張治強，鄒靜蓉，李　濤，歐陽寧，朱　琪

(中南林業(yè)科技大學 土木工程與力學學院，湖南 長沙　410004)

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乳化瀝青廠拌冷再生混合料技術指標研究

張治強，鄒靜蓉，李濤，歐陽寧，朱琪

(中南林業(yè)科技大學 土木工程與力學學院，湖南 長沙410004)

針對乳化瀝青廠拌冷再生不同的配合比，研究在相同油石比、不同油石比、最佳含水率、不同配合比情況下試件的空隙率，干劈裂強度、濕劈裂強度、干濕劈裂比、常溫劈裂、凍融劈裂、凍融劈裂比及結合施工現場的混合料拌合均勻性、色澤、配伍性、裹覆性來確定混合料的最佳配合比及性能變化規(guī)律。分析得出空隙率宜控制在12%以內，空隙率過大會導致水穩(wěn)定性不足，影響現場壓實效果。添加的新集料比例不宜過高。水泥劑量宜控制在2%左右，水泥劑量太高會降低混合料的疲勞壽命，太低則會影響混合料的早期強度。并通過3組配合比的對比研究確定最佳配比為RAP1#：19.5%，RAP2#：56.5%，原生料3#(10-20)：12%，原生料4#(10-20)：8.5%，礦粉：2%，水泥：1.5%。

；乳化瀝青；廠拌冷再生；最佳配合比；劈裂強度；疲勞壽命

0　概述

乳化瀝青廠拌冷再生是采用銑刨設備銑刨原瀝青路面，運送至拌合場后經破碎(根據施工情況破碎分檔)、篩分(必要時)，加入一定的新集料，活性填料(水泥、礦粉、石灰等)，水及乳化瀝青常溫拌合而成的混合料，經攤鋪、碾壓、養(yǎng)生實現舊瀝青路面再生的技術。具有環(huán)保、經濟，廣泛應用于高速公路、一級公路下面層，二級以下公路表面層，有著廣闊的應用前景。

本文主要研究的是乳化瀝青廠拌冷再生的配合比設計及性能變化規(guī)律，從混合料的早期強度形成機理，原材料、活性填料的選擇、最佳含水率、油石比、配合比變化分析影響混合料空隙率、干劈裂強度、濕劈裂強度、干濕劈裂比、未凍融劈裂強度、凍融劈裂強度、凍融劈裂比(TSR)的關鍵因素，從而應用和指導乳化瀝青廠拌冷再生配合比設計，作為設計過程中的控制指標。

1　混合料強度形成機理

乳化瀝青混合料的強度主要是由內聚力和內摩阻力形成的，在不同的階段兩者的貢獻有所不同，早期強度主要是由集料的骨架嵌擠，摩擦形成的內摩阻力及水泥水化形成，后期強度由乳化瀝青破乳、水分蒸發(fā)、集料與瀝青粘附形成的內聚力形成。整個混合料的強度由早期強度和后期強度構成，并且后期強度對混合料的貢獻最大，混合料的抗剪強度可以由三軸壓縮試驗方法應用摩爾-庫倫包絡線方程求得[1]，見式(1)。

T=C+αtanθ

(1)

式中：T為混合料的抗剪強度，MPa；C為混合料的粘聚力，MPa；θ為混合料的內摩擦角，rad；α為混合料的正應力，MPa。

2　試驗材料

水泥采用PO42.5普通緩凝硅酸鹽水泥，初凝時間應在3 h以上，終凝時間應在6 h以上，不宜采用快硬，早強水泥。乳化瀝青考慮到混合料拌合、運送、攤鋪、養(yǎng)生、開放交通等因素采用慢裂慢凝陽離子、固化物含量為60%的乳化瀝青?；旌狭嫌蒖AP銑刨料1#(10-20)、2#(3-10)、原生料3#(10-20)、4#(0-5)石灰?guī)r、活性填料、乳化瀝青組成。RAP銑刨料及乳化瀝青指標如表1、表2，RAP各檔料篩分通過率如表3。

