乳化瀝青冷再生混合料早期強度影響因素研究

2024-12-31 00:00:00夏天文

西部交通科技 2024年11期

摘要：乳化瀝青冷再生混合料的早期強度是影響再生路面鋪筑質量的重要指標。文章介紹了乳化瀝青混合料配合比設計方案，并通過正交試驗，研究了水泥摻量、含水率及養生齡期對乳化瀝青冷再生混合料早期強度的影響。結果表明：增加水泥摻量有助于提高混合料強度；含水率越大，混合料間接拉伸強度及15 ℃劈裂強度越小，且存在最佳含水率使抗壓強度最大；混合料早期強度主要在養生期前3 d形成；水泥摻量及齡期對混合料早期強度均為顯著影響。

關鍵詞：乳化瀝青；冷再生；正交試驗；早期強度

中圖分類號：U414.1" " "文獻標識碼：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.021

文章編號：1673-4874（2024）11-0064-04

0引言

我國第一條高速公路——滬嘉高速公路于1988年通車，進入21世紀后我國高速公路迎來了突飛猛進的建設期。截至目前，根據國家統計局數據，我國已建成通車的高速公路里程達到16.10×104 km，位居世界第一。瀝青路面憑借其行車舒適性好、平整無接縫等優點成為高速公路的主要路面結構形式，但因瀝青混合料材料老化特性，大多數早期投入的瀝青路面高速公路已進入大中修階段。傳統的瀝青路面維修養護手段是銑刨原有路面，鋪筑新的瀝青混合料，而這會導致大量的廢舊材料浪費與新瀝青及集料的投入，對生態環境造成較大的負面影響［1］。因此采用科學有效的方法，對廢舊銑刨料進行再生利用，不但降低鋪路成本，也可以減少環境污染與降低資源浪費。

目前瀝青路面主要的再生技術有熱再生與冷再生兩種，其中廠拌熱再生與廠拌冷再生技術是目前較為主流的再生技術，兩者各有優缺點。廠拌熱再生成品質量較高，但銑刨料摻配比例不高，廢舊混合料消耗率低。廠拌冷再生技術一般采用乳化瀝青作為粘結劑，生產的再生混合料一般應用于下面層，且銑刨料摻配比例較高，因此乳化瀝青冷再生混合料是環保效益更高的再生技術［2］。

常規熱拌瀝青混合料路面鋪筑過程中，瀝青路面壓實冷卻后形成強度，即可進行上一面層鋪筑；而乳化瀝青冷再生混合料需要經歷一段養生期，待乳化瀝青破乳才能形成較高的早期強度［3］。相關研究表明，乳化瀝青冷再生混合料早期強度受到水泥摻量、含水率及齡期等因素影響。為給乳化瀝青冷再生混合料推廣提供充分的技術依據與支持，本文展開乳化瀝青冷再生混合料早期強度影響因素研究。

1原材料

1.1乳化瀝青

參考《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG/T 5521-2019）［4］，本文采用的乳化瀝青性能指標實測結果見表1。

1.2填料

采用礦粉與水泥作為乳化瀝青再生混合料的填料。礦粉由石灰巖磨細制得，其可使混合料形成更多的結構瀝青，主要性能指標見表2。水泥采用普通硅酸鹽水泥（P.O 42.5），其水化過程可加快乳化瀝青破乳速率，同時水化產物可提高混合料早期強度。水泥主要性能指標見表3。

1.4RAP

RAP采用舊瀝青路面上面層AC-13銑刨料，采用干篩法對RAP進行篩分。篩分結果見表5。

2乳化瀝青冷再生混合料配合比設計

2.1級配

乳化瀝青冷再生混合料一般用于中下面層，因此本文選用AC-20型級配作為研究級配，以RAP、新集料、礦粉及水泥作為礦料合成研究目標（水泥摻量為1.5%）。級配曲線如圖1所示。

2.2最佳含水率

初定乳化瀝青用量為3.5%，以4.0%為中間含水率，上下浮動1%擬定5個含水率，進行擊實試驗。試驗結果見表6。

由表5可知，隨含水率增加，試件干密度出現先增大后減小現象，說明恰當的用水量可使得混合料更均勻密實，故本文混合料最佳含水率確定為4.0%。

2.3最佳瀝青用量

以3.5%為預估瀝青用量，以2.5%、3.5%、4.0%、4.5%為浮動瀝青用量，水泥用量為1.5%，含水率為4.0%，制備乳化瀝青冷再生混合料試件進行條件劈裂試驗，測定15 ℃劈裂強度與干濕劈裂強度比指標，以確定最佳瀝青用量。試驗結果如圖2所示。

