外加剂对冷再生沥青混合料性能影响分析

何明霞

(湘潭市交通建设质量安全监督管理处， 湖南 湘潭 411100)

中国现有高速公路中沥青路面占80%以上，沥青路面的设计使用年限一般为15～20年，中国从开始修建高速公路至今已有大量沥青路面翻修或将要翻修，而且需要翻修的道路以每年接近15%的速度增长。除高速公路外，其他等级公路也大量采用沥青路面。在一些发达国家，沥青的再生利用率达到70%，而中国不足30%，在这方面还有相当大的发展空间。大量原有沥青材料如不加以利用，不仅破坏环境，还会造成巨大的资源浪费。沥青路面冷再生技术是解决这一问题的较好方法。

1 工程概况

日兰(日照—兰考)高速公路(G1511)日照段位于山东半岛东南侧、黄海之滨，是沈海(沈阳—海口)高速公路的联络线，全长78.45 km。对原有路面进行钻芯取样，发现半刚性基层有较多分枝状横向裂缝，且反射到路面顶层；纵向裂缝也较多，主要分布在行车道轮迹带上，个别地方伴有不均匀沉陷，属于疲劳开裂和路基、基层强度不够。该路段在不同区域出现不同程度水毁，雨后行车道路面出现泛浆现象，层间连接性差，剥离、松散现象较严重。

2 冷再生混合料原材料分析

从该路段选取典型病害路面进行铣刨，对铣刨料(RAP)进行筛分试验和指标测定，试验结果见表1、表2。

3 试验结果与分析

乳化剂是表面活性物质，能降低各种构成相的界面活力，影响乳化沥青的破乳速度，将乳化沥青加入再生混合料中会影响混合料的性能。通过改变乳化剂类型和用量、水泥用量，分析冷再生混合料空隙率、劈裂强度和动稳定度的变化，分析不同外加剂对冷再生混合料性能的影响。混合料配合比根据JTG F41-2008《公路沥青路面再生技术规范》和筛分试验结果确定。

表1 RAP筛分结果

表2 RAP性能指标试验结果

3.1 不同乳化剂改性乳化沥青对冷再生混合料的影响

采用A、B、C 3种类型乳化剂，通过对比试验分析乳化剂对冷再生混合料空隙率、劈裂强度、动稳定度的影响。

3.1.1 乳化剂类型对冷再生混合料空隙率的影响

将经A、B、C 3种乳化剂改性的乳化沥青加入铣刨试样中，搅拌均匀后，采用150 mm直径试模旋转压实成型试件，压实次数为70次。采用排水法对试件进行空隙率试验，试验结果见表3。

表3 不同乳化剂对冷再生混合料空隙率的影响

由表3可知：采用不同乳化剂改性的乳化沥青与铣刨料拌和成型后，其空隙率有所不同，其中采用A、B乳化剂试件的空隙率基本相同，采用C乳化剂试件的空隙率高于前二者。其原因是C乳化剂改性后乳化沥青与铣刨料的配伍性比A、B乳化剂改性后乳化沥青的差，C乳化剂改性后乳化沥青早期破乳现象严重，导致混合料内摩阻力增大，在相同压实功作用下压实难度更大。

3.1.2 乳化剂类型对冷再生混合料劈裂强度的影响

将采用不同乳化剂改性的乳化沥青与铣刨料拌和，旋转压实成型试件，测定其劈裂强度，结果见表4。

表4 不同乳化剂对冷再生混合料劈裂强度的影响

由表4可知：采用A、B乳化剂试件的抗劈裂强度大于C乳化剂试件。乳化剂影响空隙率，C试件的空隙率比A、B试件的大，导致其干湿劈裂强度降低。

3.1.3 乳化剂类型对冷再生混合料60 ℃动稳定度的影响

对再生混合料进行常规车辙试验和浸水车辙试验，测试其动稳定度。将成型车辙板试件放置于60 ℃烘箱中保温48 h，取出在常温下放置48 h后进行常规车辙试验。浸水车辙试验在车辙板试件放入60 ℃恒温水浴中保温6 h后进行。试验结果见表5。

