在役乳化瀝青冷再生路面與冷再生混合料性能衰變規(guī)律

王秋平

(云南省曲靖市設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，云南 昆明 655000)

0 引言

目前我國有大量的瀝青路面陸續(xù)進(jìn)入大、中修期，瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)艱巨。瀝青路面科學(xué)的再生利用是建設(shè)綠色公路的必然要求，也是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會必須面對的重要課題。乳化冷再生技術(shù)是瀝青路面最常用的冷再生方式之一，具有成本低、施工速度快、節(jié)能、減排環(huán)保以及良好的工程經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢，因此在國內(nèi)外高速公路、城鎮(zhèn)主干線公路和地方道路都有廣泛的應(yīng)用[1-3]。

使用性能方面，國內(nèi)研究表明[2-4]，在半剛性基層瀝青路面大中修工程中，通過加鋪冷再生半柔性層，能夠有效抑制下臥層半剛性基層的反射裂縫、改善舊路的抗疲勞耐久性能。低成本、10～16 cm乳化瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層具有優(yōu)異的抗裂性能，在我國大量使用半剛性基層大背景下，冷再生結(jié)構(gòu)層具有極大的推廣應(yīng)用價值。美國賓夕法尼亞州跟蹤檢測了40多條瀝青冷再生路段，研究表明[4-6]，在加鋪相同結(jié)構(gòu)層厚度條件下，設(shè)置冷再生基層(下面層)的瀝青路面其抗反射裂縫能力是直接加鋪方案的2～3倍，而加鋪冷再生方案的工程造價僅為直接加鋪方案的2/3。

強(qiáng)度形成機(jī)理方面，有研究表明[2-4]，對于實(shí)際使用效果優(yōu)異的半柔性材料，其材料組成完全有別于熱拌瀝青混合料和水泥穩(wěn)定類材料，主要源于其特殊的原材料組成和獨(dú)特強(qiáng)度形成機(jī)理：在材料組成方面，冷再生混合料包含有機(jī)類材料(乳化瀝青、老化瀝青)、無機(jī)膠凝類材料(水泥)，既有廢舊瀝青路面材料(老化瀝青、黑石)，又有新添加的砂石材料，從對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)而言，既有膠結(jié)料提供的黏結(jié)力，又有顆粒嵌擠提供的摩阻力，也有新舊瀝青交融產(chǎn)生的黏結(jié)力。美國俄羅岡州在確定乳化瀝青用量時，考慮RAP表面舊瀝青含量和就瀝青老化程度對冷再生混合料新舊瀝青交融程度和舊瀝青黏結(jié)力發(fā)揮程度的影響，提出了乳化瀝青用量的修正公式，研究結(jié)果表明[4-6]，乳化瀝青冷再生混合料中的舊瀝青會同新添加瀝青一樣發(fā)揮黏結(jié)作用。同濟(jì)大學(xué)孫立軍[7]教授研究表明，受舊料與瀝青結(jié)合浸潤與壓密作用影響，乳化瀝青冷再生路面在服役過程中存在疲勞壽命增長的過程。交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所徐劍等[8-9]研究表明，乳化瀝青冷再生路面符合永久性路面結(jié)構(gòu)的特征。中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司王宏等[10]研究表明，冷再生路面在服役過程中存在瀝青重新分布過程。長安大學(xué)劉娜等[11]研究表明，在冷再生實(shí)體工程竣工驗(yàn)收后2～5 a內(nèi)，冷再生基層的力學(xué)性能隨使用年限的增長而不斷提高，劈裂強(qiáng)度最大可增大至新成型冷再生混合料的3.48倍，乳化瀝青冷再生基層芯樣的抗壓回彈模量明顯大于ATB基層。