由圖2可知：隨瀝青用量增加，混合料15 ℃劈裂強度曲線與干濕劈裂強度比曲線均為單峰曲線，均在瀝青用量為4.0%時達到峰值，因此本文確定最佳瀝青用量為4.2%。

3早期強度影響因素研究

乳化瀝青冷再生混合料早期強度對于施工過程控制具有重要影響。若養生初期乳化瀝青冷再生路面受到機械荷載作用，極易產生開裂，因此本文從水泥摻量、含水率及養生齡期三個影響因素展開早期強度研究。參考國內外及前期調研成果，擬定各影響因素的研究水平見表7。

乳化瀝青冷再生混合料作為下面層使用，要求具備較優良的抗壓強度和拉伸強度，因此本文采用間接拉伸強度、劈裂強度及抗壓強度作為研究評價指標。為提高試驗效率，結合正交試驗方法進行方案設計開展試驗研究。試驗結果見下頁表8。

3.1水泥摻量

隨水泥摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度均呈現上升趨勢，這說明水泥摻量越大，參與水化反應的水泥越多，水化產物也越多，混合料內部水分減少，水化產物填入空隙，使混合料整體變得致密，從而提高了試件強度，因此表現出間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度增大的趨勢。

觀察圖3可知，當水泥摻量超過1.3%時，混合料的間接拉伸強度與15 ℃劈裂強度增長趨勢有所降低，這可能是因為水泥水化過程中消耗了大量水分，待水分基本消耗完成后，水化產物生成速率降低，從而表現出強度增加放緩［5］。

3.2含水率

隨含水率增加，乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度與15 ℃劈裂強度減小。這是因為含水率增加導致再生混合料中水泥膠漿及瀝青膠漿與集料之間的水膜厚度增大，從而降低粘結料與集料的粘附性；15 ℃劈裂強度試驗過程中，再生混合料試件需要在15 ℃水中恒溫2 h，導致試件中水分過大，劣化了水泥水化過程，同時也降低了瀝青膠漿與集料的粘附性。

隨含水率增加，乳化瀝青冷再生混合料的抗壓強度呈單峰變化趨勢，抗壓強度先增大后減小，說明適當的含水率有助于水泥水化和降低集料表面摩擦力，便于混合料壓實，使試件更加緊密密實，而含水率過大不利于試件強度形成，因此存在最佳含水率，使乳化瀝青冷再生混合料強度達到最大值。

3.3齡期

隨齡期增加，乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度先快速增加，而后增速放緩，養生3 d的三種強度分別達到了養生7 d的96.7%、91.1%、91.9%，這說明乳化瀝青冷再生混合料水化反應生成水化產物及乳化瀝青破乳與集料發生粘結形成強度，均主要發生在養生前3 d，因此乳化瀝青冷再生混合料養生期間應嚴格控制前3 d的養生條件。

為探索水泥摻量、含水率及齡期對乳化瀝青冷再生混合料早期強度影響的顯著性，本文采用SPSS軟件對表7試驗結果進行方差分析，結果見表9。

由表9可知，水泥摻量及齡期對乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度的影響P值均＜0.05，為顯著影響；含水率對15 ℃劈裂強度與抗壓強度為顯著影響。

根據影響P值大小，分析各影響因素對試驗結果影響程度排序。對間接拉伸強度及抗壓強度影響排序為：齡期＞水泥摻量＞含水率；對15℃劈裂強度影響排序為：齡期＞含水率＞水泥摻量。

4結語

本文針對乳化瀝青冷再生混合料早期強度影響因素研究，得出以下結論：

（1）增加水泥摻量有利于增大混合料強度，這是因為混合料內部水化產物增加，水分與空隙減小，從而使混合料更加緊密密實；而當摻量＞1.3%時，混合料強度增幅降低。

（2）增加含水率會降低混合料間接拉伸強度與15 ℃劈裂強度，且存在最佳含水率使混合料抗壓強度達到最大值。

（3）隨齡期增加，乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度先快速增加而后增速放緩，說明乳化瀝青冷再生混合料強度主要在養生前3 d形成，因此應嚴控前3 d的養生條件。

（4）水泥摻量及齡期對乳化瀝青冷再生混合料的間接拉伸強度、15 ℃劈裂強度及抗壓強度均為顯著影響，含水率對15 ℃劈裂強度與抗壓強度為顯著影響。

參考文獻：

［1］李希友.熱拌再生瀝青混合料水穩定性研究［J］.公路，2022，67（2）：242-248.

［2］岳喜兵.廢舊瀝青砼再利用方案經濟性與環保性比選研究［J］.公路與汽運，2020（5）：163-166.