表5 不同乳化剂对冷再生混合料60 ℃动稳定度的影响

由表5可知：A试件每形成1 mm深度车辙，常规车辙试验需车轮运行7 854次、浸水车辙试验需车轮运行6 783次；B试件每形成1 mm深度车辙，常规车辙试验需车轮运行7 123次、浸水车辙试验需车轮运行6 241次；C试件每形成1 mm深度车辙，常规车辙试验需车轮运行4 164次、浸水车辙试验需车轮运行3 573次。A、B乳化剂成型试件的60 ℃动稳定度比C乳化剂成型试件的高，浸水试件的稳定度比常规试件的差。

3.2 乳化沥青用量对冷再生混合料性能的影响

乳化沥青是混合料的胶结物质，它使铣刨混合料中的骨料、沥青材料、沥青包裹骨料等粘结在一起，形成新的沥青混合料。通过改变乳化沥青用量测定冷再生混合料的空隙率、劈裂强度、动稳定度，分析乳化沥青用量对混合料耐久性、稳定性等性能的影响。乳化沥青用量分别为2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、5.0%、6.0%。试验结果见表6。

表6 不同乳化沥青用量下冷再生混合料性能试验结果

由表6可知：1) 不同乳化沥青用量对冷再生混合料空隙率有一定影响。乳化沥青用量为2.5%时，空隙率为11.5%，大于其他用量下空隙率；乳化沥青用量超过3.0%时，随着其掺量的增加，空隙率变化不明显。2) 乳化沥青掺量从2.5%增加到5.0%时，混合料的劈裂强度增加；乳化沥掺量为6.0%时，劈裂强度开始下降。乳化沥青用量会影响混合料的劈裂强度。3) 乳化沥青掺量由2.5%增加到3.0%时，混合料的平均动稳定度增加；乳化沥青掺量由3.0%增加到6.0%时，混合料的平均动稳定度降低。动稳定度随乳化沥青用量的增加呈抛物线变化。

3.3 水泥用量对冷再生混合料性能的影响

水泥在冷再生混合料中的作用包括水泥本身的物理-化学反应、水泥与沥青和集料的相互作用。通过测定不同水泥用量下冷再生混合料的空隙率、劈裂强度、动稳定度，分析水泥用量对冷再生混合料性能的影响。在铣刨料中分别加入1%、2%、3%、4%、5%的水泥，拌和制成试件，测定其平均空隙率、劈裂强、平均动稳定度，结果见表7。

表7 不同水泥用量下冷再生混合料性能试验结果

由表7可知：水泥掺量由1%增到5%，冷再生混合料的平均空隙率降低，劈裂强度和平均动稳定度上升。水泥掺量由1%增加到2%时，混合料的平均空隙率由11.4%降到10.5%；水泥掺量从2%增加到5%，混合料平均空隙率变化幅度减小，并慢慢趋于稳定。随着水泥掺量的增加，混合料的劈裂强度、动稳定度都得到提高。其原因，一方面是由于空隙率下降，密实度提高，使混合料的强度增加；另一方面，由于水泥的水化作用，混合料的强度大幅提高，这是混合料强度不断增加的主要因素。

4 结论

(1) 不同乳化剂会影响冷再生混合料的配伍性，进而影响其工作性能。在相同制作条件下，采用不同乳化剂配制的冷再生混合料的空隙率有所不同，会影响混合料的耐久性、劈裂强度、车辙性能、水稳定性等。

(2) 乳化沥青用量对冷再生混合料空隙率、劈裂强度、动稳定度都会产生影响。乳化沥青含量增加，冷再生混合料的最大理论密度减小，空隙率随乳化沥青含量增加到一定程度后保持在10%左右；随着乳化沥青含量的增加，劈裂强度在一定范围内先升高后下降，动稳定度先升高后下降但下降趋势更明显。

(3) 水泥掺量增加会使冷再生混合料的空隙率降低，劈裂强度、动稳度提高，过多的水泥会使混合料的刚度大幅提高，影响混合料的粘弹性，使混合料容易出现早期开裂等不良反应。

(4) 外加剂对冷再生混合料性能有较大影响，使用时需通过试验确定其合理掺量，少量或过量都会对冷再生混合料性能产生不利影响。