乳化瀝青穩(wěn)定基層混合料密度的影響因素分析研究

李 明，甘林坤，劉 艷

(1.重慶宏信公路養(yǎng)護技術工程研究有限公司，重慶 401147;2.重慶市公路局，重慶 401147;3.重慶鵬方路面工程技術研究院有限公司，重慶 400054)

0 引言

目前我國現行《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》(JTG F41-2008)中乳化瀝青冷再生混合料配合比設計采用馬歇爾法。隨著交通量、輪胎壓力和軸載的迅速增長，以此帶有經驗性的設計方法逐漸顯示出一定的問題。馬歇爾設計方法是通過擊實成型試件，測試其穩(wěn)定度、流值、空隙率、間接抗拉強度等指標，以確定最佳瀝青含量。但馬歇爾的成型方法與道路施工中碾壓成型方法相差甚遠，并不能夠真實地反映實際情況。于是就產生了多種的試件成型方法，如擊實成型、振動成型、搓揉壓實成型、旋轉壓實成型等。

隨著壓路機技術的發(fā)展，振動壓路機在乳化瀝青穩(wěn)定基層的施工中使用越來越廣泛，并且壓路機的噸位逐漸增大。對于乳化瀝青穩(wěn)定基層而言，現行的采用擊實法確定壓實標準，并利用壓力機靜壓成型強度試件顯示出一定的不適應性。這主要表現在以下方面:

1)振動壓實的壓實機理和靜力壓實的機理不同，振動壓實通過高頻振動作用，在激振力下，不同材料產生的慣性力不同，質量大的慣性力大，導致混合料更為密實。靜力壓實成型試件的方法和靜力壓路機的滾壓的機理是基本相同的，但是和振動壓路機的振動壓實機理則存在較大不同［1，2］。

2)利用擊實法確定壓實標準的過程中混合料中石料被擊碎的情況很普遍，壓力機在通過靜壓成型試件的過程中類似的現象也很嚴重。混合料中粗集料的比例越大，這種情況越明顯。本文將通過在重型擊實和振動壓實兩種成型方式下，對不同瀝青含量、潤濕水的添加方式及不同固含量對乳化瀝青穩(wěn)定基層材料的密度影響情況進行試驗研究，為進行乳化瀝青穩(wěn)定基層類材料配合比設計及施工控制提供技術支持。

1 試驗用原材料

1.1 乳化瀝青

本文所采用的冷再生用乳化瀝青技術指標檢測結果見表1，滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)中BC-1的技術要求。

1.2 石料

試驗采用舊路面銑刨材料(RAP)作為混合料的骨料，試驗過程中對超大粒徑的未破碎材料進行了剔除。試驗中采用的細集料滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)中的相關規(guī)定。

1.3 水泥

本研究所用水泥為重慶小南海水泥廠生產的32.5號普通硅酸鹽水泥，使用之前對其主要技術指標進行了復測，均滿足規(guī)范要求。

1.4 試驗用級配

試驗過程中所用材料級配為AC-16型，所有原材料均一致，級配如表2。

表1 乳化瀝青性能指標檢測表

表2 試驗所用級配組成

2 試驗結果及分析

本部分分別采用重型擊實和振動壓實進行成型，對影響密度的因素進行分析，包括潤濕水的添加方式(加潤濕水與不加)、不同瀝青用量及不同固含量等。加潤濕水是指在乳化瀝青穩(wěn)定舊料的試驗中，先加入一部分外加水，外加水主要用于潤濕舊料表面的作用;不加潤濕水是指通過將外加水與乳化瀝青混合成稀釋的乳化瀝青直接加入至待穩(wěn)定材料中。在試驗中，乳化瀝青固含量為60%，純?yōu)r青用量分別為2%和3%，水泥用量均為2%(外摻)。

2.1 重型擊實條件下影響因素分析

2.1.1 最佳含水量的確定

按照文獻［3］中采用重型擊實法確定乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水量的方法，2%、3%兩種不同瀝青含量下的擊實含水量—干密度曲線見圖1、圖2所示，最佳含水量和最大干密度見表3。

圖1 瀝青用量2%的干密度-含水量圖(擊實)

圖2 瀝青用量3%的干密度-含水量圖(擊實)

表3 不同瀝青含量的重型擊實試驗結果表

由表3可以看出:

