乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計研究

胡艷民

(1.河北省道路結(jié)構(gòu)與材料工程技術(shù)研究中心 石家莊市 050091； 2.河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司 石家莊市 050091)

瀝青路面再生是積極踐行交通運輸部《關(guān)于全面深入推進綠色交通發(fā)展的意見》、《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導意見》的重要體現(xiàn)，同時極大地減少了廢舊資源的處理費用、資源占用問題。近些年來，乳化瀝青冷再生混合料應(yīng)用也成為業(yè)界廣為推崇的再生方式，為了更好地對再生劑進行選擇，選用不同種類乳化瀝青冷再生混合料進行分析研究，旨在通過配合比設(shè)計和技術(shù)驗證，為使用者提供一定的理論基礎(chǔ)，更好地進行應(yīng)用。

1 試驗原材料

1.1 乳化瀝青

試驗選用某品牌慢裂慢凝乳化瀝青(A類)、慢裂快凝乳化瀝青(B類)，瀝青含量見表1。

1.2 銑刨料礦料級配

試驗采用瀝青混凝土面層銑刨料(RAP)，測得含油量為3.56%，同時進行篩分試驗，結(jié)果見表2。

表2 RAP篩分結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，RAP中2.36mm以下含量低，且0.075mm的通過率僅有0.1%。因此，在進行配合比設(shè)計時，添加細集料，使其滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5221-2019)中粒式礦料級配要求。同時為了增加乳化瀝青冷再生混合料的強度，對A類、B類乳化瀝青再生料中均加入了1.0%的水泥和5.0%的礦粉。

2 乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計

2.1 慢裂慢凝乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計

2.1.1最佳流體含量確定

將5升A類乳化瀝青和5升水混和攪拌均勻后使用，并確定最佳流體用量(OFC)。采用擊實試驗，測定不同流體含量下的瀝青面層銑刨料工程特性，試驗結(jié)果見表3。在此基礎(chǔ)上，對最大干密度和流體含量進行數(shù)據(jù)擬合(見圖1)，經(jīng)計算可知，以乳化瀝青為再生劑的冷再生混合料的OFC為7.4%。

表3 擊實試驗結(jié)果

2.1.2最佳乳化瀝青用量確定

OFC取7.4%、調(diào)整乳化瀝青用量，成型5組馬歇爾試件，分別測定常溫條件下的劈裂強度、浸水劈裂強度。根據(jù)劈裂強度比，確定最佳乳化瀝青用量，見表4。在此基礎(chǔ)上，對劈裂強度比和乳化瀝青用量進行數(shù)據(jù)擬合(見圖2)，經(jīng)計算可知，最佳乳化瀝青用量為4.25%，同時得到瀝青含量為2.3%，且干濕劈裂強度比滿足重以下交通等級使用要求。

表4 劈裂強度試驗方案及結(jié)果

2.1.3性能驗證

依據(jù)2.1.1與2.1.2試驗及計算結(jié)果，對混合料技術(shù)性能進行驗證。

(1)馬歇爾試件空隙率

成型Φ101.6×63.5mm馬歇爾試件，分別雙面擊實75次和50次，測定其密度及最大理論密度，計算空隙率，試驗結(jié)果見表5。

表5 馬歇爾試件空隙率

由試驗結(jié)果可知，空隙率滿足乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾試件技術(shù)要求(一般要求為9%～14%)。

(2)凍融劈裂強度比TSR(%)

成型Φ101.6×63.5mm馬歇爾試件，分別雙面擊實75次和50次，測定不同擊實次數(shù)馬歇爾試件的凍融劈裂強度比TSR，試驗結(jié)果見表6。

表6 劈裂強度試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，凍融劈裂強度比TSR均大于70%，滿足重以下交通等級使用要求。

