水泥摻量對(duì)乳化瀝青冷再生水泥穩(wěn)定材料性能的影響

吳居濤， 張宏飛

(1.廣州快速交通建設(shè)有限公司， 廣州 510000； 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 西安 710064)

隨著中國高速公路建設(shè)進(jìn)入大規(guī)模改擴(kuò)建階段，大量廢舊的半剛性基層瀝青路面被銑刨和重新鋪筑，產(chǎn)生了大量的水泥穩(wěn)定基層廢舊材料，因此，對(duì)于廢舊水泥穩(wěn)定基層材料再生利用的研究具有重要意義。

楊盡等[1]對(duì)水泥穩(wěn)定基層銑刨料進(jìn)行了初步力學(xué)性能研究，發(fā)現(xiàn)銑刨后的基層材料可以用作鋪筑低等級(jí)道路。楊海燕[2]研究了摻加水泥來穩(wěn)定舊基層銑刨料的可行性，發(fā)現(xiàn)重新穩(wěn)定后的材料強(qiáng)度只能滿足二級(jí)公路的基層要求，不能用于較高等級(jí)的道路建設(shè)。廖洪波[3]研究表明，再生集料與天然集料的混合使用可以在保證水泥碎石的性能，同時(shí)對(duì)再生基層材料的收縮性能和施工工藝做了進(jìn)一步的研究，認(rèn)為含水量、碾壓遍數(shù)、養(yǎng)護(hù)等方面差異對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度影響頗深，同時(shí)水泥劑量與合理的級(jí)配對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗開裂性能影響明顯。付魯鑫等[4]嘗試對(duì)水泥銑刨料進(jìn)行鹽酸處理后重新應(yīng)用于水泥穩(wěn)定基層中，但僅能用于二級(jí)以下公路基層?？妆骩5]對(duì)再生基層試驗(yàn)路段的芯樣進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，完全采用舊基層材料作為碎石材料再生的基層在養(yǎng)生一定時(shí)間后，強(qiáng)度可以滿足一級(jí)公路的使用要求。

乳化瀝青冷再生技術(shù)可以較好地解決舊瀝青路面材料的再生利用問題，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。Pi等[6]研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的乳化瀝青和水泥有利于再生混合料強(qiáng)度提升，并可通過添加生石灰來進(jìn)一步提升力學(xué)性能。Tian等[7]從微觀結(jié)構(gòu)角度分析水泥、乳化瀝青等原材料材料加入順序?qū)湓偕旌狭闲阅艿挠绊?，并?yōu)化了乳化瀝青冷再生技術(shù)。蔣應(yīng)軍等[8]嘗試通過摻入0.4%聚酯纖維來提升再生混合料的力學(xué)性能，并取得了較好效果。在級(jí)配設(shè)計(jì)方面，張國武等[9]和陳兵等[10]利用貝雷法優(yōu)化了乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步提升冷再生混合料路用性能。目前，部分學(xué)者也開始將乳化瀝青等柔性材料應(yīng)用于半剛性基層再生中。杜少文[11]進(jìn)行了水泥乳化瀝青再生水泥穩(wěn)定碎石基層的研究，將水泥作為改性材料加入，而將乳化瀝青作為主要的結(jié)合料，可以有效提升再生基層的抗裂能力并可降低早期路面損害風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，乳化瀝青冷再生技術(shù)常用于路面材料再生中，較少研究采用水泥穩(wěn)定碎石銑刨料來制備乳化瀝青冷再生混合料并對(duì)其微觀機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析。為此，采用乳化瀝青作為主要結(jié)合料對(duì)舊水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行再生，主要從混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、力學(xué)及路用性能檢驗(yàn)和微觀機(jī)理分析3個(gè)方面開展研究，系統(tǒng)化地分析了水泥摻量對(duì)再生混合料性能影響規(guī)律及其強(qiáng)度微觀機(jī)理，研究成果可為半剛性基層的高效再生利用提供參考。

