養生時間對冷再生混合料路用性能的影響研究

作者簡介：劉秘強（1987—），碩士，工程師，主要從事路面設計及咨詢工作。

摘要：基于養生時間對乳化瀝青廠拌冷再生混合料路用性能的影響，文章選取養生時間分別為1 d、3 d、5 d、7 d、9 d，通過馬歇爾試驗、劈裂試驗、凍融劈裂試驗，研究養生時間對冷再生混合料路用性能的影響。結果表明：延長養生時間能綜合改善冷再生混合料路用性能；養生時間為7 d、9 d時，冷再生混合料路用性能良好。

關鍵詞：道路工程；冷再生；養生時間；路用性能

中圖分類號：U416.03A160533

0 引言

鑒于我國高速公路的迅速發展，20世紀修建的高速公路已面臨大規模的維修和改擴建，將出現大量的廢舊瀝青混合料（reclaimed asphalt pavement，RAP），故RAP再生利用具有合理利用有限資源和保護環境的“雙重功效”。廠拌冷再生（Cold Central Plant Recvcling，CCPR）技術可以在常溫下施工，既可實現大比例RAP摻配，又可在常溫下拌和與壓實，避免RAP被二次高溫加熱（150 ℃以上）老化。隨著乳化瀝青廠拌冷再生技術的不斷革新，冷再生混合料路面已經得到大面積推廣和應用^［1-2］。

基于冷再生技術在實體工程中的應用，亟待解決養生時間對冷再生混合料路用性能的影響。與廠拌熱再生（Hot Central Plant Recycling，HCPR）相比，冷再生混合料需要更長的養生時間，實現其內部乳化瀝青的破乳、水分蒸發以及路用性能的改善^［3-4］。在冷再生實體工程中，延長養生時間，將有助于改善冷再生混合料力學性能和穩定性，但過長的養生時間會延長施工工期、提高工程造價，不利于冷再生技術的推廣與應用。因此，確定冷再生混合料合理養生時間，是非常有必要的試驗研究。

針對不同養生條件對冷再生混合料的影響，國內一些學者也做了大量研究。王銳軍等^［5］通過室內試驗研究了養生時間對泡沫瀝青冷再生混合料性能的影響，試驗表明養生時間對其性能影響顯著。蘆欣等^［6］通過含水率、空隙率、劈裂強度等指標，分析養生時間、溫度對冷再生混合料性能的影響，為冷再生混合料實體工程提供數據支撐。王宏^［7］通過室內試驗、數字圖像處理技術等措施，研究養生溫度對冷再生混合料宏微觀結構的影響，試驗表明，養生溫度影響顯著，“點焊”狀更密。總之，國內學者對不同養生條件的影響研究頗為全面，但對養生時間的影響需進一步深入研究。

鑒于此，本文選取養生時間為1 d、3 d、5 d、7 d、9 d，通過室內試驗研究養生時間對冷再生混合料路用性能的影響，旨在為冷再生實體工程提供有益的指導。

1 原材料的選擇和技術指標

本文選取RAP來自南方某公路冷再生實際工程，分為三檔料：0～5 mm、5～10 mm、10～30 mm。新集料采用石灰巖（10～25 mm），礦粉由憎水性石料磨制而成。SS型慢裂乳化瀝青由成都某公司提供，水泥為普通硅酸鹽水泥。具體性能指標如表1～4所示。

2 試驗方案

本次室內試驗的養生溫度取20 ℃，養生時間分別設為1 d、3 d、5 d、7 d、9 d。采用室內試驗方法，研究養生時間對冷再生混合料路用性能的影響。本次試驗流體含量為5.5%、水泥摻量為1.5%、乳化瀝青摻量為3.4%（均為與合成礦料質量的比值）。

結合冷再生實體工程現場壓實效果，為達到與實體工程相近的空隙率和壓實度，本次試驗的馬歇爾試件采用“兩次”壓實成型的方式。即第一次雙面擊實100次后，在20 ℃環境下完成計劃養生時間。進行第二次擊實前2 h，將試件放入60 ℃環境中養生2 h，再進行第二次擊實試驗，雙面擊實50次。試件冷卻12 h后脫模^［8］。為減少級配對試驗結果的影響，本文采用統一合成級配，級配范圍如表5所示。

3 試驗結果分析

3.1 馬歇爾試驗

馬歇爾試驗結果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，隨著養生時間的延長（1 d、3 d、5 d、7 d、9 d），馬歇爾試件穩定度逐漸增加，空隙率逐漸降低。穩定度的增長率分別為22.2%、9.1%、6.3%和2.0%，空隙率的下降率分別為17.3%、6.7%、5.1%和1.1%。隨著養生時間的延長，穩定度的增長率和空隙率的下降率均逐漸減少。養生1 d時，冷再生混合料穩定度最低（10.8 kN）、空隙率最高（12.7%），養生9 d時，其穩定度最高（15.6 kN）、空隙率最低（9.2%）。這表明延長養生時間能夠顯著改善冷再生混合料路用性能。