國內(nèi)外有關(guān)乳化瀝青冷再生混合料性能評價方面的研究大多是針對室內(nèi)新成型乳化瀝青混合料[12-16]，有關(guān)乳化瀝青冷再生路面中長期使用性能衰減規(guī)律和在役乳化瀝青冷再生路面力學(xué)性能和路用性能方面的研究不多[15-17]。目前乳化瀝青冷再生技術(shù)處于大面積推廣應(yīng)用階段，但是國內(nèi)在乳化瀝青冷再生路面服役期的性能跟蹤觀測方面還有欠缺，現(xiàn)場工程應(yīng)用檢測數(shù)據(jù)不能很好反饋驗(yàn)證室內(nèi)研究[17-19]，本研究結(jié)合實(shí)體工程應(yīng)用情況，調(diào)查分析了服役6 a期間乳化瀝青冷再生路面，為掌握乳化瀝青冷再生路面技術(shù)狀況衰變規(guī)律，為研究冷再生路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度形成機(jī)理提供借鑒。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 概況

試驗(yàn)路段是國家高速公路網(wǎng)重要組成部分，地處我國華北冬嚴(yán)寒區(qū)。舊路為雙向4車道高速公路，改建后為雙向6車道高速公路，舊路路面結(jié)構(gòu)：4 cm AC-16中粒式瀝青混凝土+5 cm AC-25中粒式瀝青混凝土+40 cm水泥穩(wěn)定碎石+20 cm水泥粉煤灰綜合穩(wěn)定砂礫，路面結(jié)構(gòu)總厚度為69 cm，于2005年11月建成通車。運(yùn)營8 a后，路面承受了遠(yuǎn)超設(shè)計累計當(dāng)量軸次后，加之所在地區(qū)冬季嚴(yán)寒、漫長，晝夜溫差大的氣候特點(diǎn)，導(dǎo)致瀝青路面反射裂縫、疲勞開裂嚴(yán)重，路面結(jié)構(gòu)承載能力指數(shù)普遍為50～65，PCI下降至46以下,RQI下降至61。改建段設(shè)計采用乳化瀝青冷再生技術(shù)方案，銑刨原9 cm 瀝青混凝土層后自下而上整體加鋪依次為：20 cm 水泥穩(wěn)定碎石+12 cm乳化瀝青冷再生基層+6 cm AC-20C改性瀝青混合料下面層(18%膠粉+2.5%SBS復(fù)合改性瀝青)+4 cmAC-13C改性瀝青混合料表面層(SBS改性瀝青)。改建項目于2014年10月竣工。本次調(diào)查的乳化瀝青冷再生路面長度為5 000 m，每1 km為一個評定單元，試驗(yàn)段代號依次為A1～A5。

環(huán)境作用：從氣象站收集得到2015—2020年的平均氣溫8.2～8.9 ℃，最大晝夜溫差平均值為6～22 ℃。年平均降雨量為325.4～534.6 mm，濕度系數(shù)為0.375，月最高氣溫為35.6 ℃，月最低氣溫為-19.3 ℃。

荷載作用：根據(jù)收費(fèi)站收集得到交通參數(shù)，重車比例為0.32。換算2015—2020年標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量軸次分別為1 850 550，3 713 479，6 810 199，9 806 786，13 087 349，16 763 922。

1.2 原材料與配合比

(1)乳化瀝青：乳化瀝青主要性能指標(biāo)見表1。

表1 乳化瀝青技術(shù)性能測試結(jié)果

(2)RAP：根據(jù)試驗(yàn)檢測報告，乳化瀝青冷再生混合料中的RAP主要性能見表2。

表2 RAP技術(shù)性能

(3)礦料級配:根據(jù)RAP和新集料(石灰?guī)r碎石)篩分試驗(yàn)結(jié)果，在滿足JTG F41—2008礦料級配要求前提下，以最大利用RAP為原則，確定機(jī)制砂的摻配比例為15%，RAP摻量為85%(>9.5 mm RAP摻量50%，<9.5 mm RAP摻量35%)。配合比設(shè)計結(jié)果見表3、表4。

