养生时间对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

2022-09-08廖晨曦苏敏陈楚鹏

广东交通职业技术学院学报 2022年3期

廖晨曦，苏敏，陈楚鹏

(1.广东省高速公路有限公司，广东广州 510000；2.广东华路交通科技有限公司，广东广州 510420)

2012年，《交通运输部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的指导意见》提出全国高速公路旧料循环利用比例达95%的目标。为响应国家政策，实现节能环保目标，近年来，乳化沥青冷再生在高速公路改扩建中得到广泛应用[1-3]。

乳化沥青厂拌冷再生混合料的养生时间对再生路面施工工期和施工质量均有明显影响，养生时间较长会增加再生路面施工工期，养生时间短则再生施工质量难以保证。《公路沥青路面再生技术规范》(JTG/T 5521—2019)对乳化沥青混合料的养生结束时间进行了规定，即养生时间>7 d或能取出芯样或再生层含水率低于2%时可以提前结束养生[4]。而全国各地气候条件差异较大，统一采用7 d的控制时间不合理，且取出芯样后也未对芯样的性能指标进行相关规定，因此基于乳化沥青冷再生混合料性能指标确定合理养护时间是十分必要的。

本文通过研究不同养生时间下乳化沥青冷再生混合料的性能试验，提出南方湿热地区乳化沥青冷再生混合料的合理养生时间，研究成果可为南方湿热地区乳化沥青冷再生的养生及上部结构铺筑时机提供参考依据。

1 试验设计与试件制备

1.1 试验设计

通过室内成型马歇尔试验试件和车辙板试件，进行乳化沥青冷再生混合料马歇尔试验、劈裂试验、冻融劈裂试验和车辙试验，以研究不同养生时间下冷再生混合料力性能和稳定性能，试验设计如表1所示。

表1 养护时间对冷再生混合料的影响试验设计

1.2 试件制备

以3.8%(质量分数，下同)乳化沥青用量，1.8%水泥掺量，按照如表2所示配比和级配配料后，常温击实50次+60℃养护1 d、3 d、5 d、7 d、9 d+击实25次+12 h常温冷却后脱模成型马歇尔试件，按照表1进行测试。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)T0703方法成型车辙板时间，养护1 d、3 d、5 d、7 d、9 d后，再按T0719进行车辙试验。

表2 冷再生沥青混料合成级配

2 结果分析

2.1 力学性能

按照表1进行马歇尔试验，由图1中试验结果可知，乳化沥青冷再生混合料力学性能和养护时间呈正相关，和空隙率呈负相关。养生时间为1 d时稳定度为仅为11 kN，空隙率为12.8%，强度是9 d强度的60.4%。养生时间为3 d时，稳定度为15.2 kN，是9 d的83.5%，空隙率为10%，较1 d空隙率下降2.8个百分点。5 d、7 d、9 d相对于3 d而言，空隙率分别下降0.2、0.7和0.9个百分点、马歇尔强度分别增加1.3%、7.3%、21.3%。因此可认为在60℃养生条件下，乳化沥青冷再生混合料水分在第3 d即完成了蒸发，随着这部分水分蒸发，经过二次击实后，试件更加密实，同时破乳的乳化沥青和水泥水化物基本形成了粘结强度，共同作用下使得试件力学性能得到明显改善，因此，根据力学性能试验结果，其合理养生时间为≥3 d。

图1 不同养护时间下冷再生混合料马歇尔试验结果

2.2 水稳定性能

按照表1进行冻融劈裂试验，由图2中试验结果可知，随着混合料的养生时间增加，乳化沥青冷再生混合料的冻融劈裂强度比逐渐增加，根据试验结果，养生3 d、5 d、7 d和9 d后乳化沥青冷再生混合料的抗水损坏能力均满足规范要求，且养生3 d后，冻融劈裂强度比不再明显增加，表明乳化沥青混合料养生3 d后具有良好的水稳定性，养生时间≥3 d即可。

图2 不同养护时间下冷再生混合料冻融劈裂试验结果

2.3 抗裂性能

按照表1进行劈裂试验，由图3中试验结果可知，随着混合料的养生时间增加，乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度先迅速增加，后逐渐趋于稳定，养生3 d、5 d、7 d和9 d的劈裂强度分别为养生1 d劈裂强度的134.4%、212.5%、225.0%和231.3%，5 d后乳化沥青混合料的劈裂强度逐渐稳定，不再明显增加。因此从抗裂性能方面考虑，乳化沥青冷再生混合料的养生时间应≥5d。

图3 不同养护时间下冷再生混合料劈裂试验结果

2.4 高温性能

按照表1所示进行车辙试验，试验结果见图4。由图4可知，随着养生时间的变化，动稳定度值呈先明显增加后逐渐稳定的特点。养生时间为3 d、5 d、7 d和9 d时，其动稳定度分别较1 d增加220%、239%、278%和267%，可见60℃下养生3 d是乳化沥青冷再生混合料高温性能的转折点：养生时间<3 d时，乳化沥青破乳和水泥水化物均处于快速阶段，混合料内部胶结物快速增加，因此，随养生时间增加，高温性能迅速改善；养生时间≥3 d时，混合料内部胶结物增加速度逐渐缓慢并趋于稳定，高温性能逐渐稳定。因此，根据高温性能的试验结果可知，养生时间≥3 d即可。

综上所述，根据乳化沥青冷再生混合料的力学性能、水稳定性能、抗裂性能和高温性能试验结果，常温干燥条件下合理养生时间≥3 d。

3 工程应用

3.1 工程概况

开阳高速公路起点与佛开高速相接，终点接于阳茂高速公路，全长125.2 km；设计路面结构如图5所示。按照设计要求，开阳高速旧路铣刨产生的废旧沥青混合料经处理后，加入乳化沥青、新集料形成乳化沥青混合料应用于柔性基层。

图5 开阳高速改扩建工程乳化沥青厂拌冷再生路面结构

3.2 工程验证

为验证研究成果，依托开阳高速改扩建工程，在K3184+420～K3184+580左幅段铺筑完成乳化沥青厂拌冷再生柔性基层后，分别在铺筑完成后的1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d和7 d取芯。项目施工段位于江门开平市，属亚热带季风气候，施工时对环境进行检测，7 d养生期内均未下雨，每天的环境平均气温、最高温度和最低温度见图6，取芯结果见表3(其中1 d未取出芯样)。

图6 养生期内环境温度监测结果

表3 试验段取芯芯样指标

从图6可知，环境平均温度较高，属于典型的亚热带季风气候温度，且7 d内均无下雨现象，有利于乳化沥青冷再生混合料的养生和试验结果对比。从检测结果来看，当养生时间≥3 d时，劈裂强度均满足设计要求，且随着养生时间的增加，劈裂强度不再明显增加，因此在开阳高速公路改扩建工程乳化沥青厂拌冷再生施工的合理养生时间为3 d，相对于规范施工的7 d养生时间而言，可节约57%的养生时间，有效地节约了工期。同时根据芯样劈裂强度试验结果可知，养生时间≥3 d后，混合料的劈裂强度满足了设计要求，保证了再生路面的施工质量。