冷拌冷鋪瀝青混合料路用性能試驗研究

摘 要：【目的】為了評價冷拌冷鋪瀝青混合料的路用性能，并在路面設(shè)計過程中形成設(shè)計參數(shù)，有必要對其進(jìn)行試驗研究?！痉椒ā坎捎酶邷剀囖H、馬歇爾穩(wěn)定度、低溫穩(wěn)定性、黏聚性、低溫施工和易性、水穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)，對冷鋪瀝青混合料的路用性能進(jìn)行系統(tǒng)分析，對比熱拌、冷拌及摻入RAP冷拌冷鋪混合料相關(guān)性能?！窘Y(jié)果】混合料最佳乳化瀝青用量5.5%，水泥外摻1.5%，動穩(wěn)定度為936次/mm，具有良好的高溫抗車轍性能；浸水馬歇爾試驗干濕強度為78.7%，凍融劈裂試驗強度為82.5%，低溫及水穩(wěn)定相對穩(wěn)定?！窘Y(jié)論】與摻入30%的RAP料冷拌冷鋪瀝青混合料對比發(fā)現(xiàn)，高溫穩(wěn)定性能熱拌熱鋪瀝青混合料gt;冷拌冷鋪混合料gt;摻入RAP的冷拌冷鋪混合料，摻入RAP料冷拌冷鋪瀝青混合料低溫及水穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：冷拌冷鋪；路用性能；RAP

中圖分類號：U414" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）13-0070-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.014

Experimental Study on Road Performance of Cold Mix and Cold Laid Asphalt Mixture

ZHANG Guangpeng WU Yanli

（Huanghe Jiaotong University， Jiaozuo" 454950， China）

Abstract： [Purposes] In order to evaluate the road performance of cold mix asphalt mixture and form the design parameters in the process of pavement design， it is necessary to conduct the test study. [Methods] The road performance of cold laying asphalt mixture was systematically analyzed by using technical indexes such as high temperature rutting， Marshall stability， low temperature stability， cohesiveness， low temperature construction workability and water stability， and the related performance of hot mixing， cold mixing and RAP cold mixing cold laying mixture was compared." [Findings] The optimum emulsified asphalt content was 5.5%， cement was added 1.5%， the dynamic stability was 936 times /mm， and the high temperature rutting resistance was good. The wet and dry strength ratio of submerged Marshall test was 78.7%， and the strength ratio of freeze-thaw splitting test was 82.5% and low temperature and water stability is relatively stable. [Conclusions] Compared with 30% RAP material cold mix and cold laid asphalt mixture， the high temperature stability of hot mix asphalt mixture gt; cold mix and cold laid asphalt mixture gt; cold mix and cold laid asphalt mixture with RAP material.Cold mix and cold laid asphalt mixture with RAP material can meet the requirements of the specification at low temperature and water stability.

Keywords： cold mix and cold laid; road performance; RAP

0 引言

目前，眾多學(xué)者對冷拌冷鋪瀝青混合料進(jìn)行分析研究，張國祥［1］分析了LB系列瀝青及其混合料的路用修補性能，提出了可行的施工工藝；于保陽等［2-3］研究了一種新的瀝青用量計算方法，改進(jìn)凍融劈裂試驗環(huán)境，并分析混合料的路用性能；Muhammad 等［4］確定了乳化瀝青最佳用量為5%，同時發(fā)現(xiàn)添加葵花籽油和大豆油對RAP混合料中的老化瀝青具有軟化老化黏結(jié)劑的作用；王夢浩等［5］推薦了混合料配合比設(shè)計區(qū)間，提出了混合料單項性能劃分等級；宋軍學(xué)等［6］采用環(huán)氧瀝青代替?zhèn)鹘y(tǒng)瀝青，研究了冷拌冷鋪瀝青混合料的路用性能，結(jié)果表明，其具有較好的施工性能；李麗慧等［7］對冷拌冷鋪混合料與熱拌熱鋪混合料性能進(jìn)行對比，并采用修正馬歇爾試驗進(jìn)行配合比設(shè)計；徐世法等［8］針對冷拌冷鋪瀝青混凝土開放交通強度進(jìn)行分析，推薦開放交通強度為0.87 MPa；王振軍等［9］從RAP材料性質(zhì)、瀝青組分特征、外界條件、RAP摻量及再生劑等五方面分析了界面融合影響規(guī)律，結(jié)果表明，RAP摻量直接影響再生混合料的抗拉強度與抗車轍能力。

