梁旭之

(貴州省遵義市公路管理局， 貴州 遵義 563100)

隨著公路交通建設(shè)的快速發(fā)展和國家對環(huán)保的高度重視，對路面材料的再生利用是節(jié)能環(huán)保的主要措施。復(fù)合冷再生技術(shù)是一種將銑刨的瀝青面層舊料和半剛性基層舊料按照一定的比例摻配術(shù)廠拌形成冷再生混合料，然后直接用于路面基層，實現(xiàn)瀝青面層舊料和半剛性基層舊料的再生與利用的路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)[1-3]。但由于復(fù)合冷再生水穩(wěn)混合料原材料來源復(fù)雜，再生混合料經(jīng)常存在水泥裹附不均勻、新老材料結(jié)合不緊密、施工變異性較大等問題，致使復(fù)合冷再生技術(shù)的優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮[4-6]。

振動拌和技術(shù)是一種在拌和過程中拌和裝置(攪拌軸、攪拌臂、攪拌葉片)同時釋放激振力的拌和方式[7-8]。多項研究與工程實踐表明，振動拌和技術(shù)可有效提升混合料的強(qiáng)度與攪拌均勻性[9-10]，因此，研究振動拌和技術(shù)對復(fù)合冷再生混合料的性能影響具有重要意義。

此外，由于水泥穩(wěn)定碎石混合料內(nèi)部水分容易蒸發(fā)或發(fā)生水化反應(yīng)等，由其鋪筑的半剛性基層容易產(chǎn)生干縮變形，影響其疲勞壽命，導(dǎo)致面層出現(xiàn)反射裂縫，使得道路的耐久性大打折扣[11-13]，因此復(fù)合冷再生水穩(wěn)混合料作為一種新型基層材料，需要驗證其抗疲勞性能，準(zhǔn)確把控復(fù)合冷再生水穩(wěn)混合料的疲勞特性。

綜合上述分析，本文將通過SEM電鏡觀測不同拌和方式下復(fù)合冷再生水穩(wěn)材料新舊界面的結(jié)合情況，以此推導(dǎo)振動拌和技術(shù)對復(fù)合冷再生水穩(wěn)材料界面強(qiáng)度及拌和均勻性的提升情況，然后通過重復(fù)彎曲疲勞試驗驗證復(fù)合冷再生水穩(wěn)材料的抗疲勞性能，并研究振動拌和技術(shù)對復(fù)合冷再生水穩(wěn)材料疲勞壽命的影響。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗采用P·O 42.5的普通硅酸鹽水泥。

1.1.1 回收舊料

瀝青面層回收料(RAP)和基層回收材料(RBP)取自貴州項目G243湄潭月亮壩至余慶公路部分路段瀝青面層材料。RAP料與RBP料篩分結(jié)果如表1所示。

1.1.2 新集料

由表1可知，回收舊料的粗集料偏少，故采用部分10 mm～30 mm的新粗集料為復(fù)合冷再生混合料改善級配，新料為石灰?guī)r，其篩分結(jié)果如表2所示。其壓碎值為19.3%，符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)[14]相關(guān)要求。

1.2 試驗級配

分析表1可知，回收舊料的粗集料偏少，同時為了盡可能滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)[15]中Ⅰ型參考級配的要求，選定了3種摻配比例來完成材料的復(fù)合冷再生試驗。水穩(wěn)基層回收料和瀝青面層回收料的摻配比例分別為80∶20，70∶30，60∶40，篩分結(jié)果如表3所示。

表1 回收舊料篩分結(jié)果

表2 新集料篩分結(jié)果

表3 水泥再生混合料的合成級配

2 拌和工藝

常規(guī)拌和條件下，各組成材料表面存在水泥結(jié)團(tuán)、干縮裂縫等現(xiàn)象，這在一定程度上會影響混合料的強(qiáng)度。為此，本文采用德通室內(nèi)振動拌和設(shè)備對混合料進(jìn)行振動拌和。其技術(shù)原理與現(xiàn)場振動拌缸類似，也采用連續(xù)式雙臥軸振動拌和方式?；旌狭显?根攪拌軸之間存在相互剪切運動，迫使物料得到充分的攪拌，與此同時，振動傳動裝置通過激振器將振動直接傳遞到2根攪拌裝置上，使得兩攪拌裝置邊攪拌邊振動，這樣攪拌既加強(qiáng)了攪拌效率，又提高了混合料的微觀均質(zhì)性，從而獲得較好的攪拌效果。

3 復(fù)合再生混合料界面特征

3.1 制樣

將確定好的混合料制成高度為150 mm、直徑為150 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，振動拌和混合料試樣脫模后，需對成型后試件的質(zhì)量和高度進(jìn)行測量，若試件不滿足規(guī)范[16]要求，則該試件作廢；滿足規(guī)范要求的試件，在室溫20 ℃、濕度≥95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。7 d后，對該試件進(jìn)行切割，選擇斷面并利用SEM電鏡對其微觀界面進(jìn)行分析，觀測在此振動拌和方式下的混合料強(qiáng)度。

3.2 界面特征分析

3.2.1 水泥-RAP料界面

2種不同拌和方式下成型的混合料中，其水泥-RAP料的界面微觀形態(tài)如圖1所示。由圖1(b)可知，RAP料和水泥水化產(chǎn)物的結(jié)合面很緊密，且未出現(xiàn)成團(tuán)現(xiàn)象。在遠(yuǎn)離RAP料一段距離后，振動拌和混合料的水泥水化產(chǎn)物依然保持致密狀態(tài)，并未產(chǎn)生干縮裂縫，這與常規(guī)拌和的混合料水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生疏松與網(wǎng)狀裂縫有所不同。其原因是振動拌和的方式能使集料表面和水泥漿體更好地接觸與融合，從而提高了整個混合料的強(qiáng)度。

