水稳基层泡沫沥青冷再生配合比设计研究

陈祥峰，常明丰，牛晓博，张　洁，张唯玮，王星然

（1.江西天驰高速科技发展有限公司 南昌市330103；2.长安大学材料科学与工程学院 西安市 710061）

水稳基层泡沫沥青冷再生配合比设计研究

陈祥峰1，常明丰2，牛晓博2，张洁2，张唯玮2，王星然2

（1.江西天驰高速科技发展有限公司 南昌市330103；2.长安大学材料科学与工程学院 西安市 710061）

通过大广高速公路泰赣段路面专项工程泡沫沥青冷再生混合料配合比设计的实例，结合室内试验，确定了所用基质沥青的最佳发泡条件，以及混合料的最佳含水量，研究了不同泡沫沥青含量对冷再生混合料干劈裂强度、湿劈裂强度、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比的影响，并确定了最佳配合比。

水稳基层；就地冷再生；泡沫沥青；配合比设计；最佳含水量

目前，我国已建成的高等级路面中，基层几乎全部采用半刚性基层，由于基层破坏后，沥青路面养护往往不得不采取“开膛破肚”式铣刨，产生大量废弃的翻挖、铣刨混合料，该类型的铣刨混合料一方面造成环境污染，另一方面造成资源的极大浪费，容易造成不良的社会影响。针对此问题，欧美一些国家开展了沥青混合料再生技术的研究，研究成果已在工程中大面积推广应用。国外实践证明，冷再生技术不仅能提高沥青路面使用性能，延长路面寿命，而且可以节省新集料，降低工程成本。

我国沥青冷再生技术的研究起步较晚，主要是针对原材料、混合料配合比设计及常规强度方面。钟梦武等通过试验探讨了对掺加水泥的乳化沥青冷再生混合料试件的击实、养生、试验方法，以及水泥-乳化沥青冷再生混合料的性能及应用［1-3］。曾红雄等提出了采用Superpave体积设计方法和旋转压实成型混合料试件的方法将乳化沥青冷再生技术应用于路面面层［2］。江兴文从材料选择、设备的配置、施工工艺流程和施工质量的控制等方面介绍了乳化沥青冷再生技术在高速公路大修中的应用［3］。阎晋华等结合工程实例，通过室内试验进行了水泥-乳化沥青半柔性混合料的配合比设计研究，并介绍了其施工工艺［6］。拾方治等提出了泡沫沥青混合料材料组成和设计原理，并通过试验研究得出泡沫沥青用于稳定路面铣刨料作为路面基层的可行性［7］。此外，对于泡沫沥青冷再生的研究逐渐展开，并取得了一些研究成果和应用［8，9］。

本文借大广高速公路泰赣段路面专项维修之机，对水稳基层泡沫沥青就地冷再生的应用进行试验研究，确定沥青发泡温度、发泡用水量、最佳泡沫沥青用量以及最佳配合比，为泡沫沥青就地冷再生在高速公路大中修的应用提供参考。

1　原材料性质

1.1铣刨料

本文的回收水泥稳定基层混合料为试验段内沥青混凝土面层铣刨后，就地再生机对上基层破碎回收所得铣刨料。针对铣刨料进行水洗筛分，筛分结果见表1。

表1　铣刨料筛分结果

由表1可知，上基层水泥稳定碎石铣刨料各筛孔通过率符合《公路沥青路面再生技术规范》JTGF41-2008中泡沫沥青冷再生混合料设计级配范围中的中粒式级配要求［10］。

1.2水泥

水泥采用P.C 32.5普通硅酸盐水泥，其相关指标见表2。

表2　水泥技术指标

1.3发泡沥青

泡沫沥青冷再生所用沥青为韩国SK-70#基质沥青。采用德国产WLB10发泡试验机进行不同温度、不同用水量条件下的发泡特性试验，以确定该沥青最佳的发泡温度和发泡用水量。SK-70#基质沥青指标见表3，发泡特性试验结果见表4，各温度下沥青发泡特性见图1～图3。

表3　SK-70#基质沥青指标

表4　沥青发泡特性试验结果

由试验结果可知，该沥青发泡特性良好，满足泡沫沥青最低的发泡标准，即膨胀率＞10倍，半衰期＞8s，三种温度下，发泡用水量为2%～3%时能获得较好的发泡效果，三种发泡温度相比，150℃条件下能获得更好的发泡效果。因此，韩国SK-70#基质沥青的最佳发泡条件为：发泡温度为150℃，发泡用水量为2.5%。

2　泡沫沥青冷再生配合比设计

2.1配合比设计步骤

水稳基层泡沫沥青冷再生配合比设计的主要步骤如下：

（1）采用随机取样的方法，低温烘干回收水稳基层混合料用以确定含水量；

（2）分析水稳基层混合料的级配；

（3）土工击实试验，确定再生混合料的最大干密度和最佳含水量；

（4）确定最佳泡沫沥青用量。

2.2确定最佳含水量

将烘干的旧水稳基层铣刨料和用量为1.5%的水泥掺加混合，通过重型击实试验确定再生混合料的最佳含水量和最大干密度，根据试件干密度-含水量关系曲线，得到最大干密度及其相应的最佳含水量。按冷再生混合料的含水量分别为4.3%、5.3%、6.3%、7.1%、8.1%成型冷再生试件，试件的干密度与含水量的关系见图4。