1 原材料技術(shù)指標(biāo)

1.1 水

冷再生用水要求符合生活用水標(biāo)準(zhǔn)，采用蒸餾水作為再生基層混合料的外加水，保證離子含量低于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值，從而減少乳化瀝青的制備過程中可能存在的干擾因素，使用pH試紙檢測(cè)蒸餾水的pH，結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值：7。

1.2 乳化瀝青

對(duì)于乳化瀝青而言，目前常用的乳化瀝青用陽離子和陰離子兩種，其中陽離子乳化瀝青的瀝青微粒帶正電荷，當(dāng)陽離子乳化瀝青與骨料表面接觸時(shí)，由于所帶電荷不同，產(chǎn)生異性相吸，乳化瀝青可以迅速破乳并于集料相結(jié)合，而陰離子乳化瀝青微粒帶負(fù)電荷，與潮濕骨料表面電荷相同，同性相斥，必須待乳化液中水分蒸發(fā)后才能逐漸破乳。因此，選用陽離子慢裂慢凝乳化瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，其具體的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 乳化瀝青評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，可以看出實(shí)驗(yàn)室制備的乳化瀝青的性能滿足冷再生規(guī)范中對(duì)冷再生用乳化瀝青的基本要求。

1.3 水泥

研究發(fā)現(xiàn)水泥作為乳化瀝青冷再生基層的重要添加物，起到促進(jìn)乳化瀝青破乳、提高基層早期強(qiáng)度的重要作用[12]。因此，在乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)中考慮加入少量水泥作為添加料。水泥材料選用為山西省出產(chǎn)的金隅牌水泥，水泥型號(hào)為P·S·A42.5，具體參數(shù)如表2所示。

表2 水泥主要參數(shù)

1.4 舊基層銑刨料

舊水穩(wěn)基層銑刨料的水泥用量為5.0%，石料為石灰?guī)r，壓碎值為21.5%，含水率僅為0.56%，級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 再生混合料的級(jí)配Fig.1 Gradation of recycled mixture

2 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案

2.1 配合比確定

再生混合料的配合比設(shè)計(jì)流程參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG T 5521—2019)進(jìn)行，首先確定礦料的級(jí)配，隨后選定合理的水泥用量，通過擊實(shí)法確定混合料的最佳含水率，最后通過力學(xué)試驗(yàn)確定乳化瀝青的用量。

2.1.1 礦料級(jí)配

礦料擬100%采用的舊基層銑刨料，因此級(jí)配也按照銑刨料的原始級(jí)配進(jìn)行，詳細(xì)級(jí)配如圖1所示。

2.1.2 水泥摻量的確定

規(guī)范中對(duì)于乳化瀝青混合料中水泥的添加量給出了0～1.8%的選擇范圍，并限制水泥摻量最高不超過1.8%[13]。因此，為了研究水泥的添加量對(duì)于再生混合料性能的具體影響，設(shè)置了4組水泥摻量來研究再生基層中水泥的合理摻量。其中為了研究水泥摻量對(duì)于再生基層的性能影響，分別在再生混合料中添加0、1%、1.5%和1.8%的水泥，進(jìn)行乳化瀝青的混合料設(shè)計(jì)。由此組成了水泥摻量分別為0、1%、1.5%和1.8%這4個(gè)摻量的冷再生混合料，并將4種混合料分別記為ERB1、ERB2、ERB3、ERB4。

2.1.3 最佳含水率的確定

水作為乳化瀝青混合料的重要成分，其不僅發(fā)揮著保證水泥水化的作用，更重要的是作為一種最細(xì)小的填縫材料，使再生混合料能夠達(dá)到足夠的密實(shí)度，保證再生混合料的強(qiáng)度。因此，在配合比設(shè)計(jì)中，需要確定混合料中的最佳含水率。

