賴輝

【摘?要】根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料強(qiáng)度形成機(jī)理，提出乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的和易性和早期強(qiáng)度兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，提出了乳化瀝青冷再生混合料和易性評(píng)價(jià)方法及早期強(qiáng)度的保證措施。同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)踐提出了乳化瀝青冷再生路面施工質(zhì)量影響的主要因素及其控制指標(biāo)和參數(shù)。論文對(duì)于乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)及相關(guān)工程實(shí)踐具有重要參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】冷再生;乳化瀝青;配合比設(shè)計(jì);和易性;早期強(qiáng)度

Design and performance evaluation method of emulsified asphalt cold recycled mixture

Lai Hui

（Chongqing Municipal Design and Research Institute?Chongqing?400000）

【Abstract】According to the formation mechanism of emulsified asphalt cold recycled mixture， the design method of emulsified asphalt cold recycled mixture was proposed. The key indicators of workability and early strength of emulsified asphalt cold recycled mixture were introduced in detail. Evaluating method for the evaluation of the ease of emulsified asphalt cold recycled mixture and early strength. At the same time， combined with engineering practice， the main factors and control indexes and parameters of the construction quality of emulsified asphalt cold recycled pavement were proposed. The paper has important reference value for the mix design of emulsified asphalt cold recycled mixture and related engineering practice.

【Key words】Cold regeneration;Emulsified asphalt;Mix design;Workability;Early strength

1. 引言

（1）自2003年第一條乳化瀝青冷再生在滬寧高速上的應(yīng)用開(kāi)始，乳化瀝青冷再生變逐漸在一些省份開(kāi)始進(jìn)行一些試驗(yàn)性的研究和試驗(yàn)段的鋪筑，在江西九景高速、昌九高速甚至得到了大規(guī)模的應(yīng)用，雖然從當(dāng)時(shí)的情況來(lái)看，取得了一定的突破，但在實(shí)施過(guò)程中仍然存在許多問(wèn)題，如混合料得不到良好的裹覆、路面成型慢等。造成這些問(wèn)題的根本原因在于對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的組成設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)方面的認(rèn)識(shí)存在不足，有待進(jìn)一步研究。

（2）乳化瀝青冷再生混合料組成包括乳化瀝青、舊瀝青、集料、水泥，乳化瀝青中又包含乳化劑、水和基質(zhì)瀝青，其組成成分相對(duì)普通的熱拌瀝青混合料復(fù)雜。由于冷再生混合料中一般都含有水分，冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)和半剛性材料的配合比設(shè)計(jì)也存在相似之處。因此很多學(xué)者在進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)時(shí)，最佳含水量按照半剛性基層的土工擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)確定，混合料的級(jí)配合成、最佳乳化瀝青用量、以及混合料的最終性能驗(yàn)證過(guò)程則跟熱拌混合料比較相似。因此在進(jìn)行《瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）編制時(shí)，由于缺乏足夠的工程經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)支持，乳化瀝青冷再生混合料的設(shè)計(jì)是在綜合半剛性基層和熱拌混合料的設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上編制的。

（3）總體而言，乳化瀝青冷再生混合料兼具瀝青混合料和水穩(wěn)混合料的特性，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮材料組成及特性，考慮路用性能目標(biāo)，采用平衡的理念進(jìn)行綜合考慮。本文針對(duì)乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，即冷再生混合料的和易性和早期強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究和分析。

2. 和易性設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法

根據(jù)乳化瀝青冷再生項(xiàng)目的施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)總結(jié)可知，乳化瀝青冷再生混合料面臨最大的困難是混合料的施工和易性和早期強(qiáng)度難以平衡，即解決了和易性的問(wèn)題，早強(qiáng)又較差，混合料難以形成強(qiáng)度;刻意的提高早強(qiáng)性能，又容易出現(xiàn)粘車、卸車?yán)щy、碾壓粘輪等問(wèn)題。最主要的原因是目前，國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有合適的規(guī)范來(lái)保證混合料具備良好的施工和易性，也沒(méi)有較好的試驗(yàn)方法來(lái)量化混合料的和易性。根據(jù)乳化瀝青混合料在施工過(guò)程中的情況，其和易性應(yīng)體現(xiàn)在：易拌和，易鏟運(yùn)，易攤鋪，易壓實(shí);壓實(shí)之后，混合料應(yīng)有一定的強(qiáng)度保持穩(wěn)定。