2.2 慢裂快凝乳化瀝青冷再生配合比設(shè)計

2.2.1最佳流體含量確定

將5升B類乳化瀝青和5升水混和攪拌均勻后使用，并確定最佳流體用量(OFC)。采用擊實試驗，測定不同流體含量下的瀝青面層銑刨料工程特性，試驗結(jié)果見表7。在此基礎(chǔ)上，對最大干密度和流體含量進行數(shù)據(jù)擬合(見圖3)，經(jīng)計算可知，以B類乳化瀝青為再生劑的冷再生混合料的OFC為8.6%。

表7 擊實試驗結(jié)果

2.2.2最佳乳化瀝青用量確定

OFC取8.6%、調(diào)整乳化瀝青用量，成型5組馬歇爾試件，分別測定常溫條件下的劈裂強度、浸水劈裂強度。根據(jù)劈裂強度比，確定最佳乳化瀝青用量，見表8。在此基礎(chǔ)上，對劈裂強度比和乳化瀝青用量進行數(shù)據(jù)擬合(見圖4)，經(jīng)計算可知，最佳乳化瀝青用量為3.63%，同時得到瀝青含量為1.85%，且干濕劈裂強度比滿足重以下交通等級使用要求。

表8 劈裂強度試驗方案及結(jié)果

2.2.3性能驗證

依據(jù)2.2.1與2.2.2試驗及計算結(jié)果，對混合料技術(shù)性能進行驗證。

(1)馬歇爾試件空隙率

成型Φ101.6×63.5mm馬歇爾試件，分別雙面擊實75次和50次，測定其密度及最大理論密度，計算空隙率，試驗結(jié)果見表9。

表9 馬歇爾試件空隙率

由試驗結(jié)果可知，乳化瀝青冷再生混合料馬歇爾試件空隙率偏大(一般要求為9%～14%)。

(2)凍融劈裂強度比TSR(%)

成型Φ101.6×63.5mm馬歇爾試件，分別雙面擊實75次和50次，測定不同擊實次數(shù)馬歇爾試件的凍融劈裂強度比TSR，試驗結(jié)果見表10。

表10 劈裂強度試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，凍融劈裂強度比TSR均大于70%，滿足重以下交通等級使用要求。

3 結(jié)論

通過對某品牌慢裂慢凝乳化瀝青(A類)和慢裂快凝乳化瀝青(B類)為再生劑的高速公路瀝青面層銑刨料冷再生配合比設(shè)計研究(符合中粒式級配要求，RAP94.0%、水泥1.0%、礦粉5.0%)，得到如下結(jié)論：

(1)通過擊實試驗，研究了不同流體含量下，不同種類乳化瀝青冷再生混合料的最佳流體含量。結(jié)果表明：A類乳化瀝青冷再生混合料OFC為7.40%，B類乳化瀝青冷再生混合料OFC為8.60%。

(2)通過劈裂強度試驗，研究了OFC恒定情況下，不同種類乳化瀝青冷再生混合料最佳乳化瀝青用量。結(jié)果表明：A類乳化瀝青冷再生混合料最佳乳化瀝青用量為4.25%，B類乳化瀝青冷再生混合料最佳乳化瀝青用量為3.63%。

(3)在最佳乳化瀝青用量下，對A類乳化瀝青冷再生混合料的技術(shù)性能進行了驗證。結(jié)果表明：不同尺寸A類乳化瀝青冷再生瀝青混合料的馬歇爾試件空隙率分別為11.3%、13.9%，凍融劈裂強度比大于70%；由此可知，A類乳化瀝青冷再生瀝青混合料適合用于重以下交通等級路面中面層。

(4)在最佳乳化瀝青用量下，對B類乳化瀝青冷再生混合料的技術(shù)性能進行了驗證。結(jié)果表明：不同尺寸B類乳化瀝青冷再生瀝青混合料的馬歇爾試件空隙率分別為16.9%、19.0%，不滿足使用要求；凍融劈裂強度比大于70%；由此可知，B類乳化瀝青冷再生瀝青混合料不滿足各等級交通荷載路面使用要求，應(yīng)調(diào)整水泥的用量。