潘向華

(廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

目前，乳化瀝青冷再生技術(shù)作為有效處理廢舊瀝青混合料的手段之一，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了大量的應(yīng)用，該技術(shù)不僅解決了廢舊材料污染環(huán)境等問(wèn)題，而且在提高自然資源利用效率的同時(shí)又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

由于回收的瀝青混合組分結(jié)構(gòu)變化較大，導(dǎo)致再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)與常規(guī)熱拌瀝青混合料設(shè)計(jì)存在較大的變化，成型試件的各項(xiàng)性能指標(biāo)具有顯著的差異，且國(guó)內(nèi)外未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外應(yīng)用較多的國(guó)家也僅僅限于經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)方法和區(qū)域性的應(yīng)用方法。如美國(guó)瀝青再生協(xié)會(huì)(ARRA)研究提出了修正馬歇爾法、修正維姆法、俄勒岡州估算設(shè)計(jì)法等[1]。陳曉剛通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)的二次擊實(shí)方法會(huì)破壞水泥水化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，影響再生混合料后期強(qiáng)度[2]。

綜上所述，我國(guó)對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法在乳化瀝青冷再生混合料的研究較少，本文通過(guò)分析旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)、拌合物用水量及乳化瀝青用量等關(guān)鍵因素，提出了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性，具有重要的研究意義。

1 試驗(yàn)方案

(1)本文選擇乳化瀝青為陽(yáng)離子慢裂乳化瀝青，其各項(xiàng)技術(shù)見(jiàn)表1，選擇再生舊料為某高速公路上面層銑刨料，其技術(shù)指標(biāo)滿足《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)和《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)[3-4]的相關(guān)要求。水泥選擇P.O32.5的普通硅酸鹽水泥(見(jiàn)表2)，拌合用水為生活飲用水。

表1 乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)表

表2 水泥技術(shù)指標(biāo)表

(2)通過(guò)選擇旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型乳化瀝青冷再生混合料試件，選擇中粒式級(jí)配為研究對(duì)象，成型試件直徑150 mm，旋轉(zhuǎn)角度1.25°，轉(zhuǎn)速30 r/s，依據(jù)JTG F41-2008技術(shù)要求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生[5]；研究通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)、乳化瀝青用量及拌合用水量等因素對(duì)劈裂強(qiáng)度、空隙率等指標(biāo)的影響，確定旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法在乳化瀝青冷再生混合料中應(yīng)用的有效性和相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)壓實(shí)次數(shù)指標(biāo)分析

研究不同壓實(shí)次數(shù)(30次、50次、70次和100次)對(duì)空隙率指標(biāo)、劈裂強(qiáng)度指標(biāo)的影響規(guī)律，并采用常規(guī)馬歇爾試驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 空隙率指標(biāo)隨壓實(shí)次數(shù)變化曲線圖

圖2 劈裂強(qiáng)度指標(biāo)隨壓實(shí)次數(shù)變化曲線圖

圖1、圖2分別描述了乳化瀝青含量3.5%時(shí)不同壓實(shí)次數(shù)下空隙率、劈裂強(qiáng)度值變化結(jié)果，分析可知：

(1)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)對(duì)空隙率具有顯著影響，隨壓實(shí)次數(shù)的增加，空隙率呈顯著下降趨勢(shì)。且隨著壓實(shí)次數(shù)進(jìn)一步增加，空隙率變化幅度逐漸降低，在30～70次范圍內(nèi)，空隙率下降幅度顯著；而在70～100次范圍內(nèi)，空隙率值變化較小，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)50次的空隙率值(10.3%)與馬歇爾擊實(shí)結(jié)果相接近(馬歇爾試驗(yàn)空隙率為10.4%)。

(2)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)增加能夠有效改善混合料壓實(shí)度，空隙率指標(biāo)下降，但該指標(biāo)的下降幅度與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)具有一定的合理范圍，超出該范圍并不能良好地改善其密實(shí)程度。如旋轉(zhuǎn)壓實(shí)100次的空隙率值降低了3%(與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)70次相比)，而旋轉(zhuǎn)70次的空隙率值則降低了18%(與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)30次相比)。

(3)隨著旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)的增加，劈裂強(qiáng)度指標(biāo)呈增加趨勢(shì)變化(見(jiàn)圖2)。在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)70次和100次，劈裂強(qiáng)度值分別提高了約22.4%和23.9%(與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)30次相比)，說(shuō)明壓實(shí)次數(shù)的增加能夠有效提高混合料的力學(xué)強(qiáng)度，但旋轉(zhuǎn)壓實(shí)100次改善效果與70次相接近。

匯總上述結(jié)果，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)對(duì)空隙率存在直接影響，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)50次的空隙率值與常規(guī)馬歇爾結(jié)果相接近，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)70～100次成型試件，能夠降低空隙率10%左右。結(jié)合劈裂強(qiáng)度指標(biāo)結(jié)果，推薦合理的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為70～90次。

2.2 拌合用水量指標(biāo)分析

乳化瀝青冷再生混合料現(xiàn)場(chǎng)拌合過(guò)程中，合理添加用水量能夠明顯提高再生混合料的可壓實(shí)性能、施工和易性及路用性能[6]。本文通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法和重型擊實(shí)方法分析拌合用水量對(duì)體積參數(shù)的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

