楊澤楠

(中鐵十九局集團(tuán) 第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136)

近年來，老舊路面局部翻修逐漸成為重要的研究課題，我國學(xué)者對老舊瀝青路面翻修進(jìn)行了大量研究，成果頗豐.譚竣等[1]通過大量的老舊瀝青路面的實(shí)際工程項(xiàng)目，對產(chǎn)生病害的機(jī)理進(jìn)行了分析.鐘偉斌等[2]結(jié)合深圳機(jī)荷高速公路的工程實(shí)際，在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上提出了老舊瀝青路面的評價(jià)原則及方法，給出了老舊瀝青路面的鉆芯分析評價(jià)指標(biāo).付濤等[3]以老舊瀝青路面材料和水泥穩(wěn)定碎石層材料作為集料，再添加一定比例的新材料，對混合料進(jìn)行冷再生試驗(yàn)，給出了新舊混合料的配比.張晶等[4]等針對現(xiàn)行公路改建規(guī)范設(shè)計(jì)中的不足，提出了幾種老舊瀝青路面擴(kuò)建的評價(jià)指標(biāo)，并引入了特爾菲-理想點(diǎn)法對其指標(biāo)適用性進(jìn)行了綜合評價(jià).黃伯承等[5]通過鉆芯取樣法對老舊瀝青路面材料的性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了修建初期與老舊路面材料的性能.趙國清等[6]結(jié)合京港澳高速公路對新舊瀝青路面結(jié)合處拼接工藝進(jìn)行了研究.

本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合沈陽某老舊瀝青路面改造項(xiàng)目，采用工程中最常見的建筑材料水泥和石灰作為外添材料，對乳化瀝青冷再生混合料進(jìn)行改良，通過試驗(yàn)對比分析了2種材料改良后的效果，并分析其路用各向性能指標(biāo)隨外添材料摻量及室外養(yǎng)生時(shí)間的分布規(guī)律，可為類似工程提供可靠的理論依據(jù).

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

采用沈陽某舊路面銑刨下來的瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)作為乳化瀝青冷再生混合料，按粒徑尺寸劃分為3擋，即RAP(15～25 mm)、RAP(7.5～15 mm)和RAP(0～7.5 mm)，乳化瀝青冷再生混合料摻量比例見表1.RAP級配按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011)給出級配范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)結(jié)果見表2.

表1 冷再生混合料摻量比例

表2 冷再生礦料級配

采用的基質(zhì)瀝青為韓國進(jìn)口的SK90號瀝青，乳化劑采用美國生產(chǎn)的美德維石維科乳化劑，該乳化劑分散效果較好且性能相對穩(wěn)定.根據(jù)試驗(yàn)檢測結(jié)果可知，本文選用的乳化瀝青各向檢測性能良好.采用的生石灰為石灰粉，其0.075 mm篩孔通過率約為98%，水泥為市面上常見的普通硅酸鹽水泥P·O32.5，初凝時(shí)間為4.5 h，終凝時(shí)間為7.5 h.

1.2 試驗(yàn)方法

采用體積法對冷再生瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011)中給定的試驗(yàn)方法進(jìn)行.試樣制備工序?yàn)椋撼鯄?0次后脫?！娓绅B(yǎng)生72 h→旋壓50次脫模，此為1個(gè)完整試件制備過程.根據(jù)試驗(yàn)測試結(jié)果及相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)可知，瀝青混合料中加入水泥和石灰后的最佳乳化瀝青用量約為混合料總量的3.75%.本文同樣采用該比例對乳化瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40—2004)給出的檢測方法對瀝青混合料的水穩(wěn)性能及溫度性能進(jìn)行測試.另外，由于礦粉、石灰和水泥三者的篩孔通過率基本相同，因此可將水泥、石灰的摻入量理解為礦粉的減少量，集料的總量不變，級配無影響.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同外添材料對乳化瀝青冷再生混合料的影響

根據(jù)不同外添材料及不同摻量下冷再生乳化瀝青混合料的試驗(yàn)檢測結(jié)果，繪制不同外添材料各性質(zhì)指標(biāo)隨摻量的分布曲線，如圖1所示.石灰和水泥2種外添材料對再生混合料的各向性能均有顯著的提升作用，表明2種外添材料均能有效地改善冷再生混合料的性能.