表3 合成級配表

表4 推薦的乳化瀝青冷再生混合料配合比

(4)其他：采用礦渣硅酸鹽水泥P.S.A 42.5和實(shí)驗(yàn)室自來水。

1.3 試驗(yàn)方法

使用性能衰變規(guī)律：采用人工調(diào)查方式獲取乳化瀝青冷再生路面的病害類型，依據(jù)《公路狀況技術(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)中各類病害損害類型、權(quán)重及換算系數(shù)，計算各類病害的損害面積占比。采用考普勒斯路面質(zhì)量綜合檢測設(shè)備逐年實(shí)測乳化瀝青冷再生路面的PCI，PQI，RDI和PSSI，分析乳化瀝青冷再生瀝青路面技術(shù)狀況隨服役年限(標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量軸次)的衰變規(guī)律。

通過鉆芯取樣試驗(yàn)，基于室內(nèi)力學(xué)性能試驗(yàn)、高低溫路用性能試驗(yàn)分析行車道、超車道、硬路肩乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度隨當(dāng)量軸次的變化趨勢，并與室內(nèi)新成型乳化瀝青混合料進(jìn)行對比，揭示在役乳化瀝青冷再生混合料性能衰減規(guī)律。

1.4 試件制備與試驗(yàn)方法

鉆芯取樣：現(xiàn)場芯樣直徑為150 mm，取芯位置為行車道、超車道輪跡帶和硬路肩中間位置，2015—2020年間取芯時間間隔1 a。室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料的礦料級配、乳化瀝青用量、拌和用水量、RAP摻量等原材料組成均與施工現(xiàn)場一致，室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度為60 ℃，養(yǎng)生時間為48 h，養(yǎng)生結(jié)束后，不脫模室溫冷卻12 h后備用。

試驗(yàn)方法：按照標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸二次加工芯樣，試驗(yàn)操作步驟、加載方式等嚴(yán)格按照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51—2009)、《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T5521—2019)、《路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)進(jìn)行，主要試驗(yàn)參數(shù)見下文。

2 乳化瀝青冷再生路面技術(shù)狀況評價

2.1 PCI指標(biāo)

JTG 5210—2019《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，計算路面破損率并換算PCI。試驗(yàn)結(jié)果取5 km調(diào)查路段的PCI均值，2014—2020年間乳化瀝青冷再生路面PCI指標(biāo)衰變規(guī)律見表5。

表5 乳化瀝青冷再生路面PCI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

由表5、圖1可知：

圖1 乳化瀝青冷再生路面PCI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

(1)隨著服役年限和車輛荷載作用次數(shù)的增加，乳化瀝青路面的PCI持續(xù)下降，在服役的前3 a(承受標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量軸次6 810 199次)，乳化瀝青路面的PCI衰減明顯，試驗(yàn)段PCI代表值由100衰減95.3，PCI下降明顯;而服役3～6 a期間，5 km試驗(yàn)段的PCI代表值僅由94.4衰減至92.9。在服役期間乳化瀝青路面的PCI衰減規(guī)律呈“先快后慢”的兩階段衰減規(guī)律。通過調(diào)查試驗(yàn)段典型病害和鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)：本地區(qū)內(nèi)，乳化瀝青路面的典型病害為反射裂縫，這主要與舊路下承層病害處理不徹底有關(guān)。在服役初期，由于瀝青混合料的早期強(qiáng)度較低，不足以抵抗下承層反射裂縫的發(fā)展，導(dǎo)致在行車荷載作用下，舊路基層反射裂縫發(fā)展至瀝青混凝土層。

(2)服役6 a后(承受了16 763 922次標(biāo)準(zhǔn)軸載作用后)，乳化瀝青路面的PCI仍評定為優(yōu)，驗(yàn)證了乳化瀝青路面具備良好的耐久性。

(3)通過擬合回歸可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青路面PCI隨累計當(dāng)量軸次增加呈指數(shù)關(guān)系衰減，PCI與服役年限之間符合文獻(xiàn)[7-9]提出的路面使用性能衰變方程，這與熱拌瀝青混凝土路面使用性能衰變規(guī)律相吻合，回歸的擬合方程可為乳化瀝青冷再生路面確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時機(jī)提供借鑒。

