基于性能试验的厂拌冷再生中长期使用性能研究

王瑞远，齐兴强，刘鸿鹄，赵冬汉

(1.贵州省毕节公路管理局 毕节市 551700； 2.苏交科集团股份有限公司 南京市 211110)

0 引言

早期干线公路基层多采用二灰碎石，由于二灰碎石容易产生收缩裂缝，随着使用年限增长，在行车荷载的作用下，水损害导致路面产生唧浆、松散变形等病害，影响道路的使用性能。二灰碎石基层改造时不仅产生大量的铣刨料造成资源浪费，同时提高基层耐久性和抗反射裂缝能力也是目前急需解决的问题。泡沫沥青厂拌冷再生基层在使用过程中，可以再生利用路面铣刨料，但其水稳定性、抗疲劳性能以及长期使用性能有待进一步研究。如何进行二灰碎石的循环再生利用以及提高冷再生基层长期使用性能是目前急需解决的问题。

针对泡沫沥青厂拌冷再生混合料，分别通过水稳定性、抗冲刷性和疲劳性能试验，研究冷再生混合料抗水损害性能和疲劳寿命。同时结合试验段跟踪观测结果，从基层芯样疲劳寿命和水稳定性能研究泡沫沥青厂拌冷再生中长期的使用性能。

1 研究方案

(1)水稳定性试验

按照沥青用量1.5%～3%，水泥剂量2%，制备两组冷再生试件进行干湿劈裂强度试验[1]。两组试件分别进行劈裂强度和浸水劈裂强度试验。

冻融劈裂试验一组试件在室温保存，另一组试件真空饱水15min，然后在-18℃±2℃保持16h±1h，最后在60℃水箱保温24h，最后分别将两组试件同时浸水25℃±0.5℃保温2h，计算冻融劈裂试验强度比[2]。

(2)抗冲刷性能试验

针对泡沫沥青冷再生混合料30d龄期的试件进行了抗冲刷性能试验,测定不同时间的冲刷量。

(3)抗压强度试验

通过7d无侧限抗压强度试验评价振动成型法和静压法不同成型方式下冷再生试件的抗压强度[3]。

静态抗压回弹模量试验采用七级分别加载，绘制Pi-△li曲线，取0.5P时的模量作为设计参数。回弹模量试验条件为20℃[4]。

(4)疲劳性能试验

制备不同沥青用量和水泥剂量的试件，采用沥青胶结料试验仪NU-14进行小梁疲劳试验，测试混合料的疲劳性能。

2 试验结果分析

2.1 水稳定性分析

水稳定性主要是指再生混合料抵抗水损害的能力。通过干湿劈裂强度和冻融劈裂强度试验评价水稳定性[5]。

(1)干湿劈裂强度比试验

根据试验结果计算干湿劈裂强度比，见表1所示。

表1 不同沥青用量劈裂强度试验结果

由表1试验结果可知，不同沥青用量下试件干湿劈裂强度比均满足规范要求。当沥青用量为2.5%时，冷再生试件劈裂强度试验结果更为优异。

(2)冻融劈裂试验

冻融劈裂试验结果见表2所示。

表2 冻融劈裂试验结果

由表2试验结果可知，不同沥青用量下试件冻融劈裂强度试验均满足规范要求。当采用沥青用量2.5%时，冷再生混合料抗水损害性能更优异。

2.2 抗冲刷性能分析

对冷再生混合料30d龄期试件进行抗冲刷试验。分别采用累计冲刷量和单位时间冲刷量进行统计分析[6]。

累计冲刷量为单个冲刷时间内冲刷量的总和。单位冲刷量为累计冲刷量与冲刷试件比值。试验结果见图1所示。

图1 抗冲刷试验结果

由图1可知，与普通水泥稳定碎石相比，泡沫沥青冷再生混合料抗冲刷性能更优异。考虑到泡沫沥青冷再生混合料5min后冲刷量较为稳定，可以将5～30min内单位时间冲刷量小于0.75g/min作为泡沫沥青冷再生混合料的评价标准。

2.3 抗压强度分析

(1)无侧限抗压强度

试件7d无侧限抗压强度试验结果如表3所示[7]。

表3 7d无侧限抗压强度试验结果

由表3可知，冷再生试件抗压强度随水泥剂量增大而逐渐增大。静压法试件7d无侧限抗压强度代表值均大于3.5MPa。振动法试件抗压强度代表值均大于5.11MPa，明显优于静压法试验。

