任瑞波，朱樹青，徐強，馬川義

（1.山東建筑大學 交通工程學院，山東 濟南，250101；2.山東省交通規(guī)劃設計院，山東 濟南，250000）

0 引言

隨著我國公路進入維修期，公路養(yǎng)護維修產生大量的路面廢舊料，對我國的環(huán)境造成了巨大的壓力，同時維修需要開采新的礦料對資源環(huán)境造成嚴重的影響。而礦料作為筑路材料重要的組成部分，使用一段時間后其物理指標變化較小，完全可以再生利用［1］。我國的瀝青路面大都為瀝青材料面層加半剛性材料基層類型，相對于面層來說基層舊料在路面大中修銑刨料中占有很大的比例。若將其廢棄，將會造成嚴重的資源浪費和環(huán)境問題。如果對其進行研究利用，不但可以大大節(jié)約工程建設的礦料成本，而且可以緩解其帶來的資源和環(huán)境壓力。瀝青路面冷再生技術可以有效利用路面維修過程中的廢舊料進行路面建設。乳化瀝青冷再生技術作為冷再生技術之一，可以對路面廢舊料加以利用。在我國，較多地方也已經實現(xiàn)乳化瀝青冷再生技術的工程應用。多數(shù)研究和工程案例是對瀝青路面面層銑刨料進行乳化瀝青冷再生研究與利用。研究發(fā)現(xiàn)乳化瀝青冷再生混合料高溫性能優(yōu)異，抗車轍能力強［2－8］；摻加水泥的乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性有所改善，抗水損害能力較好；由于礦料的吸附及電荷作用乳化瀝青在成型初期經過破乳，瀝青微粒相互聚攏形成瀝青膜，從而對礦料包裹粘附，水泥水化物加筋聯(lián)結，乳化瀝青混合料性能有所提高［9］。對于基層廢舊路面材料的再生研究利用尚不多見，其是否可以重新利用到路面建設中尚不明確。瀝青路面面層材料屬于瀝青類材料，而基層銑刨料屬于水泥穩(wěn)定類材料，兩種類型的礦料按比例混合后，添加一定的乳化瀝青和水泥，經再生、復合后混合料是否可以發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢性能有待研究?；诖耍瑢τ趽郊勇访婊鶎訌U舊料的乳化瀝青復合冷再生混合料性能進行了室內試驗研究，通過劈裂和凍融試驗來初步評價摻加基層舊料的乳化瀝青復合冷再生混合料的性能。

1 試驗方案

1.1 原材料

試驗利用的瀝青路面面層與基層銑刨料均為膠州灣高速大修過程中的廢舊料。面層銑刨料經機械篩分為三檔，基層銑刨料銑刨后未做分檔處理。試驗水泥為普通32.5硅酸鹽水泥。篩分結果見表1。

表1 路面銑刨料篩分結果／%

由于路面銑刨料變異性較大，摻加部分新集料對銑刨料進行級配設計，擬定設計 AC-20a和AC-25a（約75%面層銑刨料（RAP）＋25%新集料）常規(guī)冷再生混合料與AC-20b和AC-25b（約45%面層RAP＋30%基層RAP＋25%新集料）摻加基層舊料復合冷再生混合料四個級配，其合成級配見表2。

表2 再生混合料合成級配／%

試驗利用的普通乳化瀝青為慢裂型陽離子乳化瀝青，試驗室測得其基本指標見表3。

1.2 試驗方法

1.2.1 含水率試驗

四個級配的舊料摻量都約為75%，按照規(guī)范試驗方法固定乳化瀝青用量4%，另外摻加含量1.5%水泥，依據規(guī)程進行重型擊實試驗［10］。根據混合料質量和試模體積確定混合料密度。稱取兩小份混合料放入烘箱中烘干，測得其含水率。由濕密度和含水率計算混合料的最大干密度，確定最佳含水率。