2.2 RDI指標(biāo)

車轍深度指數(shù)(RDI)是評價瀝青路面車轍病害嚴(yán)重程度，采用考普勒斯路面質(zhì)量綜合檢測系統(tǒng)(COPRES-13G)對全線進(jìn)行路面車轍連續(xù)檢測。按照J(rèn)TG 5210—2019《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》，實(shí)測車轍深度并根據(jù)模型參數(shù)計算A1～A5試驗(yàn)段的RDI，結(jié)果見表6。

表6 乳化瀝青冷再生路面RDI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

由表5和圖2可知：

圖2 乳化瀝青冷再生路面RDI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

(2)服役6 a后，試驗(yàn)段乳化瀝青路面無明顯車轍病害，車轍深度指數(shù)由初始100降低至89，試驗(yàn)段換算車轍深度代表值5.5 mm，RDI評定為良。結(jié)合鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，輪跡處車轍變形量主要源于加鋪層瀝青混凝土的壓密變形，乳化瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層無明顯破損或剪切失穩(wěn)變形，驗(yàn)證了乳化瀝青路面具備優(yōu)異的抗車轍性能。

(3)乳化瀝青路面結(jié)構(gòu)層RDI隨累計當(dāng)量軸次增加呈指數(shù)關(guān)系衰減，RDI與服役年限之間的衰減規(guī)律符合文獻(xiàn)[7-9]提出的路面結(jié)構(gòu)行為衰變預(yù)估方程。

2.3 RQI指標(biāo)

JTG 5210—2019《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》采用行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)評價路面平整度水平，通過激光平整度儀測試國際平整度指數(shù)IRI，帶入計算模型，換算得到RQI，結(jié)果見表7。

表7 乳化瀝青冷再生路面RQI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

由表7和圖3可知，(1)服役6 a后、承受了16 763 922次累計當(dāng)量軸次作用后，乳化瀝青路面的RQI仍為90.2，評定為優(yōu)，表明乳化瀝青冷再生路面具備良好的耐久性和優(yōu)異的服務(wù)水平。(2)服役期間，乳化瀝青路面RQI衰減規(guī)律呈“先快速減小后緩慢降低”的趨勢，在服役的前3 a，RQI隨累計當(dāng)量軸次的增加明顯降低，服役3～6 a期間，RQI代表值由91.8降低至90.2，RQI僅衰減1.6。(3)乳化瀝青路面結(jié)構(gòu)層RQI隨累計當(dāng)量軸次增加呈指數(shù)關(guān)系衰減，RQI與服役年限之間的衰減規(guī)律符合文獻(xiàn)[7-9]提出的路面結(jié)構(gòu)行為衰變預(yù)估方程。

圖3 乳化瀝青冷再生路面RQI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

2.4 PSSI指標(biāo)

承載能力指數(shù)是反映路面結(jié)構(gòu)承受車輛荷載后的剩余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通過實(shí)測彎沉值，將測試彎沉與設(shè)計彎沉之比代入JTG 5210—2019《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》計算模型，換算得到路面結(jié)構(gòu)承載能力指數(shù)(PSSI)，結(jié)果見表8。

表8 乳化瀝青冷再生路面PSSI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

由表8和圖4可知：

圖4 乳化瀝青冷再生路面PSSI隨累計當(dāng)量軸次與運(yùn)營年數(shù)的變化規(guī)律

在服役前3 a承受累計軸次6 810 199后，乳化瀝青冷再生路面PSSI由初始100下降至98.1，服役3～6 a期間承受16 763 922次累計當(dāng)量軸次后乳化瀝青冷再生路面的PSSI代表值仍達(dá)到了93.6，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面的承載能力仍評定為優(yōu)，表明乳化瀝青冷再生路面具備優(yōu)異的耐久性能。乳化瀝青冷再生路面的承載能力指數(shù)隨服役年限、累計當(dāng)量軸次的增加持續(xù)減小，PSSI隨標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量軸次增加呈指數(shù)關(guān)系減小，PSSI與服務(wù)年限之間的擬合關(guān)系符合文獻(xiàn)[7-9]提出的路面結(jié)構(gòu)行為衰變預(yù)估方程。

