水泥稳定废旧沥青混合料的强度试验

吴正光，徐 剑，康爱红，肖 鹏

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

水泥稳定废旧沥青混合料的强度试验

吴正光，徐 剑，康爱红＊，肖 鹏

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

分别按无机结合料稳定材料和沥青混合料的2种试验方法测试不同配比下水泥稳定废旧沥青混合料强度，分析水泥稳定废旧沥青混合料强度的影响因素.结果表明，随着水泥掺量的增加，水泥稳定废旧沥青混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度提高，马歇尔稳定度提高，流值下降，劈裂强度增大.通过环境扫描电镜XL30 ESEM观测废旧沥青混合料中水泥石与沥青的界面可知，因部分沥青膜从集料表面剥落，水泥石与集料的界面黏结较好，部分水泥水化产物穿透沥青膜，形成较大的复合强度，且具有沥青混合料的变形能力.

水泥稳定；废旧沥青混合料；强度机制；扫描电镜

早期修建的沥青路面因重载车作用和气候影响，部分路面破损相当严重，已进入大中修养护阶段［1］.沥青路面养护过程中铣刨出的废旧沥青混合料再次用于工程中已成为热点课题［2－3］.在废旧沥青混合料中添加道路石油沥青及再生剂等进行热再生［4－6］，或在废旧沥青混合料中添加粉煤灰、水泥窑灰或水泥等进行冷再生方法等都有所研究［7－8］，其中用水泥为结合料稳定废旧沥青混合料的冷再生法既可以利用旧路面材料，还能节约资源、保护环境，具有良好的社会和经济效益.废旧沥青混合料的品质、水泥掺量以及掺加集料的性质均对水泥稳定废旧沥青混合料的强度产生影响［9－10］.国内外对水泥稳定废旧沥青混合料的强度形成有一些研究，但尚无合适的标准可以参考，因此对其组成结构及强度机制的研究显得尤为必要.本文拟通过对水泥稳定废旧沥青混合料性能和微观结构［11］的测试，分析水泥稳定废旧沥青混合料的强度影响因素，并研究其强度形成机制.

1 材料与试验方法

1.1 原材料

选用的废旧沥青混合料为京沪高速公路江苏段上、中、下三层沥青面层同时铣刨的混合材料，多为外裹沥青的骨料，因堆放等原因部分颗粒已相互黏结成较大的料团；石屑为粒径1.18～2.36 mm的石灰岩机制沙；掺加水泥为绿杨牌P.O32.5水泥.

1）废旧沥青混合料的性质.通过筛分试验和抽提试验得到废旧沥青混合料的级配，见表1.对其级配状况及油石比分析可知，废旧沥青混合料中0.6 mm筛孔的通过率偏小，不完全符合规范要求；铣刨料的实测油石比约为4.28%.

表1 废旧沥青混合料级配Tab.1 Gradation recycled asphalt mixture

2）石屑.为使混合料的级配满足要求，须添加S16规格的石屑，其级配如表2所示.

表2 石屑实测级配Tab.2 Actual measurement gradation of stone chips

1.2 混合料组成设计

水泥稳定废旧沥青混合料的组成设计按水泥稳定类混合料组成设计的方法进行，在选好骨料比例后进行击实试验确定最佳含水量，以不同水泥掺量按最佳含水量成型试件测试其物理及力学指标.

分别以m（石屑）∶m（废旧沥青混合料）为1∶9，2∶8，3∶7试配3组骨料，级配见表3，经与级配范围比较，其中以2∶8比例配制的骨料级配符合要求.

表3 掺石屑的混合料筛分试验结果Tab.3 Screening test results of mixture with stone chips

采用水泥稳定废旧沥青混合料，水泥掺量分别选用3%，4%，5%，经标准击实试验，测得不同水泥掺量混合料的最佳含水率和最大干密度见表4.

表4 水泥稳定废旧沥青混合料击实试验结果Tab.4 The compaction test results of cement stabilized recycled asphalt mixture

1.3 试验方法

水泥稳定废旧沥青混合料的强度形成既有水泥水化作用，也有沥青混合料中的沥青胶结料的黏结作用，所以本文采用2种试验手段测试水泥稳定废旧沥青混合料的强度：①评价无机稳定材料强度，测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度等性能；② 评价沥青混合料路用性能，测试马歇尔稳定度、劈裂强度等性能.

采用环境扫描电镜XL30 ESEM分别对不同直径的试件进行微观分析，观察水泥石与沥青之间的界面情况，探讨强度形成机制.

2 试验结果分析

2.1 无机稳定材料性能测试

根据JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》，采用d＝100 mm，l＝100 mm的圆柱体试件，在最佳含水量条件下静压成型试件，在规定条件下保湿养生6 d并浸水1 d，用路面材料强度试验仪进行无侧限抗压强度、间接抗拉强度等性能测试.

