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摻水泥優(yōu)化泡沫瀝青冷再生混合料的路用性能分析

2024-03-17 22:15:09朱澤慧
交通科技與管理 2024年2期

摘要 為有效提升泡沫瀝青冷再生混合料路用性能,延長瀝青路面使用壽命,文章通過室內(nèi)試驗系統(tǒng)分析了不同水泥、機(jī)制砂及19~26.5 mm粗集料摻量下泡沫瀝青冷再生混合料高溫性能、水穩(wěn)定性能及低溫性能變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):(1)冷再生混合料中水泥用量由0%增至1.5%時,其凍融強(qiáng)度比提升19%,動穩(wěn)定度提升160%,彎拉強(qiáng)度提升18%;(2)機(jī)制砂用量由0%增至20%時,混合料凍融強(qiáng)度比提升10%,動穩(wěn)定度提升62%,彎拉強(qiáng)度提升13%;(3)19~26.5 mm粗集料用量由0%增至10%~20%時,高溫性能提高96%;(4)推薦冷再生混合料水泥用量為1.5%,機(jī)制砂用量為20%,19~26.5 mm粗集料用量為10%~20%。

關(guān)鍵詞 公路瀝青路面;冷再生混合料;配比優(yōu)化;路用性能

中圖分類號 U414文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949(2024)02-0144-03

0 引言

泡沫瀝青冷再生技術(shù)作為一項新型瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù),可實現(xiàn)瀝青廢料及水穩(wěn)基層材料回收再利用,具有施工簡便、節(jié)約資源、降低成本等諸多優(yōu)勢[1]。再生混合料可用于瀝青路面基層、面層鋪設(shè),有效解決了廢舊筑路材料占用土地、污染環(huán)境的問題,具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及社會效益。但由于泡沫冷再生混合料抗壓及抗彎性能較差,高溫及低溫環(huán)境下易產(chǎn)生車轍和開裂病害,嚴(yán)重影響泡沫冷再生混合料的應(yīng)用與發(fā)展[2-3]。為此,該文通過室內(nèi)試驗,全面探究了摻水泥對泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的影響,對推動冷再生技術(shù)發(fā)展,具有重要意義。

1 試驗方案

1.1 原材料

泡沫瀝青:選用A級70#基質(zhì)瀝青,最優(yōu)發(fā)泡溫度為150℃,用水量2%。

面層回收集料:山東泰安泰萊線,一級瀝青路面面層AC-5廢舊集料。

新集料:機(jī)制砂與粒徑為19~26.5 mm粗集料,各項技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求;水泥為P.O42.5水泥;水為直飲水。

1.2 試驗內(nèi)容

為有效探究水泥用量對泡沫冷再生混合料路用性能的影響,依次以水泥摻量0%、1%、1.5%、2%、2.5%拌制混合料進(jìn)行試驗[4],具體如表1所示。

為有效探究機(jī)制砂用量對冷再生混合料路用性能的影響,以恒定水泥用量1.5%,機(jī)制砂用量依次為0%、10%、20%、30%制備混合料進(jìn)行試驗,詳細(xì)級配如表2所示。

為有效探究19~26.5 mm粗集料用量對泡沫冷再生混合料路用性能的影響,以水泥用量1.5%,機(jī)制砂摻量20%,19~26.5 mm粗集料摻量依次為0%、10%、20%、30%制備混合料進(jìn)行試驗,具體如表3所示。

1.3 試驗方法

車轍試驗方法:根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求制備標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件,長×寬×高=300 mm×300 mm×80 mm,試驗條件為(60 ℃,0.7 MPa)。

低溫彎曲試驗:根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求制備標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件,并將其分割成長×寬×高=250 mm×40 mm×40 mm的梁式構(gòu)件,測試溫度為?10 ℃,速率保持50 mm/min。

水穩(wěn)定性檢測:根據(jù)《公路瀝青材料試驗檢測規(guī)范》中殘留穩(wěn)定度比與凍融劈裂強(qiáng)度兩項指標(biāo),綜合判定冷再生混合料水穩(wěn)定性能[5-7]。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 水泥摻量的影響

根據(jù)混合料配比試驗,得到最優(yōu)含水率及最優(yōu)瀝青摻量,如表4所示,其中:PWC代表最優(yōu)含水率,PEC代表最優(yōu)瀝青摻量,該研究采用的瀝青摻量為3%,集料級配情況按表1執(zhí)行。

(1)水穩(wěn)定性分析:根據(jù)各種水泥用量條件下混合料浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗檢測數(shù)據(jù)分析可知:①當(dāng)水泥用量增大時,混合料殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度顯著增大,水穩(wěn)定性得到大幅度提升;②當(dāng)水泥用量高于1.5%后,再次增大水泥用量,其水穩(wěn)定性提升幅度較小。根據(jù)水穩(wěn)定性分析結(jié)果,基于成本角度進(jìn)行綜合考量,最終確定水泥用量為1.5%。

(2)高溫穩(wěn)定性分析:根據(jù)檢測結(jié)果獲得水泥用量與混合料動穩(wěn)定度關(guān)系曲線,如圖1所示。

從圖1可知:隨著水泥用量不斷增大,混合料動穩(wěn)定度顯著提升。相較于水泥用量0%時,1.5%摻量下,混合料動穩(wěn)定度提升160%。所以,建議水泥摻量為1.5%。

(3)低溫性能分析:根據(jù)各種水泥用量條件下混合料低溫性能檢測數(shù)據(jù)分析可知:①1.5%水泥用量下,混合料強(qiáng)度提升18%,應(yīng)變下降3%;②2.5%水泥用量下,混合料強(qiáng)度提升21%,應(yīng)變下降5%;③經(jīng)綜合分析施工成本因素,確定水泥用量為1.5%。

