乳化沥青冷再生混合料性能研究

李　宁，李 锋

（1.江苏沿江高速公路有限公司，江苏 常熟 215500；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

乳化沥青冷再生混合料性能研究

李宁1，李 锋2

（1.江苏沿江高速公路有限公司，江苏 常熟 215500；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

文章对不同乳化沥青用量和不同水泥掺量的冷再生混合料路用性能进行比较分析，结果表明，水泥可以提高乳化沥青冷再生混合料水稳定性、早期强度和高温稳定性；水泥用量过高时会导致冷再生混合料变脆，降低混合料的低温抗裂性能；低乳化沥青用量冷再生混合料具有很好的高温抗车辙性能，满足我国再生技术规范中的相关要求。

乳化沥青；冷再生混合料；水稳定性；早期强度；高温稳定性；低温抗裂性

随着我国高速公路通车年限的逐渐增长，沥青路面逐渐出现了诸如车辙、拥包、裂缝和松散等病害，一部分高速公路将相继达到使用寿命期限，公路交通建设将面临着“全面养护”的重大挑战。传统的沥青路面养护将旧沥青混凝土层铣刨后废弃，造成资源的极大浪费，且严重污染环境，影响到公路交通的可持续发展。结合交通部“十二五”提出的“实现全国公路交通废旧沥青路面材料的循环利用”的要求，为了处治沥青路面病害，延长路面使用寿命，降低修建费用，实现旧料的循环利用，保护生态环境，乳化沥青冷再生混合料的应用越来越广地受到人们关注［1-2］。然而目前对于乳化沥青冷再生混合料性能缺乏系统的研究，再生规范中标准也相对较低，一定程度上限制了乳化沥青冷再生混合料的发展和推广应用。因此，开展乳化沥青冷再生混合料性能研究具有重要的现实意义。

1　配合比设计

1.1 原材料

原材料主要包括沥青路面回收材料（RAP）、新集料、水泥、矿粉、乳化沥青和水。RAP主要包括0～9.5 mm的细铣刨料和9.5～26.5 mm的粗铣刨料。新添加集料粒径为16～31.5 mm，水泥采用为P.O 42.5。乳化沥青各项技术指标如表1所示，RAP、新集料、水泥和矿粉筛分结果如表2所示。

1.2 级配设计

参照我国《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）中关于乳化沥青冷再生混合料的配合比设计方法［3］进行矿料级配设计，初选的乳化沥青冷再生混合料配合比为：粗铣刨料∶细铣刨料∶新集料∶水泥∶矿粉=28%∶47%∶20%∶2%∶3%，合成级配结果如表3所示。

表1 乳化沥青技术指标

1.3 最佳含水率

根据《公路土工试验规程》（JTG E40—2007） T0131的方法，以一定的间隔变化含水率，对合成矿料进行击实试验，用以确定冷再生混合料最佳含水率。试验时拟定乳化沥青掺量为4.0%，按照1%的间隔变化初始含水量，分别按3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%的含水率进行击实试验，根据测试结果绘制干密度与实际含水率的关系曲线，如图1所示，根据干密度最大值确定的最佳含水量为4.2%。

1.4 乳化沥青用量

以4%的预估沥青用量为中值，按照0.5%的间隔变化乳化沥青用量，在4.2%的最佳含水量基础上，采用马歇尔击实法两面各击实75次成型试件，然后进行15 ℃劈裂强度试验，根据试验结果绘制劈裂强度与乳化沥青用量之间的关系曲线，如图2所示。根据干、湿劈裂强度最大值确定的最佳乳化沥青用量为4.3%。

表2　原材料筛分试验结果

表3　 矿料级配组成及合成级配

图1　干密度与含水量关系曲线

图2　劈裂强度与乳化沥青用量的关系曲线

通过冻融劈裂试验进行了单点验证，冻融劈裂强度比结果为74.9%，满足不小于70%的设计要求。

2　试验方案

按照上述乳化沥青冷再生混合料目标配合比，采取不同的水泥用量和乳化沥青用量，评价水泥及乳化沥青掺量对冷再生混合料性能的影响，具体试验方案如表4所示。根据试验方案分别展开水稳定性试验、早期强度试验、高温稳定性试验和低温抗裂性试验［4-6］。

表4　试验方案 %

3　水稳定性分析

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）和《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）中的相关规定，分别进行干湿劈裂强度试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂强度试验，采用干湿劈裂强度比、残留稳定度和冻融劈裂强度比3项指标综合评价乳化沥青冷再生混合料的水稳定性，按公式（1）计算。试验采用旋转压实仪成型试件，压实次数为30次，试件直径为100 mm，高度为63.5±2.0 mm，试验结果如图3所示。

式中：TSRd-w为干湿劈裂强度比；RS为残留稳定度；TSR为冻融劈裂强度比；IDT1、IDT2为干、湿劈裂强度；MS1、MS2为浸水前后的马歇尔稳定度；RT1、RT2为冻融循环前后的劈裂强度。