3 乳化瀝青冷再生路面性能試驗(yàn)

3.1 力學(xué)性能

力學(xué)性能試驗(yàn)的取芯位置：硬路肩中間位置(編號C1，下同)、行車道輪跡處(編號C2，下同)、超車道輪跡處(編號C3，下同)，取芯間隔為1 a，按照不同力學(xué)性能試驗(yàn)的平行試件數(shù)量要求，每組取芯4～6個。對照組采用室內(nèi)新成型的乳化瀝青混合料(編號C4，下同)。試驗(yàn)方法嚴(yán)格參照J(rèn)TG/T5521—2019，JTGE20—2011等相關(guān)規(guī)范與試驗(yàn)規(guī)程，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表9。

甘露聚糖酶酶活的定義：在37℃和pH值5.5的條件下，每分鐘內(nèi)從濃度為3 mg/ml的甘露聚糖溶液中分解釋放1 μmol的還原糖（以甘露糖計）所需要的酶量為1個酶活力單位(U)。

表9 乳化瀝青冷再生路面力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果匯總

由表8可知：

(1)硬路肩處、行車道和超車道處乳化瀝青路面芯樣的力學(xué)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于室內(nèi)新成型乳化瀝青混合料，并且隨著服役年限增加、標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量軸次增大，硬路肩處、行車道和超車道輪跡處乳化瀝青路面芯樣的劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、動態(tài)壓縮模量、三軸剪切內(nèi)摩擦角和黏聚力不減反增，乳化瀝青路面在服役6 a期間，乳化瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度存在增長過程，隨服役年限的增大，乳化瀝青冷再生混合料在服役期間自身力學(xué)強(qiáng)度的增長幅度大于車輛荷載和環(huán)境作用的疲勞損傷作用。

(2)相同服役年限，超車道乳化瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、動態(tài)壓縮模量、三軸剪切內(nèi)摩擦角和黏聚力均大于超車道乳化瀝青混合料，這主要是行車道的車道系數(shù)大于超車道，并且行車道承受的大客車、貨車交通量遠(yuǎn)大于超車道所致，硬路肩處，由于幾乎不承受車輛荷載，因此路面芯樣的各項力學(xué)強(qiáng)度均最高。

(3)對比不同服役年限乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生路面服役1～6 a后，相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度增大了75.3%,116.9%,149.3%,163.1%,172.9%,181.6%，行車道路面芯樣的劈裂強(qiáng)度增大了32.1%,50.4%,102.2%,115.3%,126.7%,139.1%，超車道路面芯樣的劈裂強(qiáng)度增大了17.3%,40.1%,85.6%,94.8%,106.4%,107.6%，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度可達(dá)到1.401～1.901 MPa，達(dá)到了室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度的2.08～2.83倍，服役期間乳化瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度可達(dá)到熱拌瀝青混合料相同水平，這與文獻(xiàn)[11]乳化瀝青路面芯樣試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

(4)對比不同服役年限乳化瀝青冷再生路面芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生路面服役1～6 a后，相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別增大了22.5%,42.3%,67.7%,88.9%,97.7%,105.6%，行車道路面芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度度增大了1.62%,27.3%,47.7%,70.1%,87.1%,91.8%，超車道路面芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大了6.8%,20.5%,41%,56.4%,71.6%,85.6%，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到4.191～4.642 MPa，達(dá)到了室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的1.86～2.06倍，服役6 a后乳化瀝青冷再生混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)到低劑量水泥穩(wěn)定碎石的相同水平。