（5）土的不排水抗剪強度Su與土的破壞模式、土體的非均質性、應變速率和應力歷史等有較大關系。根據參數對比，舊路基不排水抗剪強度Su更大。

1)在重型擊實方式下，兩個不同的瀝青用量的再生混合料在最大干密度下所需的最佳含水量相同。

2)在重型擊實方式中，不同瀝青含量對最大干密度基本無影響，差異不大。

2.1.2 潤濕水添加方式對干密度的影響

在上述最佳含水量下，通過重型擊實的方法，研究加與不加潤濕水對混合料干密度的影響。試驗結果見表4。

由表4可以看出，在重型擊實方式下，對于不同瀝青含量，加與不加潤濕水對最大干密度基本無影響，兩者最大干密度無差異。

2.2 振動壓實條件下影響因素分析

2.2.1 最佳含水量的確定

參照文獻［4］中振動壓實試驗確定含水量—干密度的方法，在振動的過程中固定頻率和振動時間。2%、3%兩種不同瀝青用量的振動壓實含水量—干密度曲線見圖3、圖4所示，最佳含水量和最大干密度見表5。

表4 加與不加潤濕水情況下混合料干密度-含水量試驗結果(重型擊實)

圖3 瀝青用量2%的干密度-含水量圖(振壓)

圖4 瀝青用量3%的干密度-含水量圖(振壓)

表5 不同瀝青含量的振動壓實試驗結果表

1)在振動壓實方式中，隨著瀝青用量的增加最佳含水量減小。

2)在振動壓實方式中，在最佳含水量下，不同瀝青含量對最大干密度基本無影響，差異不大。

2.2.2 潤濕水添加方式對干密度的影響

在上述最佳含水量，通過振動壓實的方法，研究加與不加潤濕水對混合料干密度的影響。試驗結果見表6。

由表6可以看出，在振動擊實方式中，不同瀝青含量情況下，加與不加潤濕水對最大干密度基本無影響，兩者最大干密度無差異。

2.3 不同成型方式下試驗結果對比分析

將以上重型擊實法和振動壓實法兩種成型方式的試驗結果進行對比分析，可得如下:

表6 加與不加潤濕水情況下混合料干密度-含水量試驗結果(振壓)

1)振動壓實法的最大干密度較重型擊實法的最大干密度明顯提高，采用室內振動壓實設備可以更好的模擬振動壓路機實際施工工況，與現場實際碾壓成型方式更為接近，更適合于進行現場密度壓實標準控制，因此本文確定采用振動壓實法作為乳化瀝青穩(wěn)定基層材料的成型方法。

2)不同瀝青含量下，振動擊實法確定的最佳含水量較重型擊實法確定的最佳含水量要略小。

3)不論是重型擊實法還是振動壓實法，加入潤濕水或不加入潤濕水對成型試件的干密度無影響。因此，乳化瀝青穩(wěn)定舊料的拌和過程可以從兩個步驟簡化為一個步驟，即是將計算好的外加水直接加入乳化瀝青中或直接以較稀的乳化瀝青，加入混合料中，再拌和均勻。相當于乳化瀝青再生料的拌和過程可以看作是直接將較稀的乳化瀝青直接加入在混合料中，這將簡化試驗過程甚至乳化瀝青混合料的生產過程。

2.4 不同乳化瀝青固含量對密度的影響

本部分的試驗中采用振動壓實法，選取了5種固含量(0%，30%，40%，50%，60%)的乳化瀝青分別進行振動擊實試驗，試驗結果如表7所示。不同固含量的乳化瀝青擊實的最大干密度和最佳含水量試驗結果見表8。

表7 不同固含量的乳化瀝青擊實干密度試驗結果表

表8 不同固含量擊實的最大干密度和最佳流體含量試驗結果表

從表8試驗結果可以看出:

1)隨著瀝青用量的增加，振動擊實的最佳含水量有減小的趨勢，說明瀝青在擊實過程中起到了一定的潤滑作用。對于不同固含量乳化瀝青的振動擊實試驗，其最佳含水量與瀝青用量之和(最佳流體含量)在4.2% ～5.2%之間，有待通過進一步試驗驗證最佳流體含量。

2)不同固含量乳化瀝青的擊實試驗，最大干密度差異不大。可以認為，在振動擊實試驗中，一定固含量的范圍內，乳化瀝青可以當成水，直接加入再生舊料中，進行確定密度的試驗。

3 結論

對于乳化瀝青穩(wěn)定基層材料，無論采用馬歇爾擊實方法還是靜壓法成型方法，都不能較好的模擬現場實際碾壓成型的工況，不利于現場施工的控制，本文通過對成型方式、潤濕水的摻加方式、不同瀝青用量等影響密度的因素進行試驗研究，提出采用振動壓實試驗確定乳化瀝青穩(wěn)定基層材料密度的簡化試驗方法，希望對后續(xù)相關研究及應用起到拋磚引玉的作用。

［1］天津市市政工程研究院.豐津公路半剛性基層材料振動成型設計方法介紹［Z］.2010.

［2］陳建榮，張仁根，林亞芳，等.半剛性基層振動成型法設計與施工技術［J］.公路，2009(2).

［3］JTG F41-2008，公路瀝青路面再生技術規(guī)范［S］.

［4］JTG E51-2009，公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程［S］.