圖2 不同水泥摻量下的擊實(shí)曲線Fig.2 Compaction curves at different cement content

通過重型擊實(shí)試驗(yàn)，按照設(shè)定的礦料級(jí)配進(jìn)行擊實(shí)，根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)了4個(gè)水泥摻量，在每個(gè)水泥摻量下選擇5組含水率進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，每組含水率下設(shè)置兩次平行試驗(yàn)。在擊實(shí)之后測(cè)出混合料的質(zhì)量、濕密度和烘干后的質(zhì)量，根據(jù)規(guī)范給出的公式計(jì)算出試件的干密度，隨后繪制出混合料的干密度隨含水率變化的曲線，如圖2所示。根據(jù)干密度-含水率曲線，確定不同水泥摻量下的最大干密度和其對(duì)應(yīng)的含水率，此含水率就是在3%乳化瀝青用量下的最佳含水率，用這個(gè)含水率再加上乳化瀝青中所含的水量，就是混合料的最佳總含水率。

表3為根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的不同水泥摻量下的最佳含水率數(shù)據(jù)，其中總含水率包含了乳化瀝青中所含的水量。

表3 不同水泥摻量下的最佳含水率

根據(jù)表3可知，乳化瀝青用量不變，混合料的最佳含水率隨著水泥摻量的增加而不斷增加。這可能是由于水泥用量的增多，在一定程度上提升了混合料的吸水能力；在水泥水化反應(yīng)過程中所需的水分也會(huì)增加，進(jìn)而導(dǎo)致混合料所需的用水量提高。

2.1.4 最佳乳化瀝青用量的確定

乳化瀝青在混合料中作為主要的結(jié)合料，起到粘結(jié)粗集料和細(xì)集料的作用，其發(fā)生作用的方式是通過與集料表面接觸并破乳后附著在集料的表面，使粗集料可以粘結(jié)在一起，形成具有一定強(qiáng)度的乳化瀝青混合料。因此，乳化瀝青的用量是混合料設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要通過嚴(yán)格的性能評(píng)價(jià)來評(píng)價(jià)乳化瀝青的最佳用量。《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)[14]中推薦的乳化瀝青最佳用量的評(píng)價(jià)指標(biāo)是馬歇爾擊實(shí)試件的空隙率、15 ℃劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂比，即需要通過馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)成型馬歇爾試件，然后通過性能試驗(yàn)確定最佳乳化瀝青用量，使試件能夠獲得最佳的物理和力學(xué)性能。

馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)采用規(guī)范規(guī)定的方法，先將礦料、水泥、水和乳化瀝青按照先后順序加入拌和設(shè)備拌和均勻，然后加入馬歇爾試模中，在常溫下進(jìn)行擊實(shí)。由于采用的礦料級(jí)配粒徑較大，按照規(guī)范，應(yīng)當(dāng)采用150 mm直徑的大馬歇爾試模制備大馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)也需要提高到112 次，并且其中75 次在第一次擊實(shí)之后進(jìn)行，隨后將試件在60 ℃烘干水分后再擊實(shí)37 次，以填滿乳化瀝青破乳后所留出的空隙。

試件成型并養(yǎng)生結(jié)束后，進(jìn)行15 ℃劈裂試驗(yàn)和浸水24 h劈裂試驗(yàn)。其中，15 ℃劈裂強(qiáng)度是按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)[14]，對(duì)擊實(shí)后的混合料試件進(jìn)行恒溫浸水處理，使整個(gè)試件獲得均勻的15 ℃溫度，然后測(cè)試其劈裂強(qiáng)度。通過這個(gè)試驗(yàn)，可以測(cè)試混合料在15 ℃的日常使用溫度下的間接抗拉能力[15]。干濕劈裂比是試件的15 ℃劈裂強(qiáng)度與25 ℃常溫水中浸泡24 h后的劈裂強(qiáng)度的比值的百分?jǐn)?shù)。這一指標(biāo)是為了模擬試件受到水損害后劈裂強(qiáng)度的殘留比率。