3.2.2 水泥-RBP料界面

2種不同拌和方式下成型的混合料中，其水泥-RBP料的界面微觀形態(tài)如圖2所示。由圖2(b)可知，在振動拌和方式下的界面微觀形態(tài)更為致密，整個界面沒有孔的存在，在其表面上也能觀測到部分RBP料表面的舊水泥水化產(chǎn)物，但明顯沒有常規(guī)拌和數(shù)量多，說明較常規(guī)拌和而言，振動拌和方式下的混合料新舊界面結(jié)合較好，有利于混合料的界面強(qiáng)度形成。

3.2.3 水泥-新集料界面

不同拌和方式下成型的混合料中，其水泥-新集料的界面微觀形態(tài)如圖3所示。由圖3(b)可以看出，常規(guī)拌和方式制備的混合料，水泥-新集料界面間存在明顯裂縫段，該裂縫段為混合料新舊界面間的過渡區(qū)，而振動拌和方式制備的混合料，其水泥-新集料界面間并沒有過渡區(qū)，即界面狀態(tài)致密，由此也說明了振動拌和能極大提升新集料與水泥界面的構(gòu)造密實性，有利于提升混合料強(qiáng)度。

(a) 常規(guī)拌和

(b) 振動拌和

綜上分析，由振動拌和混合料各相材料界面微觀形態(tài)觀測結(jié)果可知，振動拌和提高了拌和均勻性，各集料表面水泥成團(tuán)現(xiàn)象消失，干縮裂縫數(shù)量有所降低。這是因為振動拌和過程中，成團(tuán)的水泥與部分粘結(jié)在一起的RAP料被震散，使水泥能更充分地填充新舊集料間的間隙，形成良好的粘結(jié)界面，產(chǎn)生更好的粘結(jié)效果。振動拌和不僅可改善材料本身特性，對RBP料而言，振動拌和還能使其表面舊水化水泥石脫落，新水泥水化產(chǎn)物能更緊密地結(jié)合在集料表面，即振動拌和不但改善了混合料的攪拌效果，而且提升了混合料的界面粘結(jié)性。

(a) 常規(guī)拌和

(b) 振動拌和

(a) 常規(guī)拌和

(b) 振動拌和

4 疲勞性能試驗

4.1 試驗方法

本文參照《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51—2009)[16]選取重復(fù)彎曲疲勞試驗方法進(jìn)行水穩(wěn)試件疲勞試驗。試驗試件采用100 t壓力機(jī)靜壓成型，尺寸為40 cm×10 cm×10 cm。選取正弦波荷載進(jìn)行疲勞試驗，疲勞加載頻率為10 Hz，加載速度為2 mm/min。

為計算疲勞試驗中的作用荷載應(yīng)力強(qiáng)度，疲勞試驗前需確定試件的彎拉強(qiáng)度，因此本文對3種級配的水穩(wěn)混合料按2種不同拌和方式分別制備了6根小梁試件，并進(jìn)行了抗彎拉強(qiáng)度試驗，結(jié)果如表4所示。

表4 彎拉強(qiáng)度試驗結(jié)果

疲勞試驗應(yīng)力強(qiáng)度比選用0.5、0.6、0.7、0.8，試驗結(jié)果按下述回歸公式進(jìn)行計算：

lgN=a+bσ/S

式中：N為平均疲勞壽命，次；S為試件彎拉強(qiáng)度，MPa；σ為作用荷載；σ/S為應(yīng)力強(qiáng)度比。

4.2 試驗結(jié)果

根據(jù)上述試驗方法進(jìn)行疲勞試驗，結(jié)果如表5所示。由表5可知，隨著應(yīng)力強(qiáng)度比的增大，復(fù)合冷再生水穩(wěn)試件的疲勞壽命下降明顯，即水穩(wěn)試件對應(yīng)力強(qiáng)度比的變化較為敏感。而在相同的應(yīng)力強(qiáng)度比條件下，采用振動拌和方式制備的試件其疲勞壽命均高于采用常規(guī)拌和方式制備的試件，即采用振動拌和方式可有效提升復(fù)合冷再生水泥穩(wěn)定碎石的疲勞壽命，提升幅度約為30%。

表5 疲勞試驗結(jié)果

根據(jù)疲勞試驗結(jié)果和回歸公式，可得到如圖4所示的疲勞方程。由圖4可知，在2種不同的拌和方式下，當(dāng)其他試驗條件相同時，級配2的疲勞壽命明顯高于級配1與級配3，即在本次試驗的3種級配中，當(dāng)水穩(wěn)基層回收料與瀝青面層回收料比例為 70∶30時，抗疲勞性能最好。

(a) 常規(guī)拌和

(b) 振動拌和

5 結(jié)束語

1) 混合料中各相界面微觀構(gòu)造觀測結(jié)果表明，采用振動拌和技術(shù)可使水泥在各集料的表面裹附更均勻，界面結(jié)構(gòu)更致密，界面穩(wěn)定性更高。

2) 宏觀疲勞試驗的數(shù)據(jù)分析表明，較常規(guī)拌和方式而言，振動拌和方式可有效提升冷再生混合料的抗疲勞性能，疲勞壽命提升幅度約為30%。

3) 由疲勞方程可知，在本次試驗的3種級配中，當(dāng)水穩(wěn)基層回收料與瀝青面層回收料比例為 70∶30時，抗疲勞性能最好。