(a) 劈裂強(qiáng)度 (b) 穩(wěn)定度 (c) 動(dòng)穩(wěn)定度

(d) 殘留穩(wěn)定度 (e) 干濕劈裂強(qiáng)度比 (f) 凍融劈裂強(qiáng)度比圖1 冷再生混合料不同檢測指標(biāo)與摻量關(guān)系曲線

由圖1可以看出：乳化瀝青冷再生混合料檢測指標(biāo)均隨外添材料摻量的增大呈逐漸遞增趨勢，且各指標(biāo)檢測結(jié)果中，水泥對混合料的指標(biāo)性能的提升作用更高.

1) 當(dāng)石灰和水泥的摻量均為0.0%時(shí)，乳化瀝青冷再生混合料試樣的劈裂強(qiáng)度為0.65 MPa，穩(wěn)定度為17.6 kN，動(dòng)穩(wěn)定度為1 211 次/mm，殘留穩(wěn)定度為95.6%，干濕劈裂強(qiáng)度比為87.2%，凍融劈裂強(qiáng)度比為84.3%；

2) 當(dāng)石灰摻量分別為1.0%、2.0%、3.0%時(shí)，各試驗(yàn)檢測指標(biāo)均有明顯提升，其中，劈裂強(qiáng)度分別提升了12.31%、21.54%和30.77%，穩(wěn)定度分別提升了4.55%、5.68%和11.93%，動(dòng)穩(wěn)定度分別提升了93.31%、148.39%和461.19%，殘留穩(wěn)定度分別提升了0.52%、2.51%和2.93%，干濕劈裂強(qiáng)度比分別提升了4.22%、7.88%和10.05%，凍融劈裂強(qiáng)度分別提升了2.14%、4.63%和5.46%.

3) 當(dāng)水泥摻量分別為1.0%、2.0%和3.0%時(shí)，各試驗(yàn)檢測指標(biāo)同樣有明顯提升，其中，劈裂強(qiáng)度分別提升了7.69%、12.31%和18.46%，穩(wěn)定度分別提升了2.84%、3.98%和6.82%，動(dòng)穩(wěn)定度分別提升了88.27%、147.15%和359.54%，殘留穩(wěn)定度分別提升了0.31%、2.20%和2.62%，干濕劈裂強(qiáng)度比分別提升了3.77%、5.59%和8.22%，凍融劈裂強(qiáng)度分別提升了1.66%、2.37%和4.27%.

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)：外添材料對乳化瀝青冷再生混合料試樣的動(dòng)穩(wěn)定度影響最為顯著，表明外添材料石灰和水泥使得混合料的高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)；水泥和石灰同樣能夠提升混合料的水穩(wěn)性，但與高穩(wěn)定性相比要小得多.

已有研究對水泥、石灰在乳化瀝青冷再生混合料中的作用機(jī)理給出了解釋，認(rèn)為石灰在混合料中與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，該過程使得混合料中水分減少，而水化反應(yīng)產(chǎn)生的化合物剛好填補(bǔ)了水占據(jù)的孔隙，增強(qiáng)了混合料的密實(shí)度，進(jìn)而使混合料的整體強(qiáng)度得到提升.另外，生石灰與水發(fā)生水化反應(yīng)后能夠釋放大量的熱能，從而催化了混合料中水分的蒸發(fā)，促進(jìn)了混合料形成早期強(qiáng)度.