綜上所述，冷拌冷鋪瀝青混合料存在疲勞性能不足的缺點，目前僅在道路下面層、農(nóng)村公路及道路修補中進(jìn)行使用，高溫性能不足，夏季高溫車轍深度較大，現(xiàn)階段配合比設(shè)計主要還是采用馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強度、流值等進(jìn)行評價?；诖?，本研究通過室內(nèi)車轍試驗驗證配合比，擬提高冷拌冷鋪瀝青混合料的高溫性能，提出AC-13冷拌冷鋪瀝青混合料配合比，通過室內(nèi)試驗驗證冷拌冷鋪混合料的路用性能。

1 原材料及試驗

1.1 原材料

1.1.1 瀝青。本研究主要考慮道路材料的路用性能，冬季低溫的氣候及氣候分區(qū)等實際情況，基質(zhì)瀝青選用90#瀝青。所用乳化瀝青為慢裂陽離子型，其基本物理特性見表1。

1.1.2 新集料。本研究選用的粗集料為玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，把所有礦料根據(jù)不同尺寸的篩孔完成篩分，各自存放，根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE 42—2005）中的要求，對所有礦料完成密度檢測。

1.1.3 “黑色石料”——RAP料。采用的黑色石料是由新民市改建路面銑刨的路面材料又稱RAP，RAP材料篩分之后與新的骨料進(jìn)行級配合成。兩組篩分結(jié)果差距很小，說明RAP材料質(zhì)地均勻，并且能夠滿足AC-13級配的上下限要求，能夠很好地完成合成級配。

2 配合比設(shè)計

2.1 級配選擇

由于冷拌冷鋪混合料高溫性能較差，級配選擇時參考熱拌瀝青混合料級配，采用基質(zhì)瀝青代替乳化瀝青，進(jìn)行室內(nèi)試驗，確定冷拌冷鋪混合料最佳級配。通過相關(guān)文獻(xiàn)查詢，采用正交法，選取了AC-13瀝青混合料級配進(jìn)行相應(yīng)的級配試驗，得到冷拌冷鋪瀝青混合料的最佳級配。

瀝青混合料中，瀝青的用量是至關(guān)重要的，瀝青用量的多少直接影響混合料的路用性能，分析瀝青混合料的具體體積比例，對于混合料的基本組成設(shè)計至關(guān)重要。集料間隙率公式見式（1）、式（2）。

[VMA=1?GmwGsb×100%]" " " " （1）

[Gse=Gsb+CGsa?Gsb]" " " " " （2）

式中：[C]為集料吸入瀝青體積系數(shù)，[C=Clg?0.147 4W?0.024 4]；[Gsb]、[Gsa]、[Gse]分別為合成集料的毛體積密度、表觀密度、有效密度；[Gmw]為一個單元體中集料的質(zhì)量；[W]為集料面干吸水率。不同吸水率時C*W值見表2。

瀝青混合料的最佳油石比[Qb]計算見式（3）。

[Qb=Qba+Qbe=VMA?V1?0.01VMA×GbGsb+C×W×Gb]" " （3）

式中：[Qb]、[Qba]、[Qbe]、[VMA]、[V]、[Gb]、[Gsb]、[C]、[W]分別為瀝青混合料的中油石比的最佳數(shù)值、吸去集料的瀝青油石比、瀝青合理的油石比、存在集料中的間隙率、施工要求的空隙率、得到的相對瀝青的密度、集料的合成毛體積主要密度、吸入集料的瀝青相關(guān)體積系數(shù)、集料面干吸水率。