因此在試驗(yàn)室則分別根據(jù)其在工程中的表現(xiàn)情況，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)乳化瀝青冷再生混合料的施工和易性，即分別通過(guò)拌合試驗(yàn)、Mass Viscorsity試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，并對(duì)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)后的試件養(yǎng)生后進(jìn)行空隙率指標(biāo)和劈裂強(qiáng)度測(cè)試。

2.1?拌合試驗(yàn)。

（1）拌合試驗(yàn)時(shí)一種經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的試驗(yàn)，必須要經(jīng)過(guò)大量的過(guò)程實(shí)踐，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目中成功或失敗案例的混合料狀況來(lái)判斷試驗(yàn)室拌合出的混合料是否達(dá)到較好的狀態(tài)，一般按照以下的步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

（2）綜合考慮舊料、新料（如果需要）、活性填料性質(zhì)、氣候及施工條件，備用3～5種乳化瀝青配方，對(duì)每個(gè)配方，按照0.5%的變化量確定5個(gè)乳化瀝青用量，在各乳化瀝青用量下與合成級(jí)配的礦料按照以獲得最佳裹覆狀況得到的最佳含水率分別進(jìn)行試拌，觀察混合料的工作性、拌和均勻性、與集料裹覆狀態(tài)及混合料的漿態(tài)。如果拌和完成后集料表面顏色接近乳化瀝青本身顏色，且裹附均勻全面，基本無(wú)花白料，和易性好，有少量漿體，但漿體不流淌、不聚集，粗細(xì)料不分離，則混合料達(dá)到理想拌和狀態(tài)。3個(gè)以上乳化瀝青用量下均能實(shí)現(xiàn)理想拌和狀況的配方即可推薦為配伍性試驗(yàn)的初選乳化瀝青配方。

（3）試驗(yàn)過(guò)程中，我們主要是通過(guò)拌合試驗(yàn)來(lái)判斷混合料的裹覆狀況，通過(guò)上面的拌合狀況，基本上可以從經(jīng)驗(yàn)判斷出乳化瀝青配方的適用情況及RAP料的控制要求。并根據(jù)拌合狀況初步選擇一批乳化瀝青配方進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

2.2?Mass Viscorsity試驗(yàn)。

（1）Mass Visicosity采用的是瑞典Denimo Tech A/S公司制造的用于評(píng)價(jià)瀝青混合料或乳化瀝青混合料工作性的試驗(yàn)設(shè)備。主要是通過(guò)向料框中裝入約6000～6500g料，并啟動(dòng)推力桿，使其緩緩?fù)苿?dòng)混合料，并記錄推動(dòng)過(guò)程中的電流。當(dāng)混合料中存在>10mm粒徑的集料，可能在剛開(kāi)始推動(dòng)或推動(dòng)快結(jié)束時(shí)發(fā)生集料卡住機(jī)器的情況，造成電流過(guò)大，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生比較大的影響，因此在試驗(yàn)時(shí)采用<10mm的RAP料。另推動(dòng)的速度共分9檔，經(jīng)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料施工和易性試驗(yàn)，放在第6檔時(shí)，推動(dòng)速度適中，能較好體現(xiàn)不同乳化瀝青配方的差異性。

（2）為評(píng)價(jià)不同乳化瀝青配方之間的差異，采用奉賢隋唐河路用的RAP料，按4.75～9.5mm：0～4.75mm：水泥=38.5：60：1.5，乳化瀝青用量5.0%，外加水3.0%進(jìn)行拌合，拌合用的乳化瀝青配方分別為PC55（2.5%）、W5（3.0%）、0720G。拌合后的混合料放入25℃、80%濕度的恒溫恒濕箱中養(yǎng)生，并進(jìn)行0h、1h、2h…6h的Mass Viscorsity試驗(yàn)。需注意的是，乳化瀝青冷再生混合料推動(dòng)時(shí)的電流隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，但對(duì)于PC55配方的混合料，其電流在前面4h內(nèi)均較W5和0720G配方的混合料大，且在第4h達(dá)到最大值。表明該配方粘聚力起的最快，即破乳速度最快，在前面4h的施工和易性最差;0720G配方在前面3h內(nèi)電流最小，之后逐漸增大，在第4h后有較大的增加幅度，表明其在前面3h內(nèi)施工和易性最好，第4h后施工和易性有較大的降低趨向，說(shuō)明其可工作時(shí)間約為4h。