水泥對乳化瀝青冷再生混合料的作用機(jī)理可從2方面給出解釋：一方面是由于水泥在混合料中與水發(fā)生水化反應(yīng)，釋放熱能，加速了混合料早期強(qiáng)度的形成，這一點(diǎn)與石灰的作用機(jī)理較為相似；另一方面是由于當(dāng)混合料中水分完全消耗殆盡后，剩余的水泥還可以在混合料中起到活性礦粉的作用，其與乳化瀝青發(fā)生反應(yīng)后形成1層薄膜，使得瀝青與不同粒徑集料之間的粘結(jié)作用增強(qiáng)，繼而提升混合料的整體性能.

2.2 不同外添材料對乳化瀝青冷再生混合料室外性能影響分析

一定量的水分存在于混合料中是乳化瀝青冷再生混合料的重要特征，在室外，水分會(huì)隨著時(shí)間的延長而蒸發(fā)，該過程將導(dǎo)致混合料內(nèi)部的孔隙率逐漸增大，強(qiáng)度逐漸降低，嚴(yán)重影響其路用性.針對這一問題，本文對不同外添材料乳化瀝青冷再生混合料的室外自然養(yǎng)生的失水量進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3.

由表3可知：當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間達(dá)到30 d時(shí)，與養(yǎng)生時(shí)間為0 d相比較，3種摻量下混合料的失水質(zhì)量漲幅分別為207.05%、213.80%、207.42%.可見，隨著養(yǎng)生時(shí)間的延長，混合料的失水量增大，且水泥對混合料失水量的影響相對較強(qiáng).

表3 不同外添材料乳化瀝青冷再生混合料室外 失水試驗(yàn)結(jié)果

圖2為不同外添材料乳化瀝青冷再生混合料的失水量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的分布曲線.由圖2可知：不同外添材料摻量下乳化瀝青冷再生混合料試樣的失水量隨養(yǎng)生時(shí)間的分布曲線基本一致，隨著養(yǎng)生天數(shù)的逐漸延長，試樣的失水質(zhì)量均呈逐漸增大趨勢，其中0～5 d失水量最大，5 d以后失水量開始逐漸減緩.

圖2 失水量與養(yǎng)生時(shí)間關(guān)系曲線

采用Origin軟件對圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘擬合發(fā)現(xiàn)，不同外添材料乳化瀝青冷再生混合料的失水質(zhì)量與養(yǎng)生時(shí)間之間均滿足指數(shù)函數(shù)關(guān)系，擬合相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，表明混合料的室外失水量與養(yǎng)生時(shí)間相關(guān)性較強(qiáng).

圖3為相鄰養(yǎng)生間隔時(shí)間相對漲幅統(tǒng)計(jì)情況，可以看出：在3種摻量下均在第5 天時(shí)失水量相對漲幅最大，之后混合料的失水量相對漲幅基本保持恒定，可見養(yǎng)生初期(0～5 d)是乳化瀝青冷再生混合料失水量最為嚴(yán)重階段.

圖3 相鄰養(yǎng)生間隔時(shí)間相對漲幅

3 結(jié)論

1) 石灰和水泥2種外添材料對乳化瀝青冷再生混合料的各向性能均有顯著的提升作用，其中乳化瀝青冷再生混合料試樣的劈裂強(qiáng)度、穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、干濕劈裂強(qiáng)度比及凍融劈裂強(qiáng)度比均隨2種外添材料的摻量呈逐漸遞增趨勢.

2) 隨著乳化瀝青冷再生混合料在室外自然環(huán)境下養(yǎng)生時(shí)間的延長，未摻加外添材料及摻量為2.0%的水泥、石灰混合料的失水量均呈逐漸遞增趨勢，采用Origin軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)，混合料的失水量與養(yǎng)生時(shí)間之間滿足指數(shù)函數(shù)關(guān)系.

3) 未摻加外添材料及摻量為2.0%的水泥、石灰混合料的失水量均在第5天時(shí)相對漲幅最大，之后混合料的失水量相對漲幅基本保持恒定，可見養(yǎng)生初期(0～5 d)是乳化瀝青冷再生混合料失水量最為嚴(yán)重階段.