通過林繡賢法計算出的基質(zhì)瀝青用量總體范圍在4%～5.5%之間，符合熱拌瀝青混合料經(jīng)驗值范圍。本研究采用瀝青混合料的車轍試驗來檢驗混合料的高溫穩(wěn)定性，并將車轍試驗結(jié)果“動穩(wěn)定度”值作為瀝青混合料的性能檢驗中非常關(guān)鍵的指標(biāo)。考慮北方地區(qū)的溫差比較大，經(jīng)常出現(xiàn)溫度的劇變，應(yīng)力松弛性能能夠表征瀝青混合料的低溫性能的優(yōu)劣，本文通過彎曲破壞的途徑對瀝青混合料的低溫水平進(jìn)行觀察分析，將溫度設(shè)定為-10 ℃，以保證低溫彎曲破壞試驗順利開展。瀝青混合料的水穩(wěn)定性能試驗運用凍融車轍，通過動穩(wěn)定度比來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。根據(jù)北方地區(qū)所屬的氣候分區(qū)，由于試驗溫度的折算，采用0.9作為凍融車轍試驗的凍穩(wěn)定度比的評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

最終通過試驗確定AC-13最佳級配見表3，高溫動穩(wěn)定度試驗結(jié)果為1 463次/mm、低溫小梁彎曲應(yīng)變?yōu)? 430 με、凍融循環(huán)動穩(wěn)定度比為0.94。

2.2 確定最佳含水量

在乳化瀝青再生混合料的使用中，乳化瀝青添加量折合成純?yōu)r青后占混合料其余部分干質(zhì)量的百分比一般為1.5%～3.5%，而水泥等活性填料劑量通常需要保持在1.5%以內(nèi)。其中本研究的水泥用量需要根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》確定，選取水泥外摻最大值1.5%。

對用水量進(jìn)行確定時，乳化瀝青含量定為4%，然后變化含水量進(jìn)行擊實試驗，試驗獲得最大干密度時，此時的混合料含水量即為最佳含水量。

試驗結(jié)果表明，乳化瀝青用量固定為4%，變化冷拌冷鋪混合料的含水量進(jìn)行重型擊實試驗，繪制曲線如圖1所示，含水量為5.5%時，干密度為最大值2.197，因此AC-13冷拌冷鋪混合料的最佳含水量值為5.5%。

2.3 確定最佳瀝青用量

確定AC-13最佳含水量后，分別制備乳化瀝青含量分別為4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%共5種不同瀝青用量的混合料，在保障要求含水量不變的情況下，成型馬歇爾試驗試件，根據(jù)規(guī)范要求確定最佳乳化瀝青用量，制備馬歇爾試件并進(jìn)行試驗。

參考《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》，馬歇爾試件進(jìn)行60 ℃水浴試驗，驗證AC-13混合料的水穩(wěn)定性，結(jié)果見表4。

根據(jù)以上試驗結(jié)果，隨著乳化瀝青用量的增加，毛體積密度增加到峰值后降低，乳化瀝青用量為5.5%時出現(xiàn)峰值2.320 g/cm3；隨著乳化瀝青用量的增加孔隙率變小，孔隙率范圍為6%～11%，滿足規(guī)范值要求；乳化瀝青用量的增加穩(wěn)定度變化趨勢為先上升后下降，乳化瀝青用量在5.5%出現(xiàn)峰值7.69 kN；隨著乳化瀝青用量的增加，流值不斷增加。該試驗確定了AC-13型冷拌冷鋪混合料的最佳瀝青用量為5.5%。

3 路用性能試驗分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

在60 ℃情況下，模擬車轍在路面行駛的基本情況，進(jìn)而表征混合料的高溫性能，不同瀝青含量進(jìn)行車轍試驗動穩(wěn)定度次數(shù)如圖2所示。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，AC-13冷拌冷鋪混合料乳化瀝青用量為5.5%時，高溫車轍動穩(wěn)定度為936次/mm，對比結(jié)果見表5。

冷拌冷鋪混合料高溫動穩(wěn)定性超過熱拌瀝青規(guī)范規(guī)定的800次/mm，滿足路用性能要求。冷拌冷鋪混合料中摻入RAP材料作為部分骨料時，高溫性能可以滿足規(guī)范值要求，總體高溫穩(wěn)定性能大小為熱拌瀝青混合料gt;冷拌冷鋪混合料gt;摻入RAP的冷拌冷鋪混合料，冷拌冷鋪混合料摻入大量RAP作為骨料時，能夠滿足路用性能要求。