1.2.2 劈裂試驗

水泥乳化瀝青冷再生混合料制備過程中添加約1.5%水泥來改善混合料的性能，綜合考慮混合料性能和混合料工程實際應用性，適當降低瀝青含量。而且，在低油量范圍內研究混合料的性能更具應用前景。分別按 1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和 3.5%等五個油量制作馬歇爾試件。所有試件放在烘箱內經歷60℃、48 h未脫模養(yǎng)生。養(yǎng)生完成后，測得試件體積指標并立即進行15℃劈裂試驗和浸水劈裂試驗。浸水劈裂試驗按照冷再生技術規(guī)范要求，試件浸入25℃水中23 h后，再在15℃水中完全浸水1 h，之后取出試件進行15℃劈裂試驗。根據馬歇爾試件高度和劈裂荷載計算劈裂強度。

表3 乳化瀝青指標

1.2.3 凍融試驗

由劈裂試驗確定合適油量范圍，對于乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度相對較小的油量，不再進行凍融試驗，根據其合適油量制作馬歇爾試件。由于冷再生混合料空隙率較大，凍融試驗所用的馬歇爾試件由雙面各擊實75次制得，而不是瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程規(guī)定的雙面各擊實50次。對所有試件進行60℃、48 h養(yǎng)生，養(yǎng)生完成后，按照密封法測得試件體積指標。取出部分試件在－18℃環(huán)境下保持16 h，之后在60℃水中放置24 h，經歷一次凍融過程。連同對照組試件，一起放入25℃水中養(yǎng)生不少于2 h，浸水完成后立即進行25℃劈裂試驗。根據劈裂強度，計算凍融劈裂強度比。

2 結果與分析

2.1 含水率試驗

含水率試驗結果如圖1、2所示，圖中a代表普通乳化瀝青冷再生混合料，b代表摻加基層舊料復合后的乳化瀝青冷再生混合料。

由圖1、2可知，四種乳化瀝青冷再生混合料的最大干密度都在2.1 g／cm3左右，差距較??；AC-a型乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率約為4.3%，AC-b型乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率約為5.4%左右。而摻加基層廢舊料復合后，混合料最佳含水率明顯增大，提高約1.2%左右。

圖1 乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率圖

圖2 乳化瀝青冷再生混合料的最大干密度圖

（1）油量和級配相同條件下，最大公稱粒徑對乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率和最大干密度影響甚微。無論是AC-a型混合料還是AC-b型混合料，公稱最大粒徑都為20和25 mm，兩種粒徑之間混合料密度和含水率的差異很小。

（2）油量和級配相同條件下，礦料類型對乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率影響顯著，對最大干密度影響不大。由于面層銑刨料礦料表面被老化瀝青裹覆，礦料空隙被堵塞，且因老化瀝青是憎水物質，在礦料表面形成的水膜較明顯，容易潤滑礦料表面，便于壓實。拌合后，礦料表面比較暗，壓實潤滑需要更多的水。因此，相同級配和油量下，AC-b類乳化瀝青冷再生混合料的最佳含水率較大。

2.2 劈裂試驗

劈裂強度反映混合料間接抗拉能力，劈裂試驗結果如圖3（a）～（d）所示。

圖3 乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度圖

從圖3（a）～（d）可以看出瀝青含量由1.5%變化至3.5%，AC-a型常規(guī)乳化瀝青冷再生瀝青混合料劈裂強度為0.6～0.9 MPa左右，浸水后劈裂強度略有減小，降幅在0.1 MPa內；摻加基層舊料的AC-b型復合乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度變化范圍為0.4～0.6 MPa，浸水后劈裂強度降幅在0.1 MPa范圍內。對于AC-a常規(guī)乳化瀝青冷再生混合料，當瀝青含量大于2.5%時，無論是劈裂強度還是浸水劈裂強度都趨于穩(wěn)定；當瀝青含量大于3%時，AC-b乳化瀝青復合冷再生混合料劈裂強度和浸水劈裂強度才趨于穩(wěn)定。對于AC-a型常規(guī)乳化瀝青冷再生混合料，瀝青含量為2.5%～3.5%時，劈裂強度較高，干濕劈裂強度比大于75%，滿足再生技術規(guī)范的要求。當瀝青含量為3.0%～3.5%時，AC-b型乳化瀝青復合冷再生混合料劈裂強度較大，干濕劈裂強度也較大，干濕劈裂強度比亦滿足規(guī)范要求。

