摻水泥優(yōu)化泡沫瀝青冷再生混合料的路用性能分析

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(yàn)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(shí)，其凍融強(qiáng)度比提升19%，動(dòng)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(shí)，混合料凍融強(qiáng)度比提升10%，動(dòng)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(shí)，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(xiàng)新型瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可實(shí)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(huì)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(yàn)，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(dòng)冷再生技術(shù)發(fā)展，具有重要意義。

1 試驗(yàn)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(xiàng)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(yàn)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(yàn)[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(yàn)，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(yàn)，具體如表3所示。

1.3 試驗(yàn)方法

車轍試驗(yàn)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(yàn)條件為（60 ℃，0.7 MPa）。

低溫彎曲試驗(yàn)：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(yàn)檢測規(guī)范》中殘留穩(wěn)定度比與凍融劈裂強(qiáng)度兩項(xiàng)指標(biāo)，綜合判定冷再生混合料水穩(wěn)定性能[5-7]。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 水泥摻量的影響

根據(jù)混合料配比試驗(yàn)，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(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)分析可知：①當(dāng)水泥用量增大時(shí)，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(dòng)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(dòng)穩(wěn)定度顯著提升。相較于水泥用量0%時(shí)，1.5%摻量下，混合料動(dòng)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(yàn)，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(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)分析可知：①當(dāng)機(jī)制砂用量增大時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(yàn)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，混合料高溫性能處于最優(yōu)狀態(tài)，相較于用量為0%時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(yàn)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(shí)，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(shí)，其凍融強(qiáng)度比提升19%，動(dòng)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(shí)，混合料凍融強(qiáng)度比提升10%，動(dòng)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(shí)，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)

[1]王鳳， 韋萬峰. 溫拌泡沫瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及路用性能研究[J]. 市政技術(shù)， 2023（9）： 33-38.

[2]王杰， 鄭鯤鵬， 徐劍， 等. 發(fā)泡用水量對泡沫溫拌瀝青混合料力學(xué)性能的影響[J]. 公路交通科技， 2023（8）： 1-8.

[3]丁曉明. 泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)及施工技術(shù)[J]. 福建建材， 2021（12）： 87-89.

[4]李宇， 孫雪強(qiáng)， 高建芳， 等. 高溫重載下泡沫瀝青冷再生路面響應(yīng)分析[J]. 森林工程， 2021（4）： 117-125.

[5]鄭炳鋒， 黃毅， 朱富萬， 等. 泡沫溫拌瀝青混合料技術(shù)研究及工程應(yīng)用[J]. 石油瀝青， 2021（3）： 45-50.

[6]羅永仙. 溫拌瀝青混合料技術(shù)在隧道瀝青路面施工中的應(yīng)用[J]. 黑龍江交通科技， 2021（6）： 141+143.

[7]劉輝. 泡沫瀝青冷再生混合料抗車轍性能影響因素探究[J]. 黑龍江交通科技， 2019（11）： 61-62+64.

[8]王小明， 蔣鶴. 泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能影響因素研究[J]. 山西交通科技， 2023（1）： 12-15.

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。