表1 RAP銑刨料指標類別含水率/%瀝青含量/%砂當量/%RAP料0.255.7875

表2 乳化瀝青指標類別粒子電荷固化物含量/%RAP料陽離子60

表3 RAP各檔料篩分通過率類別篩孔(mm)通過率/%26.5191613.29.51#(10-20)10074.235.713.52.62#(3-10)10010010010092.7篩孔(mm)通過率/%4.752.361.180.60.30.150.0751.30.90.70.60.50.30.140.76.52.51.40.70.50.2

3　級配選擇

針對活性填料的選擇(主要是水泥、礦粉)，考慮其早期強度形成主要是混合料的內摩阻力和水泥水化所產生的膠結力所形成，對混合料的早期強度影響較大，因此水泥劑量宜控制在合適的范圍之內?！豆窞r青路面再生技術規(guī)范》JTG 41-2008推薦活性填料一般不超過1.5%，因為早期強度雖然提高較大，但疲勞開裂的可能性會增加，進而影響混合料的疲勞壽命，本研究在水泥劑量選擇時引用已有的研究結果來說明水泥劑量的選擇不宜太高[2]，通過分析研究及結合施工現場具體情況確定最佳水泥劑量為1.5%。

根據《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》JTG F41-2008 及考慮高溫抗車轍特性，確定乳化瀝青冷再生混合料工程設計級配范圍為粗粒式[3]。乳化瀝青用量根據濕劈裂強度、干劈裂強度、干濕劈裂比綜合確定最佳用量為3.5%，如表4。通過重型擊實試驗確定最佳含水率為4.1%。因料源、施工、拌合的變異性，實驗室擬選A、B、C 3種混合料不同的合成級配，合成級配及級配曲線如表5、表6、圖1。

表4 混合料性能試驗結果油石比/%空隙率/%劈裂強度/MPa干濕干濕劈裂比/%60℃動穩(wěn)定度/(次·mm-1)3.013.40.960.900.9412247.43.512.51.040.940.9023863.64.012.40.700.911.3015513.5

表5 混合料合成級配比例%級配RAP(10-20)RAP(3-10)石灰?guī)r(10-20)石灰?guī)r(0-3)礦粉水泥級配A2058—20.5—1.5級配B19.556.5128.521.5級配C235619——2

表6 乳化瀝青冷再生混合料合成級配類別篩孔(mm)通過率/%31.526.513.24.752.360.30.075規(guī)范上限100100806045207規(guī)范下限1008060251531級配A10010082.745.923.17.53.8級配B10010087.149.926.96.64.2級配C10010086.841.318.62.92.0

圖1　乳化瀝青冷再生混合料級配曲線

4　混合料技術指標分析

結合施工現場和室內試驗確定的級配A、級配B、級配C，研究在相同的油石比下，不同級配；不同油石比，相同級配下混合料的性能變化規(guī)律，從混合料的早期強度，水泥劑量的選擇、混合料的拌合(裹覆性、配伍性、均勻性)及結合施工現場實際情況，研究影響混合料空隙率、干劈裂強度、濕劈裂強度、凍融劈裂比的關鍵因素，從而作為配合比設計時考慮的具體指標。表7為同一種級配，不同的油石比；同一油石比，不同級配來對比分析混合料的性能變化。

表7 混合料的性能變化規(guī)律級配油石比/%空隙率/%干劈裂強度/MPa濕劈裂強度/MPa干濕劈裂比/%常溫劈裂/MPa凍融劈裂/MPa凍融劈裂比/%級配B3.511.920.860.7182.560.530.4584.224.210.870.890.6168.540.550.4988.14級配A4.29.751.040.9490.380.410.2355.13級配C3.511.960.690.6695.650.550.4480.104.211.400.710.5983.100.530.4584.24

4.1相同級配C，不同油石比

由表7，及圖2知，相同的級配C，不同油石比條件下，增加混合料的油石比，空隙率在減小，減小幅度為4.68%；干劈裂強度增加，增加幅度為2.82%，濕劈裂強度反而在減小，減小幅度為10.61%；干濕劈裂比在減小，減小幅度為13.12%；常溫劈裂強度減小，減小幅度為3.64%，凍融劈裂強度增加，增加幅度為2.22%；凍融劈裂比增加，增加幅度為4.91%。

