水稳砂砾沥青路面冷再生材料温缩和抗冻性能试验研究

武 鹤，魏建军，苏 群，马松林

(1.黑龙江工程学院，哈尔滨150050;2.哈尔滨工业大学，哈尔滨150000)

水泥稳定沥青路面冷再生材料是由铣刨破碎后的沥青混凝土团块、铣刨材料空隙中存在的液态水和空气等组成，结构比较松散，孔隙率较大，在施工使用过程中，其孔隙率中含有大量水分，当温度发生变化时，产生冻融循环，各组成相的性质都发生改变［1－2］。已有研究成果显示，半刚性基层产生开裂有两个主要原因，即干缩和温缩。在这两个因素中，温度收缩对基层开裂的影响相对较大。因此半刚性基层材料的温缩性能和抗冻性能对路面的使用性能具有重要影响，尤其是在寒冷地区，对该材料的温度收缩性能和抗冻性能研究是十分有价值的［3－4］。

1 旧路面材料性能分析及添加料的选择

旧沥青路面在车辆荷载的碾压和铣刨破碎的综合作用下，其矿质骨料部分已经破碎，失去原有的骨架结构［5－6］。经铣刨破碎后的旧路面材料中含有旧沥青混凝土团块，由于沥青的存在，该材料对温度具有较强的敏感性［7］，本次筛分试验采用自然风干的方法进行试验

经铣刨的混合料中含有沥青混凝土团块，对温度有较强的敏感性，本次筛分试验从铣刨现场取回原材料后，采用自然风干后进行筛分试验。筛分结果见表1和如图1所示。

表1 铣刨材料筛分试验结果Tab.1 Screening results of milling materials

图1 铣刨材料筛分试验结果Fig.1 Screening results of milling materials

由图1可以看出，铣刨材料的级配基本满足《公路沥青路面设计规范》对骨架密实型水泥稳定基层的级配范围以及《公路沥青路面再生技术规范》中对无机结合料稳定冷再生混合料级配范围，为研究骨料掺加量对水泥稳定冷再生材料性能的影响，本文以不同比例掺加两种新骨料，骨料粒径分别为:10～30 mm和20～40 mm。通过试验最终确定新骨料掺加量为7%和10%，10～30 mm和20～40 mm的掺配比例分别为3∶4和6∶4。

本文根据实际工程项目选择了32.5#普通硅酸盐水泥，分别采用5%、6%和7%三个水泥剂量和面基层厚度比分别为7∶18和9∶18，作为试验研究的影响因素。

2 温缩性能试验与分析

水泥稳定冷再生材料的性质介于半刚性材料和柔性材料之间，具有特殊的力学特性。已有研究显示，导致半刚性基层开裂的主要因素 (温缩和干缩)中，温度收缩的影响相对较大［8］。同时半刚性基层材料在一般含水量状态下温度收缩性能较差，在干燥或饱水状态下温度收缩性能相对较好［9］。有试验研究指出，半刚性基层材料的含水量越接近最佳含水量，半刚性基层材料的温缩性能越不利［10－11］。为保证冷再生材料始终保持在最佳含水量状态下，本次试验过程中对试件进行塑料布密封。

试验采用3种水泥剂量、2种面基层厚度比和2种新骨料掺加量，试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(T 0855—2009)进行，采用仪表法进行无机结合料稳定材料温缩试验，试件采用90 d标准养生。本试验以5℃为一个温度级别，试验温度区间为－20～20℃。

各配合比水泥稳定冷再生材料的温缩试验结果汇总如图2所示。

图2 水泥稳定冷再生材料温缩曲线Fig.2 Temperatureshrinkagecurveof cold regenerationmaterialsstabilized by cement.

分析试验结果可以得出以下结论。

(1)水泥稳定冷再生材料由于旧沥青混合料的存在，而沥青混合料具有粘弹特性，通过比较典型半刚性基层材料温缩系数和冷再生材料温缩系数，冷再生材料的温缩系数明显低于典型的半刚性基层材料，说明其温度收缩性能优于典型的半刚性基层材料。

(2)水泥稳定冷再生材料存在温度敏感区间，温缩系数在－15～0℃温度区间波动比较大，说明水泥稳定冷再生材料在－15～0℃温度区间内温度变化对其收缩变形将产生比较剧烈的影响。

(3)水泥稳定冷再生材料的抗温缩性能与水泥剂量、面基层厚度比和新骨料掺加量有关，随水泥剂量、面基层厚度比和新骨料掺加量增长而逐渐减小，且后期的影响比较明显。

3 抗冻性能试验与分析

文献 ［12］显示，水泥稳定冷再生材料是由多种材料混合而成的混合材料，原沥青路面材料和原路面水稳砂砾基层材料，经铣刨后孔隙率比较大，空隙中存在大量的液态水或气态水，在季冻地区，地下水位高，昼夜温大，基层材料在气温下降和升高过程中产生冻融循环，在交通荷载作用下，冷再生材料内部产生薄弱面，使基层材料的强度急剧降低，导致路面加速破坏。因此基层材料的抗冻性能对提高整个路面的使用性能是至关重要的。

本试验采用水泥剂量为6%，7∶18和9∶18两种面、基层厚度比和7%和10%两种新骨料掺加量进行试验，试验按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51－2009)中的无机结合料稳定材料冻融试验方法 (T 0858—2009)进行试验。进行7 d、28 d和90 d三个龄期的养生。

各配合比水泥稳定冷再生材料的冻融试验结果汇总如图3所示。

分析试验结果可以得出以下结论。

(1)各龄期的水泥稳定冷再生材料的耐冻系数均在0.89以上，说明水泥稳定冷再生材料具有良好的抗冻性能。

(2)水泥稳定冷再生材料的耐冻系数随新骨料掺加量和龄期的增长而显著提高，随面基层厚度比的增大而降低。冷再生抗冻性能受新骨料掺加量的影响较小，受面、基层厚度比和龄期影响相对较大。

图3 水泥稳定冷再生材料冻融试验结果Fig.3 Experimental results of freezing and thawing performance of cold regeneration material stabilized by cement.

4 结论

(1)水泥稳定冷再生材料的抗温度收缩性能典型的半刚性基层材料的抗冻性能。

(2)水泥稳定砂砾冷再生材料的温缩系数存在温度敏感区，本材料的温度敏感区间为－15～0℃。

(3)水泥稳定冷再生材料具有良好的抗冻性能。

(4)水泥稳定冷再生材料中面基层厚度比和龄期对该材料的抗冻性能具有重要影响。

［1］Thompson M R，Garcia L，Carpenter S H.Cold In-Place and Full-Depth Recycling with Asphalt Products［R］，Illinois Center for Transportation，March 2009.

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