針對(duì)4個(gè)水泥摻量和對(duì)應(yīng)的最佳含水率，分別制備5個(gè)乳化瀝青用量下的馬歇爾試件，然后測(cè)量試件的15 ℃劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比，每組設(shè)置3次平行試驗(yàn)。將試驗(yàn)結(jié)果繪制成劈裂強(qiáng)度-乳化瀝青用量曲線和干濕劈裂強(qiáng)度比-乳化瀝青用量曲線，如圖3、圖4所示。

根據(jù)圖3可以看出，4種水泥摻量下，乳化瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度均可以滿足規(guī)范對(duì)于基層的0.3 MPa的要求。根據(jù)圖4可以看出，在不同的水泥摻量下，乳化瀝青混合料的干濕劈裂強(qiáng)度比都可以達(dá)到規(guī)范規(guī)定的75%的要求值。同時(shí)根據(jù)兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果可以計(jì)算出，在4種水泥摻量下，達(dá)到最大的劈裂強(qiáng)度和干濕劈裂強(qiáng)度比時(shí)的乳化瀝青的最佳用量。具體結(jié)果被記錄如表4所示。

圖3 不同水泥摻量下的15 ℃劈裂強(qiáng)度Fig.3 Splitting strength at 15 ℃ under different cement content

圖4 不同水泥摻量下的干濕劈裂強(qiáng)度比Fig.4 Dry-wet splitting strength ratio under different cement content

表4 各水泥摻量下的最佳乳化瀝青用量

通過表4可以看出，4種再生混合料均能夠滿足基層的劈裂強(qiáng)度0.3 MPa的要求，說明混合料的間接抗拉強(qiáng)度滿足路面的需要。同時(shí)，混合料的干濕劈裂強(qiáng)度比也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足基層混合料的75%的穩(wěn)定性要求，說明混合料的水穩(wěn)定性滿足實(shí)際路面的基本需要。

2.2 混合料性能測(cè)試方案

在配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，需要對(duì)不同水泥摻量的再生混合料的性能進(jìn)行檢驗(yàn)[16]，從而確定最佳水泥摻量。乳化瀝青冷再生混合料的性能檢驗(yàn)指標(biāo)主要有抗壓強(qiáng)度、回彈模量、動(dòng)態(tài)模量、劈裂強(qiáng)度、低溫彎曲性能和動(dòng)穩(wěn)定度[17]。其中，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量、動(dòng)態(tài)模量和劈裂強(qiáng)度的試件均采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法進(jìn)行成型，具體測(cè)試方法及操作參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)[14]而動(dòng)穩(wěn)定度和低溫彎曲強(qiáng)度則采用車轍板成型的方式成型，測(cè)試設(shè)備為萬能試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試方法及過程參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)[14]。在以上混合料性能試驗(yàn)中，每組均設(shè)置3次平行試驗(yàn)。

2.3 微觀測(cè)試方案

為進(jìn)一步掌握瀝青對(duì)乳化瀝青冷再生水泥穩(wěn)定基層材料的強(qiáng)度作用機(jī)理，從微觀角度進(jìn)行分析利用掃描電鏡觀察混合料微觀形貌，從試件斷裂面處切割出約為1 cm3的立方體試樣，考慮到試樣不具有導(dǎo)電性，試驗(yàn)前使用離子濺射儀將混合料試樣于10 mA電流下噴金60 s處理。

3 力學(xué)及路用性能分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的主要作用方式是采用萬能試驗(yàn)機(jī)施加勻速增加的壓力作用于試件的上下面使試件逐漸破壞，同時(shí)記錄試件的位移、抗壓強(qiáng)度曲線，當(dāng)曲線出現(xiàn)頂點(diǎn)時(shí)停止加載，此時(shí)頂點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載大小即為試件的抗壓強(qiáng)度。不同水泥摻量下的乳化瀝青再生混合料的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同水泥摻量下的抗壓強(qiáng)度Fig.5 Compressive strength under different cement content