2.3?旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)。

（1）當(dāng)今國(guó)際上最廣泛應(yīng)用的混合料成型方法是馬歇爾擊實(shí)和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，但很多專家認(rèn)為，馬歇爾擊實(shí)在模擬路面實(shí)際壓實(shí)狀況以及評(píng)價(jià)路面實(shí)際使用性能方面存在缺陷，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的搓揉成型方法比馬歇爾擊實(shí)成型方法更接近瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，同時(shí)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)能夠詳細(xì)反映在試件成型過(guò)程中每次壓實(shí)所產(chǎn)生的變形。本文將采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法來(lái)評(píng)價(jià)乳化瀝青冷再生混合料的施工和易性。

（2）即將不同乳化瀝青配方的冷再生混合料拌和好之后，裝入錫盒用錫紙密封，放入與現(xiàn)場(chǎng)匹配溫度和濕度的恒溫恒濕箱中，分別放置0h、1h、2h…后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)混合料空隙率的變化曲線，及試件強(qiáng)度的衰減趨勢(shì)，來(lái)判斷該配方下乳化瀝青冷再生混合料的可工作時(shí)間。2012年施工的多個(gè)項(xiàng)目均是通過(guò)該試驗(yàn)來(lái)確定乳化瀝青配方的施工和易性，如京沈輔路、天津?yàn)I石高速、奉賢隋唐河路等等。

3. 早強(qiáng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法

根據(jù)和易性試驗(yàn)初步選定的乳化瀝青配方，在其推薦液體組合下，成型試件，在與現(xiàn)場(chǎng)施工想對(duì)應(yīng)的溫度和濕度條件下進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生結(jié)束后立即進(jìn)行混合料早期強(qiáng)度試驗(yàn)（粘結(jié)力試驗(yàn)、磨耗試驗(yàn)和鉆芯試驗(yàn)）。粘結(jié)力試驗(yàn)（配合鉆芯）和磨耗試驗(yàn)分別測(cè)試混合料表面和內(nèi)部的粘聚力早期形成狀況。表面的粘聚力形成狀況，表征最早交通開(kāi)放時(shí)間。內(nèi)部粘聚力狀況，表征混合料整體性的初步形成和化學(xué)凝聚作用的基本完成。其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：粘結(jié)力評(píng)價(jià)、磨耗評(píng)價(jià)、鉆芯評(píng)價(jià)。

3.1?粘聚力試驗(yàn)。

（1）粘聚力試驗(yàn)時(shí)通過(guò)對(duì)Hveem試驗(yàn)（ASTM D1560）進(jìn)行修正，用于評(píng)價(jià)乳化瀝青冷再生混合料的早期粘聚力情況。其試驗(yàn)原理是：運(yùn)用杠桿加載原理，通過(guò)鋼珠供料口開(kāi)啟大小的調(diào)節(jié);使鋼珠勻速下落到容量筒內(nèi)實(shí)施對(duì)被測(cè)試件的勻速加載，直到試件被掰開(kāi)的瞬間，自動(dòng)關(guān)閉鋼珠供料口，自動(dòng)停止加載。再通過(guò)稱重落入容量筒的鋼珠，獲得加載值，并通過(guò)下列公式計(jì)算得到粘聚力值。

C=LW（0.031H+0.0027H2）式（1）

C——粘聚力值，g/cm2;

L——球重，g;

W——試件直徑，cm;

