蔡海泉

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112；2.新型道路材料國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112)

基金項(xiàng)目：江蘇省交通運(yùn)輸科技與成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2019Y04)。

1 概 述

半剛性基層瀝青路面由于其建設(shè)成本低、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、行駛舒適等特點(diǎn)，已成為目前我國高等級(jí)公路的主要結(jié)構(gòu)，但是在后期路面養(yǎng)護(hù)工作中，常用的銑刨重鋪方式雖然徹底處治路面病害，但養(yǎng)護(hù)成本高，且銑刨料的廢棄不但造成了資源的浪費(fèi)，也對環(huán)境造成了影響。而瀝青路面再生技術(shù)將原路面材料進(jìn)行破碎篩分，作為原材料二次利用，節(jié)約了大量的筑路資源，能夠有效降低工程投資，且利于養(yǎng)護(hù)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

瀝青路面循環(huán)再生利用技術(shù)分類較多，從再生過程是否需要加熱看，包括熱再生和冷再生，從再生地點(diǎn)看，又可分為現(xiàn)場再生和廠拌再生。本文將重點(diǎn)對各種再生技術(shù)中的乳化瀝青廠拌冷再生技術(shù)開展工程應(yīng)用研究。

2 乳化瀝青冷再生強(qiáng)度影響因素分析

施工結(jié)束的再生混合料中包含初步破乳恢復(fù)瀝青性質(zhì)的乳化瀝青、施工過程中按照要求添加的水以及再生過程中破碎的銑刨料等，在養(yǎng)生過程中，再生料中的水分逐漸蒸發(fā)、乳化瀝青持續(xù)破乳恢復(fù)瀝青性質(zhì)，至養(yǎng)生期末再生混合料基本達(dá)到普通瀝青混合料的路用性能。

再生混合料強(qiáng)度受多方面因素影響，本節(jié)將重點(diǎn)對不同乳化瀝青和水泥摻量下混合料強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)分析，從而確定最佳用量。

圖1 水泥-乳化瀝青用量與混合料馬歇爾穩(wěn)定度關(guān)系

圖2 水泥-乳化瀝青用量與混合料抗壓強(qiáng)度關(guān)系

根據(jù)圖1、圖2試驗(yàn)結(jié)果，對比未摻加水泥的再生混合料，摻加水泥的再生混合料強(qiáng)度有所提升，且強(qiáng)度的提升隨著瀝青用量的提高而逐漸降低。改變水泥摻量，在乳化瀝青用量4.3%時(shí)，水泥摻量在1.0%時(shí)，對再生混合料強(qiáng)度增幅影響較大，而當(dāng)乳化瀝青用量4.8%時(shí)，水泥摻量在2%時(shí)對強(qiáng)度增幅影響較大。因此，需要針對不同的瀝青用量選擇與之相對應(yīng)的水泥添加量。

3 乳化瀝青廠拌冷再生混合料設(shè)計(jì)研究

3.1 原材料要求

(1)銑刨料及新加集料要求

對于路面銑刨料(RAP)，要求銑刨后粒徑規(guī)格基本一致，無明顯的塊狀結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，同時(shí)檢測RAP料的砂當(dāng)量和含水量，砂當(dāng)量應(yīng)超過60%，含水率應(yīng)小于3%。同時(shí)對RAP料的級(jí)配合瀝青含量情況進(jìn)行抽提篩分評(píng)價(jià)。若需額外添加集料，則新加集料還應(yīng)滿足相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求。

(2)乳化瀝青要求

結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)及再生技術(shù)規(guī)范的要求，提出了用乳化瀝青膠結(jié)料的技術(shù)要求，如表1所示。

表1 推薦的廠拌冷再生乳化瀝青技術(shù)要求

(3)水泥要求

宜采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5以上的水泥；采用的水泥強(qiáng)度及安定性必須達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范要求，且初凝時(shí)間需大于3 h，終凝時(shí)間需小于6 h。

