泡沫沥青冷再生混合料性能研究

2017-04-14赖石安

长江大学学报(自科版) 2017年1期

关键词：集料泡沫试件

赖石安

(惠州市人防工程设计院有限公司，广东惠州 516000)

程成

(长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023)

泡沫沥青冷再生混合料性能研究

赖石安

(惠州市人防工程设计院有限公司，广东惠州 516000)

程成

(长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023)

作为一种新材料，泡沫沥青冷再生混合料在道路建设领域中得到了越来越广泛的应用。为分析泡沫沥青冷再生混合料的强度性能及其水稳定性，通过改变沥青集料的掺量、温度及养护条件，研究了掺量、温度及养护条件对泡沫沥青冷再生混合料强度的影响；通过改变泡沫沥青冷再生混合料的含水量及其水泥含量，研究了泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性与其含水量和水泥含量的关系。结果表明，泡沫沥青冷再生混合料的强度对温度和养护条件的敏感性较大，并随着集料掺量的变化显著增加；泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性随着其含水量的降低而显著增加，随着水泥含量的增加而增加；泡沫沥青冷再生混合料的强度和水稳定性最佳的水泥含量一般在1.5%～2.0%。

泡沫沥青；冷再生混合料；水稳定性

近年来，随着泡沫沥青冷再生技术的发展及其在工程实践中的广泛应用，国内外许多研究学者以及科研单位对这项新技术和新材料十分感兴趣，并进行了诸多探索性研究。目前，以美国、加拿大、澳大利亚、南非等以及欧洲一些国家对泡沫沥青冷再生技术的应用较为普遍，并且取得了良好的经济、社会效益[1～4]。相比国外的泡沫沥青冷再生技术，我国泡沫沥青冷再生技术在室内研究和工程实践中均处于起步阶段，但随着近年来我国大量道路进入大中修时期，泡沫沥青冷再生技术取得了较快的发展[5～8]。

泡沫沥青冷再生混合料具有节约能源、施工快速、节省维修费用和废旧材料利用率高等一系列优点，将越来越多的用在道路建设领域中，其发展前景不可估量[6～9]。作为一种新型的道路修复手段，泡沫沥青冷再生技术虽然已经得到广泛应用，但是由于不同地区的气候条件、地形特征和材料性质的客观差异，造成泡沫沥青混合料在其配合比设计方法、性能评价等多方面的关键问题，并没有达成共识，缺乏系统性的研究成果，仍处于研究探索阶段[9～11]。泡沫沥青冷再生混合料中以旧路材料为主，主要用于道路路面基层，正确认识和掌握其强度特征和路用性能是泡沫沥青再生应用技术的关键。为此，笔者对泡沫沥青冷再生混合料的强度性能及其水稳定性进行了分析研究。

1 泡沫沥青冷再生混合料强度性能研究

1.1 泡沫沥青用量的影响

泡沫沥青是泡沫沥青冷再生混合料中最重要的粘结剂，其发泡效果在一定程度上可以改善再生混合料的和易性，并且有助于提高泡沫沥青冷再生混合料的强度。适宜的泡沫沥青用量可以提高集料间的粘结效果。

制备泡沫沥青冷再生混合料时，改变泡沫沥青的含量，并在40℃烘箱中养护试件72h，把成型马歇尔试件进行干劈裂强度试验，具体试验数据如图1所示。

图1 不同泡沫沥青用量下的干劈裂强度

由图1可知，随沥青用量增加干劈裂强度存在最大峰值，在达到峰值之前，干劈裂强度随着泡沫沥青含量的增加而增加；在达到峰值之后，干劈裂强度随着泡沫沥青含量的增加而递减。只有当沥青用量达到最佳沥青用量时，才能够达到最佳的粘结效果，达到强度的峰值。

1.2 细集料与粉料掺量对强度的影响

在泡沫沥青冷再生混合料中，集料主要有路面铣刨料和新加集料2部分，其中路面铣刨料对再生混合料的初期强度贡献较低。为了保证泡沫沥青混合料的强度，先调整再生料级配组成，再加入一定比例的细料和粉料，然后制备泡沫沥青冷再生混合料，成型试件并进行养护测试，试验数据结果如图2和图3所示。

图2 细料掺量与强度关系图3 矿粉掺量与强度关系

从图2和图3可知，泡沫沥青混合料的强度随着细集料和矿粉掺量的增加呈递增趋势，并且在细集料掺量10%左右及矿粉掺量在3%左右时，混合料强度达到其最大值。

图4 集料拌和温度与强度关系

1.3 集料拌和温度对强度的影响

为了探讨集料拌和温度对最终混合料强度的影响，将集料分别在不同温度下放置3h以上，然后制备泡沫沥青混合料并成型试件进行干劈裂强度试验，具体试验数据如图4所示。

由图4可知，泡沫沥青混合料的劈裂强度与集料拌和温度呈正相关，当集料拌和温度提高时，使得泡沫沥青在集料中的分散更趋均匀，从而提高混合料强度。

1.4 试验条件对强度的影响

在室内按照98%的压实度成型试件。试件成型后在室外静置1d，其中一批试件放入塑料袋中密封，然后采用2种方式进行养护：第1种是将试件置于40℃烘箱内养生48h，冷却至室温待测，该批试件称为湿养护试件；第2种是将试件仍然置于室外，不作恒温处理，然后进行测试，称为未养护试件。另有一批试件在室外静置1d，放入40℃烘箱养护，该批试件未放入塑料袋中，称为干养护试件。不同养生条件下，试件的抗压强度测试结果见表1。

表1 不同试验条件下泡沫沥青冷再生混合料强度测试值

由表1可知，在20℃下，湿养护试件的抗压强度比未养护试件的抗压强度高20%以上，但湿养护试件的抗压强度仅为干养护试件抗压强度的80%左右。在湿养护过程中，试件中的水没有充分发挥，因此，其强度低于干养护试件的强度。在50℃测试时，湿养护试件抗压强度仅为20℃测试强度的50%左右，说明泡沫沥青混合料仍然是感温性较强的混合料。

上述分析表明，泡沫沥青冷再生混合料试件的强度对养护条件和试验条件的敏感性大，在评价其抗压强度特征时，应按照标准试验条件进行。

2 泡沫沥青冷再生混合料水稳定性能研究

对泡沫沥青冷再生混合料强度形成机理分析表明，该混合料的强度，尤其是初期强度对环境状态的依赖性较强，泡沫沥青冷再生混合料结构层的主要损坏是水损害，其主要原因是因为该混合料中沥青含量较低，孔隙率较大，吸水率较高。为了提高泡沫沥青冷再生混合料的水稳定性，需要采用较高的沥青用量，在这种情况下，混合料的密度增加，细料能裹覆更多的沥青，水稳定性增强，但是将提高泡沫沥青冷再生混合料造价，因此推荐方法是加入水泥等活性材料。

2.1 含水量对水稳定性能的影响