圖2　級配C下不同油石比的劈裂強度

表明用油量增加，增加了再生料，原生料、填料、乳化瀝青之間的裹覆性，均勻性，使得骨料之間的粘結力，嵌擠力增強，從而減小了混合料的空隙率，增大了干劈裂強度。

用油量增加，濕劈裂強度減小幅度為10.61%，凍融劈裂試驗中的常溫劈裂強度減小幅度為3.64%，因為在劈裂條件下，試件內部呈受拉狀態(tài)，隨著用油量的增加，骨料之間咬合力、擠力會被多余的瀝青所填充，減小了集料與集料之間的粘結力；同時浸水劈裂與常溫劈裂在水的浸泡下，集料表面裹覆的瀝青會有所軟化，使得濕劈裂強度與常溫劈裂強度減小[4]。

油石比的增加，使得混合料的空隙率減小，減少了自由水進入混合料內部的可能性，從而使得混合料在凍脹時因體積增大而增加混合料內部的張力。

4.2相同油石比，不同級配A、級配B

由表7及圖3知，在相同油石比4.2%，級配A與級配B條件下，混合料的技術性能指標會有所不同。由表5知級配B增加了一檔(10-20)的原生料，減少了(0-3)細集料的摻配比例，同時摻加了2%的活性填料，級配B的空隙率比級配A大；干劈裂強度、濕劈裂強度及干濕劈裂比都比級配A??；常溫劈裂、凍融劈裂及凍融劈裂比則比級配A大。

圖3　相同油石比下、不同級配的劈裂強度

級配A的空隙率比級配B的空隙率小，集料間的粘結力受水損壞的影響小，不會造成瀝青膜的剝落，從而使得級配A的干劈裂強度及濕劈裂強度、干濕劈裂比都高于級配B；同時級配變粗，粗集料的比例增加，使得混合料的內摩阻力增大[5]。

4.3相同級配B，不同油石比

由表7及圖4知，級配B和級配C在不同油石比、同一組級配下有著同樣的變化規(guī)律，然而級配B的混合料在性能方面更好?；旌狭霞壟銫雖變粗，骨架作用明顯，內摩阻力會增大，但是超過最佳的極限后，又會隨著級配變粗，混合料的性能減弱。因此從混合料的性能方面考慮，確定最佳配比為RAP1#：19.5%，RAP2#：56.5%，原生料3#(10-20)：12%，原生料4#(10-20)：8.5%，礦粉：2%，水泥：1.5%。

圖4　級配B下不同油石比的劈裂強度

5　結論

1) 乳化瀝青廠拌冷再生混合料活性填料水泥的選擇應控制2%之內，水泥劑量較高可以增加混合料的早期強度，但是同時也會降低混合料的疲勞壽命。

2) 空隙率宜控制在12%以內，空隙率過大會導致水穩(wěn)定性不足，影響現場壓實效果。

3) 研究確定最佳配比為RAP1#：19.5%，RAP2#：56.5%，原生料3#(10-20)：12%，原生料4#(10-20)：8.5%，礦粉：2%，水泥：1.5%。

[1]李江.乳化瀝青混凝土強度形成機理研究[J].石油瀝青，2007，21(2)：26-31.

[2]徐東，陳祥峰，鄭南翔.乳化瀝青冷再生混合料配合比設計及性能分析[J].廣西大學學報，2012，37(1)：103-109.

[3]JTG F41-2008，公路瀝青路面再生技術規(guī)范[S].

[4]趙永利，吳震，黃曉明.瀝青混合料水穩(wěn)定性的試驗研究[J].東南大學學報，2001，31(3)：99-102.

[5]彭勇，孫立軍，石永久，等.瀝青混合料劈裂強度的影響因素[J].吉林大學學報，2007，37(6)：1304-1307.

2016-06-21

湖南省交通科技項目;湖南省干線公路大修改造耐久性技術研究(201402)

張治強(1991-)，男，碩士，研究方向:市政與道路。

；1008-844X(2016)03-0054-04

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