從圖5可以看出，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于2.5 MPa，滿足基層材料的抗壓強(qiáng)度要求，但是顯著小于半剛性基層的平均抗壓強(qiáng)度值4.5 MPa。同時(shí)，隨著水泥摻量的增加，乳化瀝青冷再生混合料的抗壓強(qiáng)度逐漸增加，說明水泥摻量增加會(huì)在一定程度上提高混合料的抗壓強(qiáng)度。

3.2 抗壓回彈模量

抗壓回彈模量試驗(yàn)也是采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，不同水泥摻量下的乳化瀝青再生混合料的抗壓回彈模量測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同水泥摻量下的抗壓回彈模量Fig.6 Compressive elastic modulus test results under different cement content

從圖6可以看出，混合料抗壓回彈模模量隨著水泥摻量的增加逐漸增加，且模量的變化范圍在700～1 200 MPa的變化范圍內(nèi)，屬于基層模量的合理范圍。從增長(zhǎng)幅度來看，當(dāng)水泥用量在0～1%，抗壓回彈模量從708.7 MPa增長(zhǎng)至911.8 MPa，增長(zhǎng)了約28.7%，而當(dāng)水泥摻量在1.0%～1.5%，其抗壓回彈模量?jī)H增加約13.2%，并隨水泥用量增加而持續(xù)變緩。

3.3 劈裂強(qiáng)度

通過測(cè)試瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度，可以檢驗(yàn)混合料的抗裂性能和間接抗彎拉強(qiáng)度，同時(shí)路面冷再生規(guī)范中也將劈裂強(qiáng)度作為判斷混合料是否可以用作道路基層材料的關(guān)鍵指標(biāo)[18]。

為了檢驗(yàn)混合料的抗裂性能，采用的試驗(yàn)溫度為15 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同水泥摻量下的劈裂強(qiáng)度Fig.7 Splitting strength test results under different cement content

根據(jù)圖7可知，4種再生混合料的劈裂強(qiáng)度均滿足基層劈裂強(qiáng)度0.3 MPa的最低要求，而且在水泥摻量高于1.5%時(shí)，混合料的劈裂強(qiáng)度能夠滿足0.5 MPa的重載交通的強(qiáng)度要求。同時(shí)，隨著水泥摻量的增加，混合料的劈裂強(qiáng)度逐漸增加，在水泥摻量為1.0%時(shí)，混合料劈裂強(qiáng)度從0.7 MPa增長(zhǎng)至0.46 MPa，增長(zhǎng)了約24.3%，而從當(dāng)水泥摻量從1.5%增長(zhǎng)至1.8%時(shí)，劈裂強(qiáng)度僅增長(zhǎng)7.8%，增長(zhǎng)幅度漸變緩。

3.4 動(dòng)態(tài)模量

由于瀝青類材料的模量在動(dòng)荷載作用下變化較大。同時(shí)，路面結(jié)構(gòu)在服役期間大多數(shù)受到的車輛荷載作用都是動(dòng)態(tài)荷載作用，故對(duì)于瀝青類材料，動(dòng)態(tài)模量更能評(píng)價(jià)瀝青類材料的變形能力。

對(duì)4種冷再生混合料ERB1、ERB2、ERB3和ERB4分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量測(cè)試，測(cè)試溫度設(shè)置為0 ℃、20 ℃和40 ℃，測(cè)試的頻率范圍為0.1～25 Hz，為了更直觀地分析再生基層的動(dòng)態(tài)模量隨頻率和溫度的變化，結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 20 ℃下動(dòng)態(tài)模量與荷載頻率關(guān)系Fig.8 Relationship between dynamic modulus and loading frequency at 20 ℃

圖9 10 Hz荷載下動(dòng)態(tài)模量與溫度關(guān)系Fig.9 Relationship between dynamic modulus and temperature under 10 Hz loading