1）无侧限抗压强度试验.以m（石屑）∶m（废旧沥青混合料）为2∶8配制骨料，分别掺加w＝3%，4%，5%的水泥制备3组试件，试验结果如表5所示.

2）间接抗拉强度试验.间接抗拉强度作为反映路面基层间接抗拉性能的一个重要指标，对基层的力学和抗变形性能都有很大的影响.按照无机稳定材料试验规范，水泥稳定材料须标准养护90 d并浸水1 d后进行间接抗拉强度测试，试验结果见表5.

3）试验结果分析.水泥稳定废旧沥青混合料的无侧限抗压强度、间接抗拉强度随水泥掺量的增加而提高，均能满足高等级公路基层的强度要求.

表5 无机稳定材料强度测试结果Tab.5 Strength test results of stable inorganic material

2.2 沥青混合料性能测试

根据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用d＝101.6 mm，l＝63.5 mm的圆柱体试件，在最佳含水量条件下静压成型试件，在规定条件下保湿养生6 d并浸水1 d，用马歇尔稳定度试验仪进行马歇尔稳定度、劈裂强度等性能测试.

1）马歇尔稳定度试验.将养生期结束后的试件在60℃养生30～40 min，加载速度为50 mm·min－1，测试马歇尔稳定度，试验结果如表6所示.

2）劈裂强度试验.劈裂强度作为沥青路面结构层设计的指标，采用15℃条件下的劈裂强度，试验结果如表6所示.

3）试验结果分析.随着水泥掺量增加，水泥稳定废旧沥青混合料马歇尔稳定度提高，流值下降，劈裂强度增大.

表6 沥青混合料强度测试结果Tab.6 Strength test results of asphalt mixture

3 水泥稳定废旧沥青混合料强度形成机制

由于水泥稳定废旧沥青混合料中水泥石与沥青共同存在，为研究沥青与水泥共同作用对强度的影响，采用环境扫描电镜XL30 ESEM进行微观试验，并在原位同时进行成分分析和结构分析.

从宏观上看，水泥稳定废旧沥青混合料是由旧沥青混合料铣刨料颗粒、水、水泥及石屑等组成的复合材料，该混合料的结构组成形式如图1所示，水、水泥与破碎粉料结合而成的水泥浆填充于旧沥青混合料颗粒间的空隙，旧沥青结合料和水泥浆分层包裹矿质集料，矿料与结合料的界面性质较水泥稳定碎石要复杂得多.

水泥稳定废旧沥青混合料中水泥石与沥青界面状况如图2所示.从微观角度分析，图2（b）、（c）、（d）较好地反映了水泥石与沥青膜及矿料的界面性质，部分水泥水化产物嵌入沥青膜；此外，部分脱落的沥青小颗粒混杂于水泥中，水泥水化后便形成沥青颗粒嵌于水泥石的结构中.

图1 水泥稳定废旧沥青混合料组成结构图Fig.1 Composition structure of cement stabilized recycled asphalt mixture

图2 水泥稳定废旧沥青混合料中水泥石与沥青界面状况Fig.2 Interface status of set cement and asphalt in cement stabilized recycled asphalt mixture

因为废旧沥青混合料集料表面被沥青膜包裹，故形成矿料与水泥石间的过渡层，使得水泥石的胶结强度降低；但是随着水泥石中水化产物的不断增加，部分水化产物嵌入沥青膜，甚至穿透沥青膜在矿料表面结晶，形成水泥水化与沥青胶结的复合强度.

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A study on the strength mechanism of cement stabilized recycled asphalt mixture

WU Zhengguang，XU Jian，KANG Aihong＊，XIAO Peng

（Sch of Civil Sci ＆Engin，Yangzhou Univ，Yangzhou 225127，China）

The strength of the reclaimed mixtures with different proportions is tested by the methods both of asphalt mixtures and materials stabilized with inorganic binders，and the factors influencing strength of cement stabilized recycled asphalt mixture are analyzed.The results show that，with the increase of the dosage of cement，the unconfined compressive strength and indirect tensile strength of cement stabilized recycled asphalt mixture increase，the marshall stability increases，the flow value decreases，and the cleavage strength increases as well.Using environmental scanning electron microscopy XL30 ESEM to observe the interface of cement and asphalt，it is found that some cement and aggregate bond well because asphalt membrane spalls from the aggregate surface，some cement hydration products penetrate asphalt membrane to form a larger composite strength，and it has the ability of deformation of asphalt mixture.

cement stabilizing；recycled asphalt mixture；strength mechanism；scanning electron microscope

U 416.217

A

1007－824X（2014）01－0071－04

2013－06－24.＊ 联系人，E－mail：kahyzu＠163.com.

扬州市科技攻关与成果转化专项基金资助项目（YZ2011108）.

吴正光，徐剑，康爱红，等.水泥稳定废旧沥青混合料的强度试验 ［J］.扬州大学学报：自然科学版，2014，17（1）：71－74.

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（责任编辑 贾慧鸣）