掺水泥优化泡沫沥青冷再生混合料的路用性能分析

2024-03-17朱泽慧

交通科技与管理 2024年2期

摘要为有效提升泡沫沥青冷再生混合料路用性能，延长沥青路面使用寿命，文章通过室内试验系统分析了不同水泥、机制砂及19～26.5 mm粗集料掺量下泡沫沥青冷再生混合料高温性能、水稳定性能及低温性能变化规律。研究发现：（1）冷再生混合料中水泥用量由0%增至1.5%时，其冻融强度比提升19%，动稳定度提升160%，弯拉强度提升18%；（2）机制砂用量由0%增至20%时，混合料冻融强度比提升10%，动稳定度提升62%，弯拉强度提升13%；（3）19～26.5 mm粗集料用量由0%增至10%～20%时，高温性能提高96%；（4）推荐冷再生混合料水泥用量为1.5%，机制砂用量为20%，19～26.5 mm粗集料用量为10%～20%。

关键词公路沥青路面；冷再生混合料；配比优化；路用性能

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0144-03

0 引言

泡沫沥青冷再生技术作为一项新型沥青路面养护技术，可实现沥青废料及水稳基层材料回收再利用，具有施工简便、节约资源、降低成本等诸多优势[1]。再生混合料可用于沥青路面基层、面层铺设，有效解决了废旧筑路材料占用土地、污染环境的问题，具有显著的经济、环保及社会效益。但由于泡沫冷再生混合料抗压及抗弯性能较差，高温及低温环境下易产生车辙和开裂病害，严重影响泡沫冷再生混合料的应用与发展[2-3]。为此，该文通过室内试验，全面探究了掺水泥对泡沫沥青冷再生混合料路用性能的影响，对推动冷再生技术发展，具有重要意义。

1 试验方案

1.1 原材料

泡沫沥青：选用A级70#基质沥青，最优发泡温度为150℃，用水量2%。

面层回收集料：山东泰安泰莱线，一级沥青路面面层AC-5废旧集料。

新集料：机制砂与粒径为19～26.5 mm粗集料，各项技术指标符合相关标准要求；水泥为P.O42.5水泥；水为直饮水。

1.2 试验内容

为有效探究水泥用量对泡沫冷再生混合料路用性能的影响，依次以水泥掺量0%、1%、1.5%、2%、2.5%拌制混合料进行试验[4]，具体如表1所示。

为有效探究机制砂用量对冷再生混合料路用性能的影响，以恒定水泥用量1.5%，机制砂用量依次为0%、10%、20%、30%制备混合料进行试验，详细级配如表2所示。

为有效探究19～26.5 mm粗集料用量对泡沫冷再生混合料路用性能的影响，以水泥用量1.5%，机制砂掺量20%，19～26.5 mm粗集料掺量依次为0%、10%、20%、30%制备混合料进行试验，具体如表3所示。

1.3 试验方法

车辙试验方法：根据相关规范要求制备标准车辙板试件，长×宽×高=300 mm×300 mm×80 mm，试验条件为（60 ℃，0.7 MPa）。

低温弯曲试验：根据相关规范要求制备标准车辙板试件，并将其分割成长×宽×高=250 mm×40 mm×40 mm的梁式构件，测试温度为?10 ℃，速率保持50 mm/min。

水稳定性检测：根据《公路沥青材料试验检测规范》中残留稳定度比与冻融劈裂强度两项指标，综合判定冷再生混合料水稳定性能[5-7]。

2 试验结果分析

2.1 水泥掺量的影响

根据混合料配比试验，得到最优含水率及最优沥青掺量，如表4所示，其中：PWC代表最优含水率，PEC代表最优沥青掺量，该研究采用的沥青掺量为3%，集料级配情况按表1执行。

（1）水稳定性分析：根据各种水泥用量条件下混合料浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验检测数据分析可知：①当水泥用量增大时，混合料残留稳定度比及冻融劈裂强度显著增大，水稳定性得到大幅度提升；②当水泥用量高于1.5%后，再次增大水泥用量，其水稳定性提升幅度较小。根据水稳定性分析结果，基于成本角度进行综合考量，最终确定水泥用量为1.5%。

（2）高温稳定性分析：根据检测结果获得水泥用量与混合料动稳定度关系曲线，如图1所示。

从图1可知：随着水泥用量不断增大，混合料动稳定度显著提升。相较于水泥用量0%时，1.5%掺量下，混合料动稳定度提升160%。所以，建议水泥掺量为1.5%。

（3）低温性能分析：根据各种水泥用量条件下混合料低温性能检测数据分析可知：①1.5%水泥用量下，混合料强度提升18%，应变下降3%；②2.5%水泥用量下，混合料强度提升21%，应变下降5%；③经综合分析施工成本因素，确定水泥用量为1.5%。