由图4可以看出，随着含水量的增加，干密度呈先增大达到峰值后减小的趋势，由此确定的最佳含水量为6.5%，包括再生水稳基层混合料含水量、泡沫沥青中水分和外加水三部分，对应的最大干密度为2.137g/cm3。

2.3泡沫沥青用量

采用劈裂强度和冻融劈裂强度确定泡沫沥青用量。固定水泥用量为1.5%，最佳含水量为6.5%，泡沫沥青用量分别为2.0%、2.3%、2.5%、2.7%、3.0%，成型冷再生试件并测试相关指标，检测结果见表5、表6及图5。

表5　劈裂试验结果（15℃）

表6　冻融劈裂试验结果

由表5、表6和图5可知，随着泡沫沥青用量的增加，干、湿劈裂强度以及冻融、未经冻融劈裂强度均呈增大的趋势，说明泡沫沥青的加入增强了混合料的整体粘结性，提高了混合料的抗拉性能。结合干湿劈裂比和冻融劈裂强度比随泡沫沥青用量的变化曲线最终确定泡沫沥青的最佳用量为2.7%。

3　结语

根据室内试验结果，水稳基层泡沫沥青冷再生混合料配合比设计如下：

（1）旧水稳基层铣刨料100%利用，水泥掺量为1.5%。

（2）泡沫沥青最佳发泡温度为150℃，发泡用水量为2.5%。

（3）水稳基层泡沫沥青冷再生混合料的最佳含水量为6.5%，最大干密度为2.137g/cm3。

（4）泡沫沥青最佳用量为2.7%。

［1］ 钟梦武，吴超凡，于永生，等.掺加水泥的乳化沥青冷再生沥青混合料设计方法研究［J］.公路，2008（1）：195-199.

［2］ 孙斌，胡宗林，王斯倩.水泥-乳化沥青厂拌冷再生技术在昌九高速公路技术改造工程中的应用研究［J］.公路交通科技（应用技术版），2008（11）：16-19.

［3］ 耿九光，陈忠达，李龙.水泥-乳化沥青冷再生混合料配合比设计［J］.长安大学学报（自然科学版），2009，29（1）：10-14.

［4］ 曾红雄，张东省.乳化沥青冷再生技术应用于路面面层中的室内混合料配合比设计与性能研究［J］.公路交通科技（应用技术版），2010（11）：114-117.

［5］ 江兴文.乳化沥青冷再生技术在高速公路大修中的应用［J］.筑路机械与施工机械化，2009（9）：48-49.

［6］ 阎晋华，张名成.水泥-乳化沥青混合料配合比设计与施工技术［J］.公路与汽运，2010（136）：87-89，131.

［7］ 拾方治，吕伟民，孙大权.沥青路面再生技术简介［J］.石油沥青，2004，18（5）：56-59.

［8］ 李秀君，拾方治，董兆辉.泡沫沥青就地冷再生混合料设计方法与工程应用［J］.公路，2005（2）：150-155.

［9］ 陈德华.泡沫沥青冷再生技术在佛开高速公路扩建工程中的应用［J］.公路，2013（5）：161-164.

［10］ 中华人民共和国交通运输部.JTG F41-2008公路沥青路面再生技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

Mix Proportion Design of Cold In-place Recycling for Foamed Asphalt of Cement Stabilized Base

CHEN Xiang-feng1，CHANG Ming-feng2，NIU Xiao-bo2，ZHANG Jie2，ZHANG Wei-wei2，WANG Xing-ran2
（1.Tianchi Freeway Technology Development Co.，Ltd.of Jiangxi Province，Nanchang 330103，China；2.School of Materials Science and Engineering，Chang'an University，Xi'an 710061，China）

In order to propose the mix proportion of cold in-place recycling for foamed asphalt of cement stablized base，the special project of Taihe-Ganzhou section of Daqing-Guangzhou Freeway was taken as an example to conduct the mix proportion design of foamed asphalt mixture with a cold in-place recycling method. The optimum foaming conditions of matrix asphalt and the optimum water content were determined combined with laboratory tests.The influences of the foamed asphalt contents on the dry splitting strength，wet splitting strength，dry and wet splitting ratio strength and freeze-thaw splitting strength ratio of cold in-place recycling mixtures were analyzed，and the optimum mix proportion was determined.

Cement Stabilized base；Cold in-place recycling；Foamed asphalt；Mix proportion design；Optimum water content

U416.26

B

1673-6052（2016）03-0055-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.017

※国家自然科学基金资助（51408047）；大学生创新创业训练计划项目资助（201410710152）