的剛度，并且舊瀝青混凝土摻量越高，再生混合料的剛度越小，導致水泥穩(wěn)定再生混合料的抗壓回彈模量呈現(xiàn)降低趨勢。

2.3 干縮性能

本文通過干縮系數(shù)指標進行干縮性能再生混合料評價。試件在標準溫度和濕度下養(yǎng)護7 d后，放入養(yǎng)護箱內(nèi)，養(yǎng)護箱控制溫度為20 ℃±1 ℃，相對濕度為60%±5%，試驗中用混凝土收縮膨脹儀測量其初始長度，此后以間隔7 d和28 d定期測定其自由收縮值。測試了C、D、E三個類型9組再生混合料試件7 d和28 d的失水率和干縮應(yīng)變，按相鄰兩測點測定的試件干縮應(yīng)變除以含水量的公式計算出平均干縮系數(shù)，試驗結(jié)果如圖5、6所示。

圖5 再生混合料7 d平均干縮系數(shù)

圖6 再生混合料28 d平均干縮系數(shù)

從試驗結(jié)果來看，舊瀝青混凝土在輕、中、重度老化時，再生混合料平均干縮系數(shù)的變化規(guī)律保持一致，隨著舊瀝青混凝土摻量的增加，再生混合料的平均干縮系數(shù)逐漸減小。從舊瀝青混凝土摻量來看，舊瀝青混凝土摻量從27%增加到40%和從40%增加到50%，摻有輕度老化舊瀝青混凝土的再生混合料7 d干縮系數(shù)降低率分別為3.5%和7.2%，而舊瀝青混凝土重度老化時，7 d干縮系數(shù)降低率分別為17.3%和11.4%，說明瀝青混凝土輕度老化時，摻量因素對干縮系數(shù)影響較大。

從老化程度方面來看，舊瀝青混凝土摻量為27%，舊瀝青混凝土從輕度到中度老化和從中度到重度老化時，再生混合料的28 d干縮系數(shù)分別增長了86%和0.7%。從輕度老化到中度老化，再生混合料的干縮系數(shù)增長幅度較大。舊瀝青混凝土摻量為40%和50%時具有相同的規(guī)律性，說明舊瀝青混凝土老化程度由輕度變?yōu)橹卸葧r，老化程度是影響再生混合料干縮性能的主要因素。因為舊瀝青混凝土老化程度越高，舊瀝青失去柔性硬化成“黑石頭”的效應(yīng)越明顯，舊瀝青混凝土利用自身的柔性降低集料之間收縮應(yīng)變的能力減弱。因此，舊瀝青混凝土摻量一定時，舊瀝青混凝土由輕度轉(zhuǎn)化為中度老化，再生混合料的干縮系數(shù)變化幅度較大。

3 結(jié) 語

本文通過室內(nèi)試驗研究了舊瀝青混凝土摻量和老化程度對水泥穩(wěn)定再生混合料性能的影響，主要結(jié)論如下。

(1)隨著舊瀝青混凝土摻量的增加，再生混合料的強度和模量逐漸降低，干縮性能提高。舊瀝青混凝土老化程度較低時，摻量因素對再生混合料性能影響較大，相反，舊瀝青混凝土老化程度較高，摻量因素影響較小。

(2)隨著舊瀝青混凝土老化程度的增加，再生混合料的強度和模量逐漸提高，干縮性能降低。老化程度高的舊瀝青混凝土對再生混合料的強度和干縮系數(shù)影響較小，適宜采用水泥穩(wěn)定全深式路面就地再生基層技術(shù)對舊路面進行改造。