(2)抗压回弹模量

以20℃作为冷再生混合料的回弹模量测试温度，试验结果见图2所示。

图2 20℃抗压回弹模量试验结果

由图2可知，随着沥青用量增加，抗压回弹模量逐渐降低。20℃抗压回弹模量在910～1150MPa之间，相当于粗粒式沥青混凝土。

2.4 抗疲劳性能

制备不同沥青用量和水泥剂量的试件，采用小梁疲劳试验测试混合料的抗疲劳性能[8]。抗疲劳性能试验结果见表4所示。

由表4可知，试件在低应变作用下，具有良好的抗疲劳性能。低应变时，沥青用量对疲劳寿命影响较大，高应变时沥青用量对疲劳寿命影响较小。

表4 泡沫沥青冷再生混合料疲劳次数试验结果

随着应变增加，抗疲劳性能迅速降低，由此可知，冷再生混合料不适用于路面较高的层位。当沥青用量为2.5%时，冷再生试件疲劳寿命最优。

3 试验段中长期性能研究

3.1 试验方案

(1)试验段方案

为了进一步对厂拌冷再生混合料中长期使用性能进行评价[9]，针对贵州某二级公路改扩建工程，选择试验段作为厂拌冷再生和水泥就地冷再生技术使用性能进行对比。沥青用量为2.5%，水泥用量为1.5%，试验段路面结构形式见表5所示。

表5 试验段路面结构形式

(2)疲劳试验方案

针对冷再生基层芯样疲劳性能，采用三分点施加Havesine波[10]的动态周期性的压应力荷载模式进行疲劳试验，测试混合料不同应力下荷载重复作用次数。

(3)水稳定试验

采用水稳定试验评价冷再生基层浸水后抗压回弹模量与残留模量强度，评价冷再生基层抵抗水损害的能力。

(4)单轴蠕变试验

通过蠕变试验劲度模量表征混合料的高温稳定性以及永久变形能力。

3.2 试验结果分析

(1)疲劳试验分析

不同应力作用下冷再生试件疲劳寿命次数见图3所示。

图3 冷再生芯样疲劳试验结果

由图3试验结果可知，在相同应力水平下，泡沫沥青冷再生基层疲劳寿命最优，其次为乳化沥青冷再生基层。而泡沫沥青冷再生用于下面层时疲劳寿命最低，这与疲劳性能试验冷再生混合料不适用于路面较高层位的结果相同。

(2)水稳定试验分析

水稳定试验结果见表6所示。

表6 冷再生基层水稳定试验结果

由表6可知，随着浸水次数的增加，冷再生基层的抗压回弹模量与残留模量比值逐渐缩小。由此说明，冷再生混合料具有一定的水稳定性，但在经受循环水作用后其强度会明显下降，因此针对冷再生基层应进行必要的防水害措施。

(3)单轴蠕变试验分析

冷再生基层单轴蠕变试验结果见图4所示。

图4 冷再生基层单轴蠕变试验结果

由图4结果可知，泡沫沥青冷再生基层单轴蠕变试验优于乳化沥青冷再生基层和冷再生下面层，由此说明泡沫沥青冷再生基层具有良好的高温性能和抵抗永久变形能力。

4 结论

(1)与普通水泥稳定碎石相比，泡沫沥青冷再生混合料抗冲刷性能更优异。考虑到泡沫沥青冷再生混合料5min后冲刷量较为稳定，可以将5～30min内单位时间冲刷量小于0.75g/min作为泡沫沥青冷再生混合料的评价标准。

(2)低应变时，沥青用量对疲劳寿命影响较大，高应变时沥青用量对疲劳寿命影响较小，随着应变增加，疲劳性能迅速降低。当采用泡沫沥青用量2.5%时，混合料抗水损害性能和高温性能更优异。

(3)泡沫沥青冷再生基层疲劳寿命最优，其次为乳化沥青冷再生基层。而泡沫沥青冷再生用于下面层时疲劳寿命最低，这与疲劳性能试验冷再生混合料不适用于路面较高层位的结果相同。

(4)冷再生混合料具有一定的水稳定性，在经受循环水作用后其强度会明显下降，针对冷再生基层应进行必要的防水害措施。泡沫沥青冷再生基层具有良好的高温性能和抵抗永久变形能力。