水泥含量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

2020-10-14许建斌孙鹏轩

安徽水利水电职业技术学院学报 2020年1期

关键词：模量集料乳化

许建斌，孙鹏轩，韩彰

(安徽交通职业技术学院,安徽合肥 230051)

现阶段乳化沥青冷再生技术在路面再生工程中得到了广泛应用。本文依托安徽某改扩建工程分析沥青路面回收料(RAP)的各项指标，基于旋转压实法设计5种水泥含量的冷再生料的力学与路用性能实验，并根据实验结果推荐类似工程水泥的最佳用量。

1 实验材料

1.1 RAP料

按照规范的取料方法选取了足量的RAP料进行室内试验，本文实验用RAP料为直接铣刨破碎但未筛分的原始回收料，RAP检测结果如表1所列。

将RAP回收料放置三氯乙烯溶剂中浸泡后抽提粗并筛分，对比原始RAP料与抽提后RAP料级配组成，其2种级配如表2所列。

表2 抽提前后RAP料级配

由表2可见，经施工单位铣刨破碎的RAP回收料中粗料较多，这是由于沥青与粗细集料粘结形成的块状集料。经三氯乙烯浸泡抽提后，回收料中的细集料明显增多，其中一部分来源于新建路面时所用的细集料，另一部分主要来源于道路使用过程中的灰尘及粗集料破碎。直接铣刨的RAP回收料中含有较多的粗集料且形状不规则，这种粗集料是一种“假”粗集料，主要是细粗集料的粘结形成，施工过程中的拌和碾压会使其部分或整体破碎，难以达到设计要求。

1.2 乳化沥青及新集料

本文使用的乳化沥青及新集料经检测均满足规范技术要求，可用于实验。

1.3 水泥

本文所用水泥类型为P.O C32.5，其技术指标如表3所列，满足规范要求。

表3 水泥主要技术指标

1.4 实验级配与方案

实验中各材料用量为RAP∶新集料∶矿粉=80∶17∶3。实验所采用水泥为外掺法其含量分别为0、1%、2%、4%、6%。实验级配参考规范[9]推荐级配合成，结果如图1所示。

图1 实验合成级配曲线图

研究表明旋转压实能够有效用于冷再生混合料设计[10, 11]，本文采用该法成型试件。实验中控制乳化沥青含量均为4.5%，进行压实试验测定0、1%、2%、4%、6%水泥含量试件的最佳含水率分别为4.0%、4.6%、4.9%、5.4%、5.8%。主要分析不同水泥含量对混合料抗压强度与回弹模量、劈裂强度以及高低温性能的影响。

2 实验结果与分析

2.1 抗压强度与回弹模量变化规律

按规范[12]方法将进行20℃抗压强度与回弹模量实验，实验结果如图2所示。

图2 抗压强度与回弹模量变化图

由图2可知，随着冷再生混合料中水泥含量的增加抗压强度与回弹模量均呈现出先减小后增大的变化趋势，变化规律大致一致。抗压强度与回弹模量均在水泥用量为2%时呈现最低值，其值分别为1.45MPa、590MPa。水泥含量在0-6%变化过程中，回弹模量最大差值达250MPa，与对照组(水泥含量0%)相比变化了34%；抗压强度最大差值0.55MPa，与对照组(水泥含量0%)相比也变化了34%。

2.2 劈裂强度实验分析

按规范[12]方法将试件进行15℃劈裂强度实验，实验结果如图3所示。

图3 劈裂强度变化图

由图3可得，水泥含量在由0变化至6%的过程中混合料劈裂强度变化幅度较小，其中当水泥含量2%时其劈裂强度最低为0.4MPa，当水泥含量6%时其劈裂强度最大为0.53MPa。由图3还可看出，劈裂强度随水泥含量的增加有先减小后增大的趋势。

2.3 高温抗车辙性能分析

车辙实验是评价混合料高温稳定性的重要方法，按规范[12]要求进行60℃车辙实验，实验结果如图4所示。

图4 水泥含量对动稳定度的影响

由图4可知，冷再生料动稳定度随着水泥含量的增加逐渐增大且含量大于4%时趋于稳定。当水泥含量低于4%时，水泥含量每增加1%其动稳定度约增大500次/mm，水泥含量由0增大至1%时动稳定度增大近1000次/mm。当水泥含量大于4%时，动稳定度基本不再变化。这是由于水泥含量的增大混合料中水化产物增多抗车辙能力增强，当含量大于4%时水泥水化产物作用不大，所以当路面主要考虑高温抗车辙性能时水泥含量应控制2%～4%。

2.4 低温抗裂性能分析

低温弯曲实验能够较好地评价混合料的低温抗裂性能，本文选用-10℃低温弯曲破坏应变及强度评价其低温性能。不同水泥含量的低温实验结果如图5所示。

图5 破坏应变及强度变化图

由图5可以看出低温弯曲试验破坏应变及破坏强度变化规律相似，当水泥含量由0增大到2%两者均逐渐增大，当水泥含量大于2%时两者均先减小而后逐渐增大。在水泥含量为2%时破坏应变及破坏强度均处于最大值，分别为2550με、3.7 MPa。根据上图实验结果，在配合比设计主要考虑低温性能时推荐水泥使用含量为1%～3%。

根据上述实验结果，综合考虑路面材料高低温性能并主要考虑高温性能，推荐该工程乳化沥青配合比设计时水泥最佳用量为2%～3%。