不同水泥用量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

2014-01-09魏鹏

城市道桥与防洪 2014年7期

魏鹏

（天津城建设计院有限公司，天津市 300000）

0 引言

目前我国高等级沥青路面已进入大中修时期，随之产生大量废旧路面材料，不仅浪费资源且污染环境。乳化沥青冷再生技术可循环利用废旧材料，常温施工无污染。乳化沥青冷再生是利用专用机械设备先将原沥青路面铣刨、翻挖、破碎，再加入适量的乳化沥青、新集料(如需要)、稳定剂和水等，按一定比例拌和成混合料，然后经摊铺和碾压工艺形成路面结构层的一种技术。

冷再生混合料强度不足阻碍了其在工程中的实际应用，水泥的加入有效解决了这一问题，但水泥在混合料中的作用与水泥混凝土有很大的不同。为了研究水泥对冷再生混合料性能的影响，本文通过一系列的试验检验，分析了加入水泥后，冷再生混合料各性能的变化规律，并选择出最恰当的水泥用量。

1 原材料与试验方案

1.1 主要原材料

（1）水泥

冷再生一般选用普通硅酸盐水泥，强度等级可为32.5或42.5，初凝时间在3 h以上，终凝时间6 h以上，并确保水泥干燥疏松无结块聚团现象。本试验采用冀东P·O42.5，水泥各性能检测结果如表1所示。

（2）乳化沥青

冷再生用乳化沥青应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对道路用乳化沥青提出的技术要求，乳化沥青因施工周期通常需要存放较长时间，要求其在贮存时不破乳、乳液均匀，具有良好的稳定性，本研究所用乳化沥青均满足规范要求。

表1 水泥技术指标测试结果

（3）废旧沥青混合料

该研究所用废旧沥青混合料含水率为0.97%，回收沥青老化严重，仅作为集料使用，通过抽提筛分发现废旧沥青混合料存在结团现象，需要进行二次破碎。

1.2 试验方案

试验采用旧料掺量为80%的冷乳化沥青再生混合料，水泥为冀东P·O42.5，用量分别为0%、1%、2%、3%、4%五种冷再生混合料，乳化沥青用量均采用7.3%，同时为了便于表述，将不同水泥掺量的冷再生混合料分别称为C0、Cl、C2、C3、C4。

2 试件制作

根据我国《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008)规定：

（1）固定乳化沥青为某一用量，在相同条件下，对相同间隔5种不同含水率的冷再生混合料进行土工击实试验，确定含水率的最佳值；

（2）最佳含水率保持不变，按照相同间隔变化乳化沥青用量成型五组不同的马歇尔试件；

（3）成型马歇尔试件时，首先双面击实试件50次，在60℃烘箱中将试件及试模养生不少于40 h至恒重，养生结束后将试件立即再双面击实25次，侧放在地面上，在室温下冷却不少于12 h，然后脱模测试；

（4）采用15℃劈裂试验结果和浸水24 h劈裂试验结果（或者是马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度试验），结合工程经验综合确定最佳乳化沥青用量。其中浸水试验方法为将试件完全浸泡在25℃水浴中23 h，再在15℃恒温水浴中完全浸泡1 h，取出试件立即进行15℃的劈裂试验[1-2]。

3 性能影响分析

3.1 力学性能

我国规范中规定15℃劈裂试验适用测定沥青混合料在规定温度和加载速率时劈裂抗拉强度，同时可测定材料处于弹性阶段时的力学性质，试验结果见表2所示。

表2 不同水泥用量在不同条件下的劈裂试验结果

由图1可以看出，随水泥用量的增加，混合料劈裂强度逐渐增大，低水泥用量与高水泥用量相比，其强度增长幅度更大，当水泥用量低于2%时达不到规范要求（≥0.5），若水泥用量已达到2%时，再增加其用量并不显著提高强度。考虑到满足规范要求、施工经济性及水泥用量过大易造成收缩开裂等各方面因素，建议水泥用量不宜过大，本文认为2%的水泥用量最恰当。

图1 随水泥增加劈裂强度的变化规律

3.2 高温稳定性

根据规范要求及工程经验本文采用车辙试验对常温再生沥青混合料的高温稳定性进行评价，试验检测结果见表3及图2所示。

表3 不同水泥用量的再生混合料车辙试验结果

图2 随水泥增加动稳定的变化情况

由表3及图2看出，随着水泥用量的增加，动稳定度逐渐增大，水泥可改善再生混合料的高温稳定性。当水泥用量不足2%时，再生混合料小于规范对改性沥青混合料车辙大于2 400次/mm的要求；当水泥用量超过2%时，动稳定度的增大程度逐渐减慢。本着满足规范要求及节约水泥的原则，建议冷再生混合料水泥用量控制在2%。

3.3 低温抗裂性

根据规范要求及工程经验，本研究采用低温弯曲试验评价其低温抗裂性，以弯拉应变作为评价指标，低温弯曲试验结果见表4及图3所示。

表4 不同水泥用量再生混合料低温弯曲试验结果

图3 随水泥用量增加弯拉应变的变化情况

由表4及图3可以看出，随着水泥用量的增加弯拉应变逐渐减小，并且两者有近似线性相关性，说明水泥增加了乳化沥青冷再生混合料的脆性，降低了混合料的低温抗裂性。当水泥用量大于2%时弯拉破坏应变低于规范要求（不小于2 800με），因此建议水泥乳化沥青冷再生混合料设计时水泥用量不要超过2%。

3.4 水稳定性

一般情况下集料和沥青在水环境中会降低黏附性，因此浸水时的沥青混合料力学性能表征了路面水稳性。根据规范要求及工程经验，本研究通过浸水马歇尔及冻融劈裂等相关试验进行研究分析。

（1）浸水马歇尔试验

由表5、图4及图5看出，随着水泥用量的增加，标准稳定度（MS）、浸水稳定度（MS1）及两者比值残留稳定度（MS0）逐渐增大，但随着水泥用量的更进一步增加，水稳定性提高并不明显。本着要符合规范设计要求及节约水泥的原则，建议水泥用量控制在2%左右。

表5 不同水泥用量再生混合料的马歇尔测试结果

图4 随水泥增加稳定度的变化情况

图5 随水泥增加稳定度比的变化情况

（2）冻融劈裂

由冻融劈裂试验结果表6、图6及图7看出，冻融前后劈裂强度及强度比随水泥用量的增加呈线性增大的趋势；水泥过少不满足规范要求（强度比小于75%），但过多性能提高并不明显，综合以上结果建议混合料的水泥用量控制在2%左右。

表6 不同水泥用量再生混合料的冻融劈裂试验结果

图6 随水泥增加冻融前后的劈裂强度图

图7 随水泥增加冻融前后劈裂强度比

综合浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果，可以看出掺加水泥可以明显改善冷再生混合料的水稳定性。加入水泥以后，水化产物使集料间、胶浆薄膜间、集料与胶浆薄膜间形成加筋增大混合料强度；沥青胶浆和水化产物的互相作用提高了混合料胶浆黏度；水化反应的不断进行减少内部微小孔隙提高混合料密实度，水泥水化体积膨胀减少水分蒸发造成的空隙，进一步促使混合料形成孔隙闭合、密实均匀的整体，提高了乳化沥青冷再生混合料水稳定性[3]。