2.2 機(jī)制砂摻量的影響

根據(jù)混合料配比試驗,得到最優(yōu)含水率及最優(yōu)瀝青摻量,如表5所示,該研究采用的乳化瀝青用量為3%,集料級配情況按表2執(zhí)行。

(1)水穩(wěn)定性分析:根據(jù)各種機(jī)制砂用量條件下混合料浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗檢測數(shù)據(jù)分析可知:①當(dāng)機(jī)制砂用量增大時,混合料殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度全部呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢;②20%機(jī)制砂用量條件下,混合料殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度最大,相較于機(jī)制砂用量為0%時,混合料殘留穩(wěn)定度提升5%,凍融劈裂強(qiáng)度提升10%。所以,根據(jù)水穩(wěn)定性分析結(jié)果推薦其用量為20%。

(2)高溫穩(wěn)定性分析:根據(jù)各種機(jī)制砂用量條件下混合料動穩(wěn)定度檢測數(shù)據(jù)分析可知:①當(dāng)機(jī)制砂用量增大時,混合料高溫性能呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢;②20%機(jī)制砂用量條件下,混合料高溫性能處于最優(yōu)狀態(tài),相較于機(jī)制砂用量為0%時,其高溫性能提升62%。所以,根據(jù)高溫性能分析結(jié)果推薦其用量為20%。

(3)低溫抗裂性:根據(jù)各種機(jī)制砂用量條件下混合料低溫性能檢測數(shù)據(jù)分析可知:①20%機(jī)制砂用量條件下,混合料低溫性能處于最優(yōu)狀態(tài),相較于機(jī)制砂用量為0%時,混合料抗彎強(qiáng)度提升13%,彎拉應(yīng)變提升3%;②根據(jù)低溫性能分析結(jié)果推薦其用量為20%[8]。

2.3 19~26.5 mm粗集料摻量的影響

根據(jù)混合料配比試驗,得到最優(yōu)含水率及最優(yōu)瀝青摻量,如表6所示,該研究采用的乳化瀝青用量為3%,集料級配情況按表3執(zhí)行。

(1)水穩(wěn)定性分析:根據(jù)各種集料用量條件下混合料浸水馬歇爾及凍融劈裂強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)分析可知:①當(dāng)19~26.5 mm粗集料用量增大時,混合料殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度全部呈現(xiàn)先增后減變化趨勢;②9.5~19 mm粗集料用量超過20%條件下,其用量越大,混合料孔隙率越大,水穩(wěn)定性顯著降低。所以,根據(jù)水穩(wěn)定性分析結(jié)果推薦9.5~19 mm粗集料用量控制在10%~20%左右。

(2)高溫穩(wěn)定性分析:根據(jù)各種集料用量條件下混合料動穩(wěn)定度檢測數(shù)據(jù)分析可知:①隨著19~26.5 mm粗集料用量越來越大,混合料高溫性能呈現(xiàn)先增后減變化趨勢;②19~26.5 mm粗集料用量介于10%~20%之間時,混合料高溫性能處于最優(yōu)狀態(tài),相較于用量為0%時,其高溫性能提升96%。所以,根據(jù)高溫性能分析結(jié)果推薦19~26.5 mm粗集料用量為10%~20%左右。

(3)低溫抗裂性:根據(jù)各種集料用量條件下混合料低溫抗裂強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)分析可知:①當(dāng)19~26.5 mm粗集料用量逐漸增大時,混合料彎拉強(qiáng)度及應(yīng)變?nèi)砍尸F(xiàn)先增后減變化趨勢;②19~26.5 mm粗集料用量超過20%時,隨著其用量的不斷增大,混合料彎拉強(qiáng)度顯著降低。所以,根據(jù)低溫性能分析結(jié)果推薦19~26.5 mm粗集料用量為10%~20%左右。

3 結(jié)論

綜上所述,為有效探究水泥、機(jī)制砂、19~26.5 mm粗集料等材料對泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的影響,該文通過相關(guān)試驗對三種材料不同摻量條件下冷再生混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性進(jìn)行分析,得出如下結(jié)論:

(1)當(dāng)水泥用量增大時,混合料殘留穩(wěn)定度比及凍融劈裂強(qiáng)度顯著增大,水穩(wěn)定性得到大幅度提升;水泥用量由0%增至1.5%時,其凍融強(qiáng)度比提升19%,動穩(wěn)定度提升160%,彎拉強(qiáng)度提升18%。所以,確定水泥用量為1.5%。

(2)1.5%水泥摻量下,隨著機(jī)制砂摻量的不斷增加,冷再生混合料高溫性能、水穩(wěn)定性、低溫性能均呈現(xiàn)先增后減的變化規(guī)律,機(jī)制砂用量由0%增至20%時,混合料凍融強(qiáng)度比提升10%,動穩(wěn)定度提升62%,彎拉強(qiáng)度提升13%。

(3)1.5%水泥摻量與20%機(jī)制砂摻量下,隨著19~26.5 mm粗集料摻量的增大,冷再生混合料水穩(wěn)定性、低溫性能變化較小,19~26.5 mm粗集料用量由0%增至10%~20%時,高溫性能提高96%。

(4)根據(jù)三種材料各摻量條件下混合料路用性能檢測結(jié)果,并充分考慮施工成本因素,經(jīng)綜合研究確定泡沫瀝青冷再生混合料水泥用量為1.5%,機(jī)制砂用量為20%,19~26.5 mm粗集料用量控制在10%~20%左右。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期:2023-11-24

作者簡介:朱澤慧(1989—),女,本科,助理工程師,從事材料管理工作。

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