2.2 机制砂掺量的影响

根据混合料配比试验，得到最优含水率及最优沥青掺量，如表5所示，该研究采用的乳化沥青用量为3%，集料级配情况按表2执行。

（1）水稳定性分析：根据各种机制砂用量条件下混合料浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验检测数据分析可知：①当机制砂用量增大时，混合料残留稳定度比及冻融劈裂强度全部呈现先增后减的变化趋势；②20%机制砂用量条件下，混合料残留稳定度比及冻融劈裂强度最大，相较于機制砂用量为0%时，混合料残留稳定度提升5%，冻融劈裂强度提升10%。所以，根据水稳定性分析结果推荐其用量为20%。

（2）高温稳定性分析：根据各种机制砂用量条件下混合料动稳定度检测数据分析可知：①当机制砂用量增大时，混合料高温性能呈现先增后减的变化趋势；②20%机制砂用量条件下，混合料高温性能处于最优状态，相较于机制砂用量为0%时，其高温性能提升62%。所以，根据高温性能分析结果推荐其用量为20%。

（3）低温抗裂性：根据各种机制砂用量条件下混合料低温性能检测数据分析可知：①20%机制砂用量条件下，混合料低温性能处于最优状态，相较于机制砂用量为0%时，混合料抗弯强度提升13%，弯拉应变提升3%；②根据低温性能分析结果推荐其用量为20%[8]。

2.3 19～26.5 mm粗集料掺量的影响

根据混合料配比试验，得到最优含水率及最优沥青掺量，如表6所示，该研究采用的乳化沥青用量为3%，集料级配情况按表3执行。

（1）水稳定性分析：根据各种集料用量条件下混合料浸水马歇尔及冻融劈裂强度检测数据分析可知：①当19～26.5 mm粗集料用量增大时，混合料残留稳定度比及冻融劈裂强度全部呈现先增后减变化趋势；②9.5～19 mm粗集料用量超过20%条件下，其用量越大，混合料孔隙率越大，水稳定性显著降低。所以，根据水稳定性分析结果推荐9.5～19 mm粗集料用量控制在10%～20%左右。

（2）高温稳定性分析：根据各种集料用量条件下混合料动稳定度检测数据分析可知：①随着19～26.5 mm粗集料用量越来越大，混合料高温性能呈现先增后减变化趋势；②19～26.5 mm粗集料用量介于10%～20%之间时，混合料高温性能处于最优状态，相较于用量为0%时，其高温性能提升96%。所以，根据高温性能分析结果推荐19～26.5 mm粗集料用量为10%～20%左右。

（3）低温抗裂性：根据各种集料用量条件下混合料低温抗裂强度检测数据分析可知：①当19～26.5 mm粗集料用量逐渐增大时，混合料弯拉强度及应变全部呈现先增后减变化趋势；②19～26.5 mm粗集料用量超过20%时，随着其用量的不断增大，混合料弯拉强度显著降低。所以，根据低温性能分析结果推荐19～26.5 mm粗集料用量为10%～20%左右。

3 结论

综上所述，为有效探究水泥、机制砂、19～26.5 mm粗集料等材料对泡沫沥青冷再生混合料路用性能的影响，该文通过相关试验对三种材料不同掺量条件下冷再生混合料高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性进行分析，得出如下结论：

（1）当水泥用量增大时，混合料残留稳定度比及冻融劈裂强度显著增大，水稳定性得到大幅度提升；水泥用量由0%增至1.5%时，其冻融强度比提升19%，动稳定度提升160%，弯拉强度提升18%。所以，确定水泥用量为1.5%。

（2）1.5%水泥掺量下，随着机制砂掺量的不断增加，冷再生混合料高温性能、水稳定性、低温性能均呈现先增后减的变化规律，机制砂用量由0%增至20%时，混合料冻融强度比提升10%，动稳定度提升62%，弯拉强度提升13%。

（3）1.5%水泥掺量与20%机制砂掺量下，随着19～26.5 mm粗集料掺量的增大，冷再生混合料水稳定性、低温性能变化较小，19～26.5 mm粗集料用量由0%增至10%～20%时，高温性能提高96%。

（4）根据三种材料各掺量条件下混合料路用性能检测结果，并充分考虑施工成本因素，经综合研究确定泡沫沥青冷再生混合料水泥用量为1.5%，机制砂用量为20%，19～26.5 mm粗集料用量控制在10%～20%左右。

参考文献

[1]王凤，韦万峰. 温拌泡沫沥青混合料配合比设计及路用性能研究[J]. 市政技术， 2023（9）： 33-38.

[2]王杰，郑鲲鹏，徐剑，等. 发泡用水量对泡沫温拌沥青混合料力学性能的影响[J]. 公路交通科技， 2023（8）： 1-8.

[3]丁晓明. 泡沫沥青冷再生混合料配合比设计及施工技术[J]. 福建建材， 2021（12）： 87-89.

[4]李宇，孙雪强，高建芳，等. 高温重载下泡沫沥青冷再生路面响应分析[J]. 森林工程， 2021（4）： 117-125.

[5]郑炳锋，黄毅，朱富万，等. 泡沫温拌沥青混合料技术研究及工程应用[J]. 石油沥青， 2021（3）： 45-50.