3.2 低溫穩(wěn)定性

馬歇爾試件成型過程中，初期成型需要正反50次擊實，經(jīng)過兩小時后進(jìn)行正反25次補強，每組試件成型4個，共兩組，以減少試驗所產(chǎn)生的誤差。對第一組試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗，對第二組進(jìn)行凍融循環(huán)試驗。壓裂時具體的壓力值需要精確測出，試驗過程中的劈裂抗拉強度計算見式（4），對凍融劈裂抗拉強度比TSR進(jìn)行計算，見式（5）。

[RT=0.006 287PT?]" （4）

[TSR=RT2RT1×100%] （5）

式中：TSR為凍融劈裂強度比值，％；RT1為第一組試件的劈裂強度，MPa；RT2為第二組試件（凍融循環(huán)之后）的劈裂強度，MPa；PT為單個試件的試驗荷載值，N。經(jīng)過試驗結(jié)果分析和計算得出凍融劈裂的結(jié)果，見表6。

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）中規(guī)定凍融劈裂試驗凍融強度不小于70%。試驗結(jié)果表明，對冷拌冷鋪混合料進(jìn)行凍融劈裂試驗，AC-13能滿足規(guī)范值要求，摻入RAP之后劈裂強度降低較多，AC-13冷拌冷鋪混合料凍融強度滿足規(guī)范值要求。

3.3 水穩(wěn)定性

在浸水馬歇爾試驗過程中，每組試件成型2組，每組4個試件，以減少試驗的誤差。首先將其中一組放入40 ℃水浴中養(yǎng)生時間為0.5 h，接著對其流值和馬歇爾穩(wěn)定度進(jìn)行測定；另一組同樣在40 ℃溫度下，實現(xiàn)恒溫放置48 h后測定相關(guān)的參數(shù)，其中計算過程見式（6）。

[S0=S1S2×100%] （6）

式中：S0為試件的殘留浸水穩(wěn)定度，%；S1為試件浸水48 h后測得的穩(wěn)定度，kN；S2為試件按規(guī)定試驗方法測得的穩(wěn)定度，kN。

根據(jù)試驗結(jié)果計算得出試件的殘留浸水穩(wěn)定度，并對AC-13級配進(jìn)行計算，結(jié)果見表7。

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）中規(guī)定浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度（40 ℃）不小于75%。試驗結(jié)果表明，冷拌冷鋪混合料進(jìn)行40 ℃的浸水馬歇爾試驗，AC-13能滿足規(guī)范值要求。摻入RAP之后馬歇爾穩(wěn)定度至少降低1 kN，AC-13冷拌冷鋪混合料干濕強度滿足規(guī)范值要求。

4 結(jié)論

本研究通過試驗確定了冷拌冷鋪混合料最佳含水量，最終確定乳化瀝青用量，試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，并得出以下結(jié)論。

①對冷拌冷鋪混合料進(jìn)行5組重型擊實試驗，確定AC-13冷拌冷鋪混合料最大干密度為2.197 g/cm3，最佳含水量為5.5%。

②根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》選取水泥用量為1.5%；根據(jù)AC-13冷拌冷鋪混合料60 ℃力學(xué)試驗結(jié)果確定乳化瀝青用量為5.5%，60 ℃時穩(wěn)定度為7.69 kN，流值為0.289 mm。

③通過車轍試驗評價冷拌冷鋪混合料的高溫性能，改進(jìn)養(yǎng)生試驗條件，養(yǎng)生溫度從105 ℃調(diào)整為60 ℃，養(yǎng)生4 h后進(jìn)行二次補強，確定AC-13冷拌冷鋪混合料乳化瀝青用量5.5%時為936次/mm，表明最佳乳化瀝青用量下冷拌冷鋪混合料高溫性能良好。

④通過浸水馬歇爾試驗評價冷拌冷鋪混合料的低溫性能，確定AC-13冷拌冷鋪混合料中乳化瀝青用量為5.5%時，干濕強度比為78.7%。通過凍融劈裂試驗評價冷拌冷鋪混合料的水穩(wěn)定性能，確定AC-13冷拌冷鋪混合料中乳化瀝青用量為5.5%時，凍融強度比為82.5%。

本研究在得出冷拌冷鋪混合料滿足規(guī)范值要求指標(biāo)的同時，摻入大量的RAP以此來降低農(nóng)村公路高昂的工程造價問題。本文所設(shè)計的冷拌冷鋪混合料具有優(yōu)異的高低溫性能和抵抗變形能力，能夠較好地滿足路用性能要求。

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