養生時間在1～7 d，冷再生混合料穩定度顯著增加、空隙率顯著降低，這說明在養生前7 d內，延長養生時間能顯著改善冷再生混合料路用性能。此期間冷再生混合料內部有大量“游離”的乳化瀝青加速破乳、水分蒸發。破乳后的乳化瀝青與水泥、礦粉、細集料等共同組成骨料間的粘結料，填充混合料內部空隙，進而提高冷再生混合料力學性能。養生時間在7～9 d時，穩定度增長率和空隙率下降率均較小。這表明在養生第8 d和第9 d后，冷再生混合料路用性能未顯著改善，其內部“游離”的乳化瀝青已基本完成破乳，水分蒸發也基本完成，冷再生混合料力學性能和穩定性趨于穩定。

3.2 劈裂試驗

劈裂試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著養生時間的延長（1 d、3 d、5 d、7 d、9 d），劈裂抗拉強度逐漸增加，增長率分別為20.6%、14.6%、10.6%和3.8%，劈裂抗拉強度增長率隨養生時間延長而逐漸減少。在養生1 d時，冷再生混合料的劈裂抗拉強度最小（0.34 MPa），而養生9 d時，其劈裂抗拉強度最大（0.54 MPa）。這表明延長養生時間有利于改善冷再生混合料的路用性能。

根據劈裂抗拉強度增長率可知，在養生前7 d內，劈裂抗拉強度增長顯著。繼續養生至第9 d時，劈裂抗拉強度增長緩慢。這表明乳化瀝青在前期養生階段（前7 d內），乳化瀝青的破乳量較多，能夠顯著改善路用性能。隨養生時間的繼續延長（7～9 d），乳化瀝青的持續破乳量減少，冷再生混合料的力學性能趨于穩定，劈裂抗拉強度增長緩慢。

3.3 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著養生時間的延長（1 d、3 d、5 d、7 d、9 d），凍融劈裂試驗強度比（TSR，下同）先減少后增加。養生時間在1～5 d時，TSR下降率分別為1.4%、0.6%，而養生時間在5～9 d時，TSR增長率分別為11.7%、2.9%。養生5 d時，冷再生混合料的TSR最小（78.0%），養生9 d時，其TSR最大（89.6%）。這表明TSR在前期養生階段（1～5 d），變化率較低、數值較小，在后期養生階段（7～9 d），其變化率較高、數值較大。

養生時間為1 d、3 d和5 d時，TSR整體偏低，但養生時間為7 d和9 d時，TSR整體偏高。這與乳化瀝青的破乳時間及冷再生混合料強度形成機理密切相關。在前期養生階段（1～5 d時），冷再生混合料內部乳化瀝青正處于快速破乳階段，骨料間的粘結料不夠充足，未能形成系統的空間網狀結構和良好的粘結性，在高低溫的凍融水損害下，冷再生混合料的力學性能顯著下降，導致TSR較低。在后期養生階段（7～9 d時），冷再生混合料內部乳化瀝青已基本完成破乳，足夠的粘結料能確保冷再生混合料擁有良好的力學性能，從而有益于提高其TSR。

4 結語

（1）隨著養生時間的延長（1 d、3 d、5 d、7 d、9 d），穩定性增長率分別為22.2%、9.1%、6.3%和2.0%，空隙率下降率分別為17.3%、6.7%、5.1%和1.1%，劈裂抗拉強度增長率分別為20.6%、14.6%、10.6%和3.8%。這表明延長養生時間能綜合改善冷再生混合料的路用性能。

（2）當養生時間為7 d和9 d時，冷再生混合料具備較好的路用性能和穩定性。

（3）對于冷再生實體工程，需要結合室內試驗和現場養生效果來確定最佳養生時間。

參考文獻

［1］孫艷華，李 泉，吳超凡.乳化瀝青廠拌冷再生混合料性能研究與應用［J］.湖南交通科技，2021，47（4）：49-54.

［2］姚 勝，李 泉，吳超凡，等.乳化瀝青廠拌冷再生技術在長沙機場高速的應用［J］.公路工程，2020，45（3）：169-174.

［3］汪德才，郝培文.乳化瀝青冷再生混合料早期黏聚力及影響因素［J］.北京工業大學學報，2020，46（8）：963-970.

［4］李昊隆.乳化瀝青冷再生混合料早期強度發展規律研究［D］.北京：北京建筑大學，2021.

［5］王銳軍，李 強，商健林，等.拌和用水量和養生時間對泡沫瀝青冷再生混合料力學性能的影響［J］.林業工程學報，2022，7（2）：180-185.

［6］蘆 欣，孫 斌.養生條件對冷再生混合料性能的影響研究［J］.山西建筑，2021，47（22）：100-103.

［7］王 宏.不同養生溫度泡沫瀝青冷再生混合料宏細微觀結構性能研究［J］.公路，2018，63（1）：237-243.

［8］劉秘強.養生條件對乳化瀝青廠拌冷再生混合料性能的影響研究［D］.重慶：重慶交通大學，2018.