從圖8可以看出，隨著荷載頻率的升高，試件的動(dòng)態(tài)模量不斷增高，說明在高頻率的荷載作用下冷再生基層的具有更好抗變形能力，4種冷再生混合料的趨勢(shì)較為相近，且其動(dòng)態(tài)模量隨水泥用量的增長(zhǎng)而提升。從圖9可以看出，在10 Hz的頻率下，4種冷再生材料亦具有相似趨勢(shì)，試件的模量隨著溫度的升高而不斷降低，說明溫度升高在一定程度上降低了試件的抗變形能力。無論溫度和荷載頻率如何變化，再生基層的動(dòng)態(tài)模量始終隨著水泥摻量的增加而增加。特別地，當(dāng)水泥摻量逐漸增加到1.5%以上時(shí)，再生混合料的動(dòng)態(tài)模量不能滿足規(guī)范要求，故最佳水泥摻量需要限制在1.5%以內(nèi)。

3.5 高溫穩(wěn)定性分析

動(dòng)穩(wěn)定度是通過模擬車輛重復(fù)荷載作用來檢驗(yàn)混合料高溫穩(wěn)定性的一項(xiàng)指標(biāo)，雖然乳化瀝青冷再生混合料用于基層材料，但是由于瀝青材料具有隨著溫度黏度發(fā)生改變的特點(diǎn)，仍然需要通過車轍試驗(yàn)來獲取混合料的動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)，用以評(píng)價(jià)混合料的高溫穩(wěn)定性。

圖10 不同水泥摻量下的動(dòng)穩(wěn)定度Fig.10 Dynamic stability test results under different cement content

經(jīng)車轍試驗(yàn)測(cè)得不同的水泥摻量的乳化瀝青冷再生舊水泥基層混合料的動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)如圖10所示?？梢钥闯?，當(dāng)水泥摻量為0時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度高于規(guī)范要求的2 000次/mm的最低限度，且隨著水泥摻量的不斷增加，乳化瀝青再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度持續(xù)增加，說明再生基層的高溫抗車轍性能滿足要求。另外，從增長(zhǎng)幅度來看，水泥摻量在0～1%，動(dòng)穩(wěn)定度從2 112 次/mm增長(zhǎng)至2 560次/mm，增長(zhǎng)幅度約為21.2%，且隨水泥摻量增加而漸變緩。

3.6 低溫性能分析

對(duì)于乳化瀝青冷再生混合料，其本質(zhì)是以礦料為骨架，以乳化瀝青作為結(jié)合料，形成具有一定強(qiáng)度的混合結(jié)構(gòu)，因此為了確定混合料的抗彎強(qiáng)度，采用瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)測(cè)量乳化瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度。

為了研究混合料在低溫下的抗裂性能，因此采用的試驗(yàn)溫度為-10 ℃，試驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表5所示。

通過表5的結(jié)果對(duì)比可以看出，隨著水泥摻量的增加，乳化瀝青再生混合料的彎拉強(qiáng)度不斷增加，但是彎曲應(yīng)變則不斷減小，代表混合料的抗彎拉力能力隨著水泥摻量增加而有所提升，其變形能力有所削弱，一定程度上代表材料的彎曲韌性降低，更易在發(fā)生彎曲變形引起結(jié)構(gòu)開裂。同時(shí)，4種再生基層材料的低溫彎曲應(yīng)變相差不大且均能達(dá)到普通瀝青混合料常規(guī)低溫彎曲應(yīng)變的55%以上，雖然相對(duì)于瀝青混合料的數(shù)值偏低，但是作為基層，具有一定的低溫抗彎能力，可滿足使用要求。

表5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

4 微觀強(qiáng)度機(jī)理分析

為了從微觀的角度分析乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理，按照3%的乳化瀝青、1.5%的水泥和5%的水這一參考比例，將以上3種材料與銑刨料共同拌和，隨后又去掉水泥這一種材料，再次進(jìn)行混合料的拌制，然后將拌制的兩種混合料均放入60 ℃烘箱中烘干至恒重，隨后分別取樣進(jìn)行掃描電子顯微鏡試驗(yàn)，觀察兩種混合料的微觀形貌。選用放大5 000倍的形貌圖進(jìn)行分析，如圖11所示。

