廠拌乳化瀝青冷再生混合料低溫抗開裂性能研究

李俊升 樊江 王永鵬 路世鈺 祁瑞

（1甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，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）

0 引言

瀝青路面的使用性能直接受到瀝青混合料的低溫抗裂性能的影響，所以在評價瀝青混合料的低溫抗裂性能的時候，選擇一種試件制作簡便、結果穩(wěn)定性好的試驗方法和準確的評價指標是很重要的。半圓彎曲斷裂試驗試件結構尺寸和試驗設備均較為簡單，經(jīng)濟性好，結果穩(wěn)定性好，試驗結果的差異較小，試件來源多樣，包括車轍板芯樣、旋轉壓實試件、馬歇爾試件，尤其是路面芯樣；其可以評測瀝青混合料多種材料性能，既可以評價瀝青混合料的彎拉強度，也較多地應用于J積分斷裂韌度試驗，且通過調整切縫角度等方法可將SCB試驗用于I型和II型混合模式的斷裂特性研究與分析。因此，采用SCB試驗開展廠拌乳化冷再生混合料低溫抗開裂性能的研究具有一定的理論依據(jù)和現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 原材料

1.1.1 乳化瀝青

采用阿科瑪CECA 4582M乳化劑生產(chǎn)的慢裂或中裂型乳化瀝青，其所檢指標滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTG/T 5521-2019）表5.2.1中相應技術要求，結果見表1。

1.1.2 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）。

1.2 試驗方法

1.2.1 SCB試驗方法

試件在試驗溫度-10℃下控溫（2±0.5）h。試驗前，施加0.3±0.02kN的接觸荷載，以保證加載端與試件完好接觸。試驗中，先以加載豎向速度1mm/min持續(xù)加載至荷載低于0.5kN或試件力值恒定不變，試驗結束。其加載過程如圖1所示。

表1 乳化瀝青檢測結果

圖1 SCB試驗加載試驗過程

1.2.2 Fénix試驗

Fénix test試件制備方法，前期同SCB試驗方法一致，后期用雙組分環(huán)氧樹脂將受拉面與拉伸鐵片粘到一起，待室內固化2h后，移至60℃烘箱加熱6h，冷卻至室溫。加載如圖2所示。

圖2 Fénix test加載試驗過程

2 試驗

試驗得到的廠拌乳化瀝青冷再生混合料的斷裂能、斷裂韌性及剛度見表2所示。

表2 廠拌乳化瀝青冷再生混合料低溫性能試驗結果

2.1 SCB試驗

為了研究廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫性能，本文將其與不同粒徑的常見新拌瀝青混合料對比，通過SCB試驗，所得應力-應變圖見圖3所示。經(jīng)計算，新拌瀝青混合料的斷裂能、斷裂韌性及剛度見表3。

由表2和表3對比可見：采用SCB試驗，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的斷裂能約為新拌瀝青混合料的1/30～1/40，斷裂韌性約為1/9～1/5，剛度值約為0.5～0.7倍。

圖3 廠拌冷再生與新料SCB試驗圖對比

表3 各類新拌瀝青混合料SCB試驗參數(shù)計算結果（100mm）

2.2 Fénix試驗

采用Fénix試驗方法分別進行常用新拌瀝青混合料及廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫性能試驗，所得的應力-應變圖見圖4所示。經(jīng)計算，新拌瀝青混合料的斷裂能、斷裂韌性及剛度見表4所示。

圖4 廠拌冷再生與新料Fénix test圖對比

表4 各類新拌瀝青混合料Fénix試驗參數(shù)計算結果

由表2和表4對比可見：采用Fénix試驗，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的斷裂能約為新拌瀝青混合料的1/20～1/40，斷裂韌性約為1/4～1/5，剛度值約為0.7～1.1倍。

3 結果分析

1）廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗開裂性能遠低于新拌瀝青混合料，這是由于廠拌乳化瀝青混合料的早期強度偏低，試件未完全破乳，-10℃進行低溫試驗，未破乳水分結冰，形成微小冰顆粒，削弱了其粘結效果。

2）比較SCB試驗和Fénix試驗，前者的斷裂能為后者的5倍左右，斷裂韌性相當，剛度為0.32倍。這是由于Fénix試驗相比SCB試驗受力更為簡單，去除了SCB試驗三個接觸點的反向作用力。從試驗過程來看，SCB在達到峰值力之后，隨著位移的增大，裂縫受上部受壓點應力集中的影響，易與下部兩個受力點形成穩(wěn)定三角區(qū)，出現(xiàn)圖3中AC-20的應力-應變曲線，影響斷裂能的計算。

4 結論

本文采用SCB試驗和Fénix試驗進行了廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫性能研究，并與常規(guī)新拌瀝青混合料進行了對比，結果表明：

1）由于廠拌乳化瀝青混合料的早期強度偏低，未破乳試件在低溫結冰，形成應力集中點，導致廠拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗開裂性能遠低于新拌瀝青混合料。

2）比較SCB試驗和Fénix試驗，前者的斷裂能為后者的5倍左右，斷裂韌性相當，剛度為0.32倍。