廠拌乳化瀝青冷再生混合料長期性能研究

張軍林 曹青霞 孫博學 吳來帝 任國斌

（1甘肅省公路養(yǎng)護工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730030；2甘肅暢隴公路養(yǎng)護技術研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 引言

廠拌冷再生技術相比廠拌熱再生技術，具有回收瀝青路面材料（RAP）循環(huán)利用率高、能耗小、污染物排放少、造價低的優(yōu)點。自2014年在甘肅省某省道下面層成果鋪筑試驗段以來，已在國省干線成果應用，累計消耗RAP 6萬噸。由于廠拌乳化瀝青冷再生混合料早期強度低的缺點，為了評價其長期性能，本文進行室內(nèi)成型試驗，并與運營2～3年的路面鉆取芯樣進行了15℃劈裂強度及半圓彎曲試驗（SCB）。

2 材料與方法

2.1 原材料

2.1.1 乳化瀝青

乳化瀝青采用甘肅福安公路養(yǎng)護工程有限責任公司生產(chǎn)的慢裂慢凝型乳化瀝青，其所檢指標均滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTG F41-2008）表4.3.1中相應技術要求，常規(guī)指標試驗結果見表1。

2.1.2 集料

本文采用的集料規(guī)格為：碎石（15-30mm）、碎石（10-15mm）、銑 刨 料（0-5mm、5-10mm、10-20mm）、石屑（0-3mm）。篩分試驗結果見表2。

2.2 試驗方法

2.2.1 室內(nèi)試件成型

廠拌乳化瀝青冷再生混合料合成級配曲線圖見圖1所示。混合料乳化瀝青摻量4.0%、礦粉摻量1%、水泥摻量1.5%，外加水2%。試件采用旋轉壓實成型，成型后脫模，置于60℃烘箱48h，取出烘箱后至常溫進行試驗。

2.2.2 芯樣

選取已運營廠拌乳化瀝青冷再生路段，按照一定頻率鉆取芯樣，芯樣直徑100mm，切割芯樣上面層及基層部分，留取廠拌乳化瀝青冷再生混合料部分進行試驗。

表1 乳化瀝青檢測結果

表2 集料檢測結果

圖1 合成級配曲線圖

2.2.3 半圓彎曲試驗（SCB）

將旋轉壓實成型乳化瀝青冷再生試件，切割成高50mm×厚25mm的半圓試件，在半圓柱直徑中點處開6mm深凹槽，將切割好的試件用水沖洗干凈，置于60℃通風恒溫烘箱中不少于12h，取出后在室溫下冷卻不少于2h。將試件置于規(guī)定溫度的環(huán)境保溫箱中保溫4～6h，直至試件內(nèi)部溫度達到試驗溫度±0.5℃為止。將試件放置于（-10±0.5）℃的具有環(huán)境溫度箱的萬能試驗機支座上以1mm/min的速率進行加載至試件破壞，至其荷載應力低于0.1kN時停止試驗。

3 試驗結果分析

3.1 15℃劈裂強度

對比室內(nèi)成型試驗與運營2、3年的芯樣，在15℃劈裂強度，試驗結果如表3所示。

由表3可見，運營2～3年路段芯樣15℃劈裂強度的相比室內(nèi)成型試件均有所提高，且表現(xiàn)為隨運營時間的增加，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的15℃劈裂強度有所提高。運營2年的廠拌乳化瀝青冷再生混合料的15℃劈裂強度相比早期強度提高了65.5%，運營3年的提高了101.7%。同時，行車道芯樣15℃劈裂強度比路肩的高22.2%。

表3 芯樣15℃劈裂強度

結果表明，廠拌乳化瀝青冷再生混合料隨著齡期的增加，其強度也在增加。一方面是由于養(yǎng)生前期乳化瀝青還未破乳完全，混合料中含水率較大，隨著齡期的增加，混合料含水率降低，乳化瀝青完全破乳，增加了粘結力；另一方面，水泥隨著齡期的增加，發(fā)生水化反應，強度增大，為混合料后期強度的增加貢獻大。另外，車輪碾壓使得混合料密實度進一步增大，也有利于混合料強度的增加。

3.2 低溫半圓抗開裂性能

對比室內(nèi)成型試驗與運營2、3年的芯樣半圓抗開裂試驗，試驗過程應力-應變曲線如圖2所示，試驗結果如表4所示。

圖2 芯樣-10℃半圓抗開裂試驗（三點受彎）試驗應力-應變曲線

表4 芯樣-10℃半圓抗開裂試驗（三點受彎）數(shù)據(jù)處理結果

斷裂能越大，說明混合料開裂需要做的功越多，抵抗開裂的能力越大；開裂指數(shù)為應力-應變曲線由開始至最大力區(qū)間的斜率，如果斜率較大，表明混合料容易開裂，斜率小則不容易開裂。

由圖2和表4可見，運營2～3年路段芯樣的斷裂能處于234.585J/m2到301.805J/m2之間，而室內(nèi)成型試件的斷裂能為130.766J/m2。可見廠拌乳化瀝青冷再生混合料運營2～3年后，其低溫抗開裂性能增加了1.8～2.3倍。

從開裂指數(shù)來看，運營2～3年路段芯樣相比室內(nèi)成型試件的大4～6倍，該指標與15℃劈裂強度成反比關系，這是由于混合料強度越高，水泥水化越完全，剛度越大，導致其開裂風險增大，但同時開裂需要耗散更多的能量。總體來說，隨著運營試件的增大，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗開裂性能增大。

4 結論

本文廠拌乳化瀝青混合料進行室內(nèi)成型試驗，并與運營2～3年的路面鉆取芯樣進行了15℃劈裂強度及半圓彎曲試驗（SCB），得出以下結論：

1）MS4增加了10-15mm的碎石，形成的骨架更加密實，抵抗車輛荷載能力、磨耗能力相比MS3有所提高；

2）運營3年后，康臨高速、蘭臨高速和平定高速微表處的車轍、構造深度、平整度均能滿足規(guī)范要求。

因此，MS4型微表處作為路面預防性養(yǎng)護維修處治方式，具有優(yōu)異的抗車轍、耐磨耗及耐久性。