根據數(shù)據，AC-a型常規(guī)乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度最大大于0.8 MPa較AC-b乳化瀝青復合冷再生混合料劈裂強度大0.2 MPa左右。摻加基層廢舊料復合后，劈裂強度減小。由于基層舊料為水穩(wěn)類材料，礦料界面不夠潔凈影響乳化瀝青的粘結作用，而且基層舊料棱角性較差，顆粒嵌擠能力降低，從而造成劈裂強度減小。但是兩種混合料的劈裂強度都大于0.5 MPa，滿足規(guī)范對于再生混合料作為路面面層的使用要求，說明摻加基層廢舊料復合后的乳化瀝青冷再生混合料具備一定抗彎拉能力。浸水劈裂強度數(shù)據顯示，浸水后劈裂強度略有下降，但降幅很小，說明摻加部分水泥后提高了混合料抗水損害能力較強。另外，根據圖中趨勢線可以看出，復合后的乳化瀝青冷再生混合料對瀝青含量較為敏感，劈裂強度趨勢線變化較普通的乳化瀝青冷再生混合料趨勢線劇烈。

2.3 凍融試驗

乳化瀝青冷再生混合料凍融劈裂強度見表4。

表4 瀝青含量和凍融劈裂強度

凍融試驗能夠反映混合料的水穩(wěn)定性。由表中數(shù)據可知，進過一次凍融過程，乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度明顯減小，AC-a型混合料凍融劈裂強度降幅約30%；AC-b型混合料劈裂強度降幅約40%。

表4顯示，凍融劈裂強度出現(xiàn)明顯下降。冷再生礦料本身界面潔凈度較差，影響破乳后乳化瀝青的粘結。由于瀝青含量較低，乳化瀝青在礦料表明形成的瀝青膜較薄，浸水后再經過凍融，瀝青易從礦料表面脫離。因此，凍融后兩者劈裂強度都下降，AC-b型混合料劈裂強度下降更明顯，說明礦料類型對混合料影響較大。四種混合料在相對較低的油量范圍內，無論是劈裂強度還是凍融劈裂強度變化并不明顯，表明乳化瀝青混合料對瀝青含量并不敏感。普通乳化瀝青冷再生混合料一般用于路面的較低層位，據試驗數(shù)據，乳化瀝青復合冷再生混合料的水穩(wěn)定性能一般，不可用做表面層，可用于路面較低層位。

15、25℃劈裂試驗數(shù)據對比結果見表5。

表5 15、25℃劈裂強度

由劈裂強度對比數(shù)據可知，AC-a型普通乳化瀝青冷再生混合料25℃劈裂強度較15℃劈裂強度明顯減小，AC-b型乳化瀝青復合冷再生混合料亦是如此。同種混合料，不同粒徑的混合料劈裂強度差異較小。說明乳化瀝青冷再生混合料具有溫度敏感性，復合后的乳化瀝青冷再生混合料也具有感溫性，兩者都屬于粘彈性材料。

3 結論

通過上述研究可知：

（1）瀝青含量適合的條件下，乳化瀝青復合冷再生混合料劈裂強度大于0.5 MPa，干濕劈裂強度比大于75%，滿足規(guī)范使用要求。

（2）礦料類型對乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率和劈裂強度影響較大；礦料最大公稱粒徑對混合料的劈裂強度影響不大，乳化瀝青復合冷再生混合料具有一定得抗彎拉能力和抗水損害能力，抗凍融能力一般。

（3）在低油量范圍內，乳化瀝青復合冷再生混合料對瀝青含量并不敏感，而對溫度較為敏感，屬于粘彈性材料，乳化瀝青復合冷再生混合料性能基本滿足路面應用要求，可以作為路面較低層位應用到路面建設中去。

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