(4)礦粉要求

礦粉宜采用由石灰?guī)r石料研磨制成的成品，技術(shù)指標(biāo)要求如表2所示。

表2 礦粉質(zhì)量技術(shù)要求

3.2 冷再生混合料設(shè)計(jì)方法

在再生規(guī)范乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)流程基礎(chǔ)上，對原設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，即在乳化瀝青最佳用量確定的基礎(chǔ)上，增加含水量的驗(yàn)證過程。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，以最佳乳化瀝青用量為基準(zhǔn)，分別在不同的含水量條件下成型混合料測量空隙率和劈裂強(qiáng)度，將該途徑確定的最佳含水量與土工擊實(shí)試驗(yàn)確定的含水量進(jìn)行對比分析，若二者偏差不超過1%(即土工擊實(shí)結(jié)果的±1%)，則混合料設(shè)計(jì)達(dá)到要求，若二者偏差超過1%，則在該方法確定的最佳含水量基礎(chǔ)上，調(diào)整并重新確定最佳乳化瀝青含量，直至二者偏差滿足要求。

3.3 混合料配合比設(shè)計(jì)

(1)原材料

根據(jù)要求對細(xì)銑刨料(0～9.5 mm)、粗銑刨料(9.5～19 mm)、新集料、水泥和礦粉進(jìn)行篩分試驗(yàn)。

表3 RAP料、水泥、礦粉篩分試驗(yàn)結(jié)果表

(2)初選級(jí)配

根據(jù)以往養(yǎng)護(hù)工程中再生混合料設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在試配的基礎(chǔ)上初步選擇一組級(jí)配開展后續(xù)試驗(yàn)及設(shè)計(jì)。

表4 初選級(jí)配

(3)土工擊實(shí)法確定最佳含水量

初步擬采用的乳化瀝青摻量為4.0%，分別變化含水量從2.5%～4.5%、間隔0.5%分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)得到的再生混合料干密度與含水量相關(guān)關(guān)系，確定最佳含水量OWC，即最大干密度對應(yīng)的OWC。

圖3 土工擊實(shí)法確定最佳含水量

根據(jù)土工擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，干密度隨含水量的增加先增大后減小，最后確定最佳含水量OWC為4.2%。

(4)最佳乳化瀝青用量的確定

在最佳含水量選擇確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)再生混合料空隙率及劈裂強(qiáng)度與乳化瀝青含量之間的相關(guān)性，選擇乳化瀝青用量。

表5 密度測試結(jié)果

圖4 乳化瀝青用量-劈裂強(qiáng)度曲線

根據(jù)再生混合料空隙率和劈裂強(qiáng)度變化情況，最佳乳化瀝青用量在4.3%左右，此時(shí)再生混合料的劈裂強(qiáng)度滿足規(guī)范中不低于0.5 MPa的要求，且空隙率也處于規(guī)范要求的9%～14%之間。

4 乳化瀝青廠拌冷再生混合料路用性能研究

(1)水穩(wěn)定性能

開展再生混合料的凍融劈裂以及浸水馬歇爾試驗(yàn)，以評(píng)估其抵抗水損害性能。

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表7 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上兩種水穩(wěn)定性試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，再生混合料的劈裂強(qiáng)度TSR達(dá)到85.1%，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度MS0達(dá)到89.3%，滿足瀝青下面層的技術(shù)指標(biāo)要求，具有良好的水穩(wěn)定性，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)高溫穩(wěn)定性能

開展再生混合料的傳統(tǒng)車轍試驗(yàn)，以評(píng)估其抵抗永久變形性能。

表8 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，廠拌乳化瀝青冷再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到1 235次/mm，與普通瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度基本相當(dāng)。

(3)低溫性能

采用小梁低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生混合料的低溫性能，試驗(yàn)溫度設(shè)置為-10 ℃±0.5 ℃，試件尺寸與熱拌瀝青混合料一致。

表9 低溫性能試驗(yàn)結(jié)果

小梁試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混合料的破壞應(yīng)變達(dá)到2 085.8 με，基本滿足技術(shù)規(guī)范中不低于2 000 με的要求。

5 結(jié) 論

(1)水泥的摻加可有效提升乳化瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度，但不同瀝青用量及含水量條件下對強(qiáng)度的提升幅度存在明顯差異。

(2)優(yōu)化了乳化瀝青廠拌冷再生混合料的設(shè)計(jì)流程，增加了從最佳混合料性能和最大干密度兩方面分別確定的最佳含水量驗(yàn)證過程。

(3)路用性能驗(yàn)證結(jié)果表明，乳化瀝青廠拌冷再生混合料具有不低于同使用層位普通瀝青混合料的性能。