浅析乳化沥青冷再生混合料性能及影响因素

谭 俊，肖 燕

(湖南文理学院，湖南 常德 415000)

0 前 言

现行冷再生技术的主流趋势即在RAP中掺入再生剂和乳化沥青或者泡沫沥青使其恢复各项性能指标。乳化沥青冷再生技术和泡沫沥青冷再生技术在施工过程中具有污染小、节能环保的特点，符合构建“资源节约型”和“环境友好型”社会的基本需求[1]。两者在高级公路上主要应用于基层，在低级公路上多用于面层。对两种冷再生技术进行对比分析发现：泡沫沥青冷再生技术结构强度增长快，能有效减少道路早期病害、道路养护时间短、适用范围广、受气候影响小等优势，但同时，需要对沥青加热，并且发生装置和拌和设备更加复杂。在级配相同的情况下，任瑞波等[2]发现：乳化沥青冷再生混合料的低温抗裂性和水稳定性明显优于泡沫沥青冷再生混合料，高温稳定性略强于后者，而刘娜[3]发现：疲劳性能前者弱于后者。从综合性能上看，乳化沥青冷再生技术比泡沫沥青冷再生技术更具优势。

我国沥青再生技术起步晚，在乳化沥青再生机理上与其他国家缺乏统一的认知；在国内，两种冷再生混合料的性能异同也存在众多说法。因此，本文着重于乳化沥青冷再生混合料性能及影响因素分析，为乳化沥青冷再生技术提供参考价值。

1 高温稳定性能

高温稳定性能是指沥青混合料在高温条件下，能够抵抗车辆荷载的反复作用、不发生显著永久变形、保证路面平整度的特性。其性能评定依据主要包括车辙因子和动稳定度。

针对沥青老化过程中轻质油分和芳香分等有机物的减少，基于有机物相似相溶原理向RAP中掺入芳烃油，恢复乳化沥青冷再生混合料的流变特性。随着芳烃油掺入量的升高，乳化沥青冷再生混合料的软化点逐渐降低，针入度、延度、粘度逐渐升高，但高温稳定性却呈现阶段性变化。芳烃油的掺入量存在一个渐变值，掺入量低于这个值时，混合料的高温稳定性一直上升，在此之后，由于混合料流变特性过强而一直下降。许严[5]提出，处于渐变点时芳烃油的掺入量为20%。

矿粉、机制砂、粗集料、水泥则主要是通过改变乳化沥青混合料的结构来达到改变高温稳定性的目的。以矿粉掺量Wmp对乳化沥青冷再生混合料的动稳定度Sd(次·mm-1)的影响为例(如图1)，随着矿粉、机制砂、粗集料的掺入，混合料的密实度上升，在内部形成分散型骨架结构，大大提高了混合料的动稳定度。当三者各自掺量达到某一区域，混合料动稳定度的增速极其缓慢；当掺量分别超过一定时，在混合料内部形成的骨架结构空隙增大而导致混合料抗车辙性能降低，三者与混合料之间的关系转变为干涉破坏作用。与其他三种物质不同，水泥则是通过与水分发生水化反应，水化产物与熟料相互结合在混合料内部形成连接的空间立体网状骨架，进而提升混合料的抗高温形变能力[6]。

图1 矿粉掺量对动稳定度的影响

2 低温抗裂性[7]

低温抗裂性指混合料在低温条件下抵抗收缩变形的能力。其性能评定依据主要包括弯拉强度和弯拉应变。

结合表1～3进行分析，不难看出：机制砂和粗集料对于混合料性能的改变集中体现在结构上，并与混合料的含水率密切相关。随着机制砂的掺入，混合料的弯拉强度与弯拉应变均呈现先上升后下降的趋势；与机制砂有所差异的是，随着粗集料的掺入，混合料的弯拉强度与弯拉应变的变化并不明显，不过一旦粗集料的掺入量超过一定比例，一方面，沥青与其接触面积减小、粘结强度降低，导致了材料间的力学响应下降；另一方面，混合料内部的空隙率增大导致水分进入，水分蒸发后容易形成孔洞，使得混合料骨架对沥青的约束增大而使沥青无法自由收缩，进而在混合料内部形成温差应力，一旦超过抗拉强度，就会导致低温开裂、形成道路病害，反而降低了混合料的低温抗裂性能。

表1 不同级配的混合料最大干密度、最佳含水率和最佳乳化沥青用量

表2 不同级配掺量对冷再生混合料低温弯曲性能影响

表3 机制砂掺量对乳化沥青冷再生混合料低温弯曲性能影响

3 水稳定性

水稳定性指乳化沥青混合料受水影响的程度。其性能评定以劈裂度强为依据。

水泥对于乳化沥青混合料水稳定性的影响主要体现在混合料内部结构的改变上。一方面，水泥作为一种粘结材料，提升了乳化沥青与集料等物质的粘结强度，同时在混合料内部形成水泥-乳化沥青结构，增强了混合料对内应力和外力的抵抗能力；另一方面，水泥进行水化反应放热，改变了混合料的空隙率及孔径。随着水泥的掺入，乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度处于上升状态，水稳定性增强。值得注意的是，劈裂强度增强并不代表着劈裂强度符合现行施工规范对施工应用的要求，对此，毕京杰[8]提出，当水泥掺量<1%时会导致劈裂强度无法满足现行施工规范，而当水泥掺量>2%后，水泥掺量对于劈裂强度的增幅不大，提出了推荐混合料水泥掺量在1%～2%的建议。

4 疲劳性能

疲劳性能指混合料在循环荷载或形变下发生断裂或损伤破坏的能力。其性能评定以疲劳因子为依据。

随着再生剂掺量的增加，RAP中沥青性能得到改善，乳化沥青冷再生混合料的疲劳寿命次数呈现先增多后减少的变化趋势，但始终高于RAP的疲劳性能。水泥作为一种重要的再生剂，主要从结构上改变应力敏感性，对混合料疲劳性能造成影响。在电镜下观察掺入水泥混合料，发现水泥掺入量相对较低时，在混合料内部形成针状和簇状的水化结晶贯穿在混合料中，与沥青等材料形成空间网络结构，降低了混合料的应力敏感性；当水泥掺量相对较高时，水化结晶过长，反而导致这种空间网络结构变硬变脆，增大了疲劳因子，对长期疲劳性能造成损害。

孙建秀等提出纤维能增大混合料的空隙率，改变含水率，进而改变混和料对应力的敏感性，提升疲劳寿命。

5 结 语

1)沥青混合料高温稳定性由混合料的流变特性和结构共同决定，并且有机再生剂、无机再生剂、骨料对高温稳定性的影响呈现“抛物线”趋势。但国内外就各材料的掺量尚未达成统一的认知，在这方面的研究还有很长的路要走。

2)低温抗裂性、水稳定性、疲劳性能主要由混合料的结构决定，并与混合料的孔隙率、含水率密切相关，因此，在配合比试验中控制混合料含水率具有很强的现实意义。

3)乳化沥青冷再生技术使RAP得到充分利用，符合“资源节约型”和“环境友好型”的可持续发展理念，具有很强的推广性。

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