H——試件高度，cm。

（2）一般是將成型好的乳化瀝青冷再生試件（試件尺寸直徑×高度=150mm×75～80mm）放入與現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的氣候條件相對(duì)應(yīng)的溫度和濕度的恒溫恒濕箱中養(yǎng)生4h后進(jìn)行試驗(yàn)，用于模擬再生混合料抵抗車輛輪胎沖擊的能力，是判斷乳化瀝青冷再生層開(kāi)放交通時(shí)機(jī)的重要指標(biāo)。在未找到有效的評(píng)價(jià)乳化瀝青冷再生混合料和易性的試驗(yàn)方法之前，粘聚力試驗(yàn)是乳化瀝青配方選擇的主要指標(biāo)，但后來(lái)經(jīng)實(shí)踐證明，早期粘聚力好的乳化瀝青配方在施工過(guò)程中的表現(xiàn)未必就好，甚至粘車等現(xiàn)象更嚴(yán)重。因此，后來(lái)僅將粘聚力指標(biāo)作為配方選擇的一個(gè)參考指標(biāo)。

3.2?掃刷試驗(yàn)。

（1）掃刷試驗(yàn)是ASTM 規(guī)范上D 7196 - 06試驗(yàn)，用于評(píng)價(jià)乳化瀝青冷再生混合料抵抗早期車輪磨耗能力。試件的成型及養(yǎng)生與粘聚力試驗(yàn)相同，一般粘聚力試驗(yàn)完成后就立即進(jìn)行掃刷試驗(yàn)。由于國(guó)內(nèi)并不生產(chǎn)掃刷試驗(yàn)設(shè)備，課題組采用的磨耗試驗(yàn)的儀器是改進(jìn)的 A-120 Hobart 攪拌器和用于稀漿封層濕輪磨耗試驗(yàn)的磨耗頭 （包括軟管） （ISSA TB-100），并與定做安放試件的托盤組裝而成。磨耗實(shí)驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)速度在ISSA TB-100 中沒(méi)有改進(jìn)。在磨耗實(shí)驗(yàn)中，需將磨耗頭上的負(fù)重取下。磨耗頭和與試件接觸的軟管的重量應(yīng)為 600±15g。制備的試件在磨耗頭下有四周的防護(hù)，為了得到正確的結(jié)果，需將試件放在中心，并能允許磨耗頭上下自由活動(dòng)。用于防護(hù)和中置的儀器必須允許試件最少可被磨掉10mm。

（2）一般每個(gè)試件磨耗的時(shí)間為15min，在磨耗前后分別稱重，計(jì)算磨耗后的質(zhì)量損失，通過(guò)質(zhì)量損失來(lái)判定乳化瀝青冷再生混合料抵抗臨時(shí)車輛輪胎磨耗的能力強(qiáng)弱，一般磨耗質(zhì)量損失量為2.0%。

3.3?取芯試驗(yàn)。

取芯試驗(yàn)主要是模擬現(xiàn)場(chǎng)混合料取芯狀況，保證乳化瀝青冷再生混合料碾壓成型后能夠盡快進(jìn)入下一步工序。取芯試驗(yàn)有兩種模擬方式，車轍板取芯（模擬厚度≤10cm路面）和大試件取芯（模擬厚度≥10cm路面）。目前采用較多的為大試件取芯試驗(yàn)，其試驗(yàn)條件為：旋轉(zhuǎn)壓實(shí)150mm直徑，15cm厚度試件，旋轉(zhuǎn)次數(shù)為30次，試件成型四周和底部用保鮮膜包裹密實(shí)后放入15℃，90%（條件比較嚴(yán)苛）的濕度恒溫恒濕箱48h，取出試件進(jìn)行取芯試驗(yàn)。取芯試驗(yàn)內(nèi)容包括完整性和強(qiáng)度。

4. 適用于冷再生的乳化瀝青技術(shù)要求

通過(guò)上述乳化瀝青配方的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合考量，得出能夠與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際適應(yīng)情況最優(yōu)的乳化瀝青配方，最終選出的乳化瀝青配方應(yīng)具有以下條件：

（1）能夠與RAP料的活性相匹配，與RAP料按照推薦的液體含量拌合后，具有良好的裹覆狀態(tài)，和較低的水敏感性。

（2）具有良好的施工和易性，通過(guò)Mass Viscorsity和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)確定的可工作時(shí)間能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)拌合、運(yùn)輸、等待和攤鋪過(guò)程的時(shí)間需要。