(5)對比不同服役年限乳化瀝青冷再生路面芯樣的動態(tài)壓縮模量試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生路面服役1～6 a后，相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的動態(tài)壓縮模量分別增大了28.2%,45.3%,69%,73.8%,98.9%,105%，行車道路面芯樣的劈裂強(qiáng)度增大了15.9%,37.4%,53.4%,63.2%,73.8%,77.2%，超車道路面芯樣的劈裂強(qiáng)度增大了14%,28.6%,43.9%,56.8%,64.9%,66.8%，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的動態(tài)壓縮模量可達(dá)到8 759～10 764 MPa，為室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料動態(tài)壓縮模量的1.67～2.05倍，服役6 a后，乳化瀝青冷再生混合料的動態(tài)壓縮模量比JTG/T5521—2019推薦的乳化瀝青冷再生混合料動態(tài)壓縮模量(20 ℃,10 Hz)提高了1.5倍以上，在役乳化瀝青冷再生混合料的動態(tài)壓縮模量可達(dá)到熱拌瀝青混合料相同水平。

(6)在服役6 a期間乳化瀝青冷再生混合料的三軸剪切試驗(yàn)黏聚力不減反增，硬路肩芯樣內(nèi)摩擦角在服役2 a后基本保持不變。對比不同服役年限乳化瀝青冷再生路面芯樣的黏聚力可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生路面服役1～6 a后，相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的黏聚力分別增大了37.2%,41.9%,45.6%,49.4%,51.5%,52.5%，行車道路面芯樣的黏聚力增大了4%,6.2%,8.1%,9.5%,10.4%,10.6%，黏聚力分別增大了15.7%,21.8%,30.2%,39%,42.7%,45.6%，超車道路面芯樣的黏聚力增大了3.1%，5.3%、6.8%,7.7%,8.6%,9.0%，黏聚力分別增大了11.9%,16.9%,23%,32%,35.8%,36.9%。服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的黏聚力可達(dá)到0.471～0.525 MPa，黏聚力比室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料增大了27%～53%，黏聚力的增大，主要是在行車荷載作用下，乳化瀝青冷再生混合料被二次壓密，集料之間的嵌擠作用增強(qiáng)。

綜上可知，在行車荷載作用下，隨著使用年限增加，乳化瀝青冷再生路面芯樣的各項力學(xué)性能均呈增大趨勢，乳化瀝青冷再生路面芯樣的力學(xué)強(qiáng)度不減反增，這也可以解釋，乳化瀝青冷再生混合料的初期力學(xué)強(qiáng)度雖不及熱拌瀝青混凝土的1/3，而乳化瀝青路面的PCI,PSSI,RQI,RDI指標(biāo)在服役期間下降幅度明顯低于常規(guī)半剛性基層。分析以為：室內(nèi)加速養(yǎng)生方式僅模擬了乳化瀝青冷再生混合料含水率最低狀態(tài)，并不能代表乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度完全形成時強(qiáng)度最高時的最佳狀態(tài)，乳化瀝青冷再生路面的力學(xué)性能與養(yǎng)生時間有關(guān)，在服役期間存在力學(xué)性能長期增長的過程。這一方面，隨著服役(養(yǎng)生)時間增加，乳化瀝青冷再生混合料內(nèi)部的水泥逐漸發(fā)生水化反應(yīng)，水泥水化產(chǎn)生的膠凝材料與養(yǎng)生時間有關(guān)；另一方面，在加鋪熱拌瀝青混凝土?xí)r，由于上層熱拌瀝青混凝土傳遞熱量，同時產(chǎn)生二次壓實(shí)作用，使得乳化瀝青冷再生混合料壓實(shí)度進(jìn)一步提高。同時，服役期間行車荷載的再次壓實(shí)作用，也有助于乳化瀝青冷再生混合料力學(xué)性能的提高。此外，根據(jù)瀝青的時-溫?fù)Q算原理，可以將高溫作用等效為長時間或者長時間等效為高溫，瀝青在高溫-荷載-短時間作用下與瀝青在常溫-荷載-長時間作用具有一定的等效關(guān)系，將高溫?fù)Q算為長時間，新舊瀝青在高溫下短時間交融能恢復(fù)老化瀝青黏結(jié)強(qiáng)度。同樣，在常溫條件下，新舊瀝青長時間交融，也能激發(fā)老化瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度，在新舊瀝青長時間交融，服役過程中新舊瀝青重新融合，長時間的交融作用在某種程度上起到了加熱老化瀝青作用，舊瀝青重新發(fā)揮膠結(jié)料作用，表現(xiàn)出了熱瀝青的黏結(jié)效果。換言之，在乳化瀝青強(qiáng)度形成初期，冷再生中的RAP主要起到“黑色集料”作用，而在服役期間，RAP表面老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)作用雖然緩慢，但是持續(xù)時間長，通過對比三軸剪切試驗(yàn)黏聚力指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)，受環(huán)境作用和二次壓密作用影響，新舊瀝青產(chǎn)生交融，舊瀝青遷移、融合，舊瀝青發(fā)揮了黏結(jié)作用，黏聚力逐漸增大。水泥水化反應(yīng)、二次壓密作用和新舊瀝青交融產(chǎn)生黏結(jié)強(qiáng)度，舊瀝青重新發(fā)揮出黏結(jié)強(qiáng)度，并且在乳化瀝青冷再生混合料中舊瀝青含量較高，因此乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度均明顯提高。硬路肩處乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度提高幅度最大，表明乳化瀝青冷再生混合料在服役過程中，老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度對冷再生混合料力學(xué)性能的貢獻(xiàn)大于混合料二次壓密作用。