可以看出，在對(duì)混合料放大5 000倍后，未添加水泥的混合料表面可以明顯看到集料表面完全裹附有破乳后的乳化瀝青，而添加水泥的表面雖然也裹附有明顯的瀝青，但表面也可以看出有少量針狀的水泥水化產(chǎn)物，水化產(chǎn)物與乳化瀝青相互交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與集料黏附在一起，通過這種方式，提高了混合料的整體強(qiáng)度。

圖11 混合料表面形貌圖Fig.11 Surface topography of the mixture

通過對(duì)乳化瀝青冷再生混合料表面形貌的觀察可以得出，在乳化瀝青冷再生混合料中，在未添加水泥的情況下，乳化瀝青破乳在集料表面，形成瀝青-集料-瀝青的裹附體系。而在添加了1.5%水泥的情況下，混合料中水化后的水泥產(chǎn)物與乳化瀝青同時(shí)存在并裹敷在集料表面，并且這兩種結(jié)合料相互交織，在混合料表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于集料和瀝青間的相互粘結(jié)，增強(qiáng)了兩者間的粘附性，對(duì)混合料的力學(xué)強(qiáng)度性能及路用性能有一定程度的提升，也從微觀角度解釋了混合料的基礎(chǔ)力學(xué)特性在水泥摻入后有了較明顯提升的原因。

5 結(jié)論

為了研究水泥摻加量對(duì)乳化瀝青冷再生水泥穩(wěn)定基層性能的影響，首先，參照瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行再生混合料配合比設(shè)計(jì)，為了對(duì)比水泥摻量對(duì)于乳化瀝青冷再生混合料的性能影響，選用4個(gè)摻量的水泥進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，隨后對(duì)4種乳化瀝青冷再生混合料的力學(xué)及路用性能進(jìn)行測(cè)試，再通過掃描電鏡對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

(1)在配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，確定了水泥的用量下的最佳含水率以及最佳乳化瀝青用量。在0水泥摻量的ERB1中，最佳含水率為4.89%，最佳乳化瀝青用量為5.5%；在1.0%水泥摻量的ERB2中，最佳含水率為5.35%，最佳乳化瀝青用量為5.0%；在1.5%水泥摻量的ERB3中，最佳含水率為5.69%，最佳乳化瀝青用量為4.5%；在1.8%水泥摻量的ERB4中，最佳含水率為6.0%，最佳乳化瀝青用量為4.2%。

(2)水泥摻量可以增加乳化瀝青冷再生基層的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，因此混合料中需要添加足夠量的水泥以提升強(qiáng)度。但水泥摻量過高以后，強(qiáng)度的提升幅度變緩。

(3)再生混合料的抗壓回彈模量和動(dòng)態(tài)模量均隨水泥摻量的增加而不斷增加，說明水泥的添加可以提升材料的抗變形能力，但水泥摻量超過1.5%以后，再生基層的動(dòng)態(tài)模量不滿足規(guī)范要求。故水泥摻量需要控制在1.5%以內(nèi)。

(4)再生混合料的高溫性能通過動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)，隨著水泥摻量的增加，再生混合料高溫穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)?；旌狭系牡蜏匦阅芡ㄟ^低溫彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)評(píng)價(jià)，再生基層的彎曲應(yīng)變可以達(dá)到普通瀝青混合料面層材料的55%以上，且水泥摻量增加對(duì)于低溫性能的影響不明顯。經(jīng)綜合比選，在所選4種水泥摻量中，乳化瀝青冷再生水泥穩(wěn)定材料的最優(yōu)水泥摻量為1.5%。

(5)在掃描電鏡的成像圖中，乳化瀝青破乳后形成的瀝青膜完全裹覆在集料表面，且在添加水泥以后，水泥的水化產(chǎn)物與乳化瀝青結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加強(qiáng)集料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，有助于混合料力學(xué)及路用性能的提升。