（3）具有良好的可壓實(shí)性，壓實(shí)后試件的空隙率低，壓實(shí)過(guò)程中排出水的質(zhì)量較多，即具有碾壓破乳的特性。

（4）具有較好的早期強(qiáng)度，具有一定的粘聚力，抗掃刷能力較強(qiáng)，能夠抵抗臨時(shí)交通的磨耗，快速取出完整芯樣，能夠較快的開(kāi)放交通或加鋪罩面。

（5）設(shè)計(jì)出的乳化瀝青配方需要經(jīng)過(guò)混合料性能驗(yàn)證，從多個(gè)項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，通過(guò)本章試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到的乳化瀝青配方，經(jīng)過(guò)混合料的性能驗(yàn)證，均能得到非常好的路用性能，本文性能驗(yàn)證方面的內(nèi)容將不做過(guò)多討論。

5. 乳化瀝青冷再生施工質(zhì)量關(guān)鍵因素及影響規(guī)律

（1）從工程應(yīng)用數(shù)據(jù)來(lái)看，影響乳化瀝青冷再生路面施工質(zhì)量的主要因素有RAP料的活性指標(biāo)（砂當(dāng)量、亞甲藍(lán)）、乳化瀝青配方、施工時(shí)的天氣條件。由于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于乳化瀝青冷再生的研究大多數(shù)還局限在混合料層面方面的內(nèi)容，對(duì)RAP料主要從級(jí)配控制、回收瀝青的性質(zhì)等方面做了一些研究。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)、規(guī)范中，極少看到關(guān)于RAP料活性指標(biāo)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的影響研究。但從實(shí)施的項(xiàng)目情況來(lái)看，RAP的2個(gè)指標(biāo)砂當(dāng)量和亞甲藍(lán)對(duì)于乳化再生混合料的裹覆狀況、乳化瀝青的破乳速度產(chǎn)生的很大的影響。

（2）砂當(dāng)量主要是測(cè)定細(xì)集料中所含的粘性土或雜質(zhì)的含量，以評(píng)定集料的潔凈程度，用SE表示。亞甲藍(lán)試驗(yàn)是測(cè)量細(xì)集料中是否存在膨脹性粘土礦物，并測(cè)定其含量，以評(píng)定集料的潔凈程度，以亞甲藍(lán)值MBV表示。

（3）在乳化瀝青冷再生混合料體系中，砂當(dāng)量主要評(píng)價(jià)的是集料與瀝青的粘附，影響混合料的裹覆狀況，砂當(dāng)量值越大，表明集料潔凈程度越好，對(duì)混合料的裹覆狀況越有利。而亞甲藍(lán)則是評(píng)價(jià)RAP料中活性物質(zhì)吸附能力的大小，影響乳化瀝青的破乳速度，亞甲藍(lán)值越大，其吸附能力越強(qiáng)，乳化瀝青的破乳速度越難以控制。在所實(shí)施的項(xiàng)目中，可以看到，大多數(shù)項(xiàng)目的砂當(dāng)量值超過(guò)85%，混合料的裹覆狀況均較好。

6. 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度形成機(jī)理，提出了乳化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，包括和易性評(píng)價(jià)（包括拌合試驗(yàn)、Mass Viscorsity試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)）和早強(qiáng)評(píng)價(jià)（包括粘聚力試驗(yàn)、掃刷試驗(yàn)、取芯試驗(yàn)）。分別針對(duì)乳化瀝青配方設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的講解，并通過(guò)不同項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的照片來(lái)說(shuō)明各試驗(yàn)的注意點(diǎn)和側(cè)重方向。提出了能夠量化乳化瀝青冷再生混合料施工和易性的評(píng)判方法，如Mass Viscorsity、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)，能夠較快捷的判斷出乳化瀝青配方與RAP、環(huán)境條件的配伍性，并得出混合料的可工作時(shí)間。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和等待時(shí)間的考量，可以判斷設(shè)計(jì)出的乳化瀝青配方的施工和易性是否滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

（2）影響乳化瀝青瀝青冷再生施工質(zhì)量的主要因素是RAP料的活性指標(biāo)（砂當(dāng)量、亞甲藍(lán)）、乳化瀝青配方以及施工時(shí)的天氣條件。其中，RAP料特性及乳化瀝青配方是關(guān)鍵的內(nèi)在因素，起決定性作用，實(shí)際工程中應(yīng)該特別注意。