3.2 乳化瀝青冷再生路面高、低溫路用性能

采用低溫SCB試驗(yàn)、漢堡車轍試驗(yàn)評價乳化瀝青冷再生路面芯樣的低溫抗裂性能與高溫穩(wěn)定性，同時與室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料進(jìn)行對比。低溫SCB試驗(yàn)采用直徑150 mm半圓試件，試件厚30 mm，在試件中心部位預(yù)切寬、高均為15 mm矩形開口，試驗(yàn)加載速率5 mm/min，加載支點(diǎn)間距80 mm，以彎拉強(qiáng)度、彎曲應(yīng)變和斷裂能密度為評價指標(biāo)[14]。采用直徑150 mm芯樣，試件高度為100 mm，試驗(yàn)溫度60 ℃，漢堡車試驗(yàn)加載頻率52 Hz，試驗(yàn)鋼輪接地壓強(qiáng)0.705 MPa，總加載次數(shù)為20 000次，在干燥條件下進(jìn)行，以輪跡處的車轍深度為評價指標(biāo)[15]，試驗(yàn)結(jié)果匯總見表10。

表10 乳化瀝青冷再生路面路用性能試驗(yàn)結(jié)果匯總

由表10可知：

(1)低溫性能方面，相同服役年限，承受交通荷載作用次數(shù)越小，乳化瀝青冷再生混合料的彎拉強(qiáng)度和斷裂能密度越高、低溫性能越好，表現(xiàn)為斷裂能密度與彎拉強(qiáng)度大小排序?yàn)椋河猜芳缣幮緲?超車道芯樣>行車道芯樣。對比不同服役年限(累計當(dāng)量軸次)乳化瀝青冷再生路面芯樣的彎拉強(qiáng)度和彎曲應(yīng)變能試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生路面服役1～6 a后，相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的彎拉強(qiáng)度分別增大了18.7%，33.7%，47.6%，55.1%，63%，65.6%，斷裂能密度分別提高了91.2%，181.7%，225.3%，248.8%，278.2%，285.3%，行車道路面芯樣的彎拉強(qiáng)度增大了9.5%，18.4%，26.6%，34.4%，43.5%，50.4%，斷裂能密度分別提高了61.8%，114.1%，140.2%，160%，179.2%，195.7%，超車道路面芯樣的彎拉強(qiáng)度增大了3.7%，14.2%，20.3%，26.3%，32.9%，35.8%，斷裂能密度分別提高了46.7%，92.5%，113.6%，138.8%，151.8%，163%，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的預(yù)切口彎拉強(qiáng)度和斷裂能密度可達(dá)到3.712～4.525 MPa和545.8～799.4 J/m2，為室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料預(yù)切口彎拉強(qiáng)度和斷裂能密度的1.36～1.66倍和2.63～3.85倍，服役期間乳化瀝青冷再生路面低溫性能存在增長過程。