由圖3可知：

(1)成型方式的改變對(duì)乳化瀝青混合料的最大干密度和最佳含水量存在不同的影響，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型試件的最大干密度值高于重型擊實(shí)方法，而對(duì)應(yīng)的最佳含水量值小于重型擊實(shí)方法。如重型擊實(shí)方法最大干密度值和最佳含水量分別為2.035 g/cm3和3.5%，而旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法的為2.108 g/cm3和2.8%。由此可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法能夠進(jìn)一步提高試件壓實(shí)密度，且能夠降低用水量0.7%。

(2)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法的原理主要為對(duì)混合料施加揉搓壓力，通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)角而相互作用，而重型擊實(shí)的基本原理為垂直壓力直接作用于混合料表面，依靠上下嵌擠進(jìn)行壓實(shí)。研究表明旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法能夠較好地模擬現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)碾壓作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程觀察發(fā)現(xiàn)采用擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳用水量不易控制，現(xiàn)場(chǎng)拌合料含水量偏大、碾壓過(guò)程中泌水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法控制最佳含水量能夠降低或避免上述現(xiàn)象。為進(jìn)一步分析含水量對(duì)其他性能影響，圖4描述了采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型試件的干濕劈裂強(qiáng)度比隨用水量變化的趨勢(shì)。

(a)重型擊實(shí)試驗(yàn)

(b)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)圖3 干密度隨用水量變化曲線圖

圖4 干濕劈裂強(qiáng)度比隨用水量變化曲線圖

(3)用水量對(duì)干濕劈裂強(qiáng)度比具有顯著影響，其隨用水量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，符合二次函數(shù)關(guān)系曲線，最大值為0.92，最佳用水量為2.8%，這與上述最大干密度分析結(jié)果相一致，說(shuō)明只有在最佳含水量條件下，試件的干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)才能得到有效保證。因此，本文提出采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型乳化瀝青冷再生混合料，確定最佳用水量，能夠顯著提高混合料壓實(shí)密度，降低用水量，進(jìn)一步保證干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)的可靠度。

2.3 乳化瀝青用量指標(biāo)分析

依據(jù)上述研究成果，試驗(yàn)選擇旋轉(zhuǎn)壓實(shí)70次，成型溫度25℃，最佳拌合用水量2.8%，不同乳化瀝青用量條件下(3.0%、3.5%、4.0%和4.5%)，結(jié)合空隙率指標(biāo)和干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)確定最佳乳化瀝青用量，結(jié)果見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 空隙率指標(biāo)隨乳化瀝青用量變化曲線圖

圖6 干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)隨乳化瀝青用量變化曲線圖

圖5、圖6分別描述了空隙率指標(biāo)和干濕劈裂強(qiáng)度指標(biāo)隨乳化瀝青用量的變化結(jié)果，分析可知：

(1)隨著乳化瀝青用量增加，空隙率值呈顯著下降趨勢(shì)，乳化瀝青含量在3.0%～4.0%時(shí)，空隙率變化幅度較大(二者差值為1.2%)，而在4.0%～4.5%時(shí)空隙率變化值較小，差值僅為0.2%，說(shuō)明乳化瀝青用量的增加能夠良好改善混合料的空隙率值，且乳化瀝青含量對(duì)空隙率影響具有一定范圍的敏感性，在合理范圍內(nèi)可采用乳化瀝青上限進(jìn)行有效控制空隙率，但超過(guò)該范圍，對(duì)空隙率的改善效果并不顯著。

(2)隨著乳化瀝青用量的增加，干濕劈裂強(qiáng)度值呈凸曲線狀態(tài)，干濕劈裂強(qiáng)度比存在最大值為92.1%，所對(duì)應(yīng)的乳化瀝青用量為4.1%，與其相對(duì)應(yīng)的空隙率為9.5%。這說(shuō)明合理的瀝青用量保證了混合料具有良好的和易性，旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增加對(duì)混合料空隙率提高具有良好的變化規(guī)律，而干濕劈裂強(qiáng)度值的變化正是上述分析結(jié)果的直接反映[7]。

(3)結(jié)合旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)、拌合用水試驗(yàn)成果，提出采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)70～90次、成型溫度25 ℃、最佳用水量為2.8%、乳化瀝青用量4.1%成型試件，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)并進(jìn)行性能驗(yàn)證，早期強(qiáng)度與路用性能均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)研究提出旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型乳化瀝青冷再生混合料，分析了旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)、最佳拌合用水量及乳化瀝青用量等關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律影響，與普通馬歇爾方法相比，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法能夠有效提高乳化瀝青混合料密實(shí)度，降低拌合水用量和空隙率。

(2)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)對(duì)空隙率指標(biāo)、劈裂強(qiáng)度指標(biāo)存在較大影響，隨旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)增加，空隙率值呈下降趨勢(shì)，劈裂強(qiáng)度值呈增加趨勢(shì)，且在70～90次范圍內(nèi)，二者的變化幅度趨于穩(wěn)定，空隙率值約為10%，劈裂強(qiáng)度值約為0.80 MPa。

(3)隨拌合用水量的增加，最大干密度指標(biāo)和干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)呈先增加后降低的趨勢(shì)，二者均具有最大值，最佳拌合用水量為2.8%時(shí)，二者的值分別為2.108 g/cm3和0.92%。

(4)隨乳化瀝青用量的增加，空隙率指標(biāo)呈線性降低趨勢(shì)，干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)呈先增加后降低的趨勢(shì)。依據(jù)干濕劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)，在最大值92.1%對(duì)應(yīng)瀝青用量為4.1%，與其相對(duì)應(yīng)的空隙率為9.5%。