(2)室內(nèi)相同加載次數(shù)條件下，隨著服役年限增加，硬路肩、行車道、超車道路面芯樣的漢堡車轍深度逐漸減小，硬路肩處芯樣的車轍深度最大，行車道芯樣的車轍深度最小。乳化瀝青冷再生路面芯樣的車轍深度小于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料。乳化瀝青冷再生路面芯樣的高低溫性能優(yōu)于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，這主要是，行車道和超車道路面芯樣承受了車輛荷載作用，芯樣的壓密變形基本完成，在試驗(yàn)加載過程中車轍變形量相對較小，在長時間服役過程中，由于老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度，使得路面芯樣的黏聚力增大，黏結(jié)強(qiáng)度提高，乳化瀝青冷再生混合料中接觸界面黏結(jié)強(qiáng)度的提高，有助于改善冷再生混合料的低溫抗裂性能，壓密作用提高了集料的骨架嵌擠強(qiáng)度，這有助于改善冷再生混合料的抗變形能力。

4 結(jié)論

(1)乳化瀝青路面試驗(yàn)段的典型病害為反射裂縫，改建加鋪乳化瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層由于下承層病害處理不徹底導(dǎo)致的反射裂縫主要發(fā)生在服役初期(1～3 a)。服役6 a、承受了16 763 922次累計當(dāng)量軸次作用后，乳化瀝青冷再生路面的PCI，RDI，RQI，PSSI指標(biāo)分別下降至92.9(優(yōu))、89(良)、90.2(優(yōu))、93.6(優(yōu))，試驗(yàn)段乳化瀝青冷再生路面表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐久性能和良好的服務(wù)水平。

(2)隨著服役年限增加，在行車荷載作用下，乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、動態(tài)壓縮模量、三軸剪切黏聚力和內(nèi)摩擦角力均呈增大趨勢，乳化瀝青冷再生路面芯樣的力學(xué)強(qiáng)度不減反增。服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、動態(tài)壓縮模量、黏聚力分別達(dá)到了0.471～0.525 MPa，1.401～1.901 MPa，4.191～4.642 MPa，8 759～10 764 MPa，0.471～0.525 MPa。相較于室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料，服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的劈裂強(qiáng)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、動態(tài)壓縮模量、黏聚力分別提高了2.08～2.83倍、1.86～2.06倍、1.67～2.05倍、0.27～0.53倍。

(3)相同服役年限，硬路肩處乳化瀝青冷再生路面芯樣的混合料的力學(xué)性能和高低溫性能排序?yàn)椋河猜芳缣幮緲?超車道芯樣>行車道芯樣。服役6 a后乳化瀝青冷再生路面芯樣的預(yù)切口彎拉強(qiáng)度和斷裂能密度可達(dá)到3.712～4.525 MPa和545.8～799.4 J/m2，為室內(nèi)新成型乳化瀝青冷再生混合料預(yù)切口彎拉強(qiáng)度和斷裂能密度的1.36～1.66倍和2.63～3.85倍。

(4)在乳化瀝青強(qiáng)度形成初期，冷再生中的RAP主要起到“黑色集料”作用，而在服役期間，受水泥水化反應(yīng)、二次壓密作用及新舊瀝青浸潤、融合作用的影響，舊瀝青重新發(fā)揮出黏結(jié)強(qiáng)度，從而顯著提高了乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度與高低溫路用性能，且老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度對冷再生混合料力學(xué)性能的貢獻(xiàn)大于服役期間乳化瀝青冷再生混合料承受荷載二次壓密作用。