图3　水稳定性试验结果

由图3可知：

（1）各方案冷再生混合料的残留稳定度和干湿劈裂强度比均满足规范中不小于75%的要求，冻融劈裂强度比满足不小于70%的要求，表明冷再生混合料具有较好的水稳定性；

（2）随着水泥用量的增加，冷再生混合料的3项指标均逐渐增加，表明水泥用量的增加可以提高冷再生混合料的抗水损害性能；

（3）方案B和D的3项指标基本相当，表明高、低乳化沥青用量的冷再生混合料具有相当的抗水损害性能。

4　早期强度分析

参照ASTM D1560—81和ASTM D7196—06中的相关规定，分别进行粘结力试验和抗磨耗试验，采用粘结力值和磨耗损失率2项指标综合评价冷再生混合料的早期强度性能。2种试验均采用旋转压实仪成型试件，压实次数为20次，试件直径为150 mm，高度分别为80±3.0 mm和70±5.0 mm。其中粘结力试验结束条件为试件断裂或变形超过13 mm，抗磨耗试验结束条件为试件发生大量松散或磨耗15 min，分别按式（2）和式（3）计算粘结力值和磨耗损失率，结果如图4所示。式中：C为粘结力值；L为球重；W为试件直径；H为试件高度；L为试件磨耗损失率；Wa、Wb为试件磨耗前后的质量。

图4　早期强度试验结果

由图4可知：

（1）随着水泥用量的增加，冷再生混合料的粘结力逐渐增加，而磨耗损失率逐渐减小，水泥有利于提高冷再生混合料的早期强度；

（2）方案D与A的粘结力基本相当，与方案B的磨耗损失率基本相当，表明降低乳化沥青用量和水泥用量，冷再生混合料仍表现出较好的早期强度性能。

5　温度敏感性分析

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）T0719和T0715中的相关规定，分别进行高温车辙试验和低温弯曲试验，采用动稳定度和破坏应变指标分别评价冷再生混合料的高温性能和低温性能。车辙试验采用轮碾机碾压成型300 mm×300 mm×50 mm的板式试件，低温弯曲试验采用车辙板切割成250 mm×30 mm×35 mm的棱柱体小梁试件，分别按照公式（4）和公式（5）计算动稳定度和破坏应变，试验结果图5所示。

式中：DS为动稳定度；C1、C2分别为试验机类型及试件类型系数；N为试验轮往返碾压速度；εB为试件破坏时的最大弯拉应变；h为跨中断面试件的宽度；L为试件的跨径；d为试件破坏时的跨中挠度。

图5　温度敏感性的试验结果

由图5可知：

（1）随着水泥用量的增加，冷再生混合料的动稳定度逐渐提高，表明水泥用量可以有效提高冷再生混合料的高温抗车辙性能。

（2）随着水泥用量的增加，冷再生混合料的破坏应变先增加后减小，表明适当的水泥可以提高混合料的低温性能，而水泥用量过多时，混合料逐渐表现出一定的脆性，因此破坏应变减小。

（3）方案D的结果表明，减少乳化沥青用量可以提高混合料的高温抗车辙性能，但低温性能相对较差。

6　结论

通过对不同水泥掺量和乳化沥青用量的冷再生混合料性能试验的分析，可以得到如下结论：

（1）添加水泥有利于提高乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能、早期强度性能和高温稳定性能，且随着水泥用量的增加而逐渐增加，冷再生混合料表现出较好的抗水损害、高温抗车辙等路用性能；

（2）添加少量水泥可以提高冷再生混合料的低温抗裂性能，然而水泥用量过多会导致混合料变脆，降低低温性能，因此在冷再生混合料设计时需严格控制水泥用量，建议水泥用量控制在1%～2%；

（3）低乳化沥青用量的冷再生混合料均表现出较好的水稳定性和高低温性能，且具有较好的早期强度，与高乳化沥青用量冷再生混合料的性能基本相当，推荐乳化沥青用量控制在3%～4.5%。

综上所述，乳化沥青冷再生混合料的各项性能能够满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41—2008）中的相关要求。从室内性能试验结果可知，适当降低冷再生混合料中乳化沥青的用量不会影响再生混合料的性能，但将低乳化沥青冷再生混合料应用于实体工程还需进一步的研究。

［1］吴超凡，曾梦澜，钟梦武，等.乳化沥青冷再生混合料设计法试验研究［J］. 湖南大学学报（自然科学版），2008，5（8）：19-23.

［2］权登州，王磊，赵永波，等.乳化沥青冷再生混合料设计方法研究［J］.中外公路，2009，29（2）：228-231.

［3］JTG F41—2008公路沥青路再生技术规范［S］.

［4］董泽蛟，谭忆秋，曹丽萍.乳化沥青冷再生混合料的室内设计与性能评价研究［J］. 公路交通科技，2006，23（2）：43-47.

［5］吴旷怀，李燕枫，杨国梁，等.乳化沥青冷再生沥青混合料的研究［J］. 暨南大学学报（自然科学版），2008，29（3）：281-285.

［6］吴超凡，曾梦澜，赵明华，等.乳化沥青冷再生混合料路用性能试验研究［J］. 公路交通科技，2009，26（7）：27-32.

Research on the Performance of Emulsified Asphalt Cold Recycling Mixtures

Li Ning1， Li Feng2
（1.Jiangsu Yanjiang Expressway Co.， Ltd.， Changshu 215500， China; 2. JSTI Group， Nanjing 210017， China）

In this paper， road performance of cold recycling mixtures with different amount of emulsified asphalt and cement is analyzed and compared. Results show that the cement can improve water stability， early strength and high temperature stability of emulsified asphalt cold recycling mixture; while high cement content will cause mixture brittle， reduce low temperature crack resistance; cold recycled mixture with low emulsified asphalt has better high temperature anti-rutting performance which can meets specifications technical requirements.

emulsified asphalt; cold recycling mixture; water stability; early strength; high temperature stability; low-temperature crack resistance performance

U414

A

1672–9889（2015）05–0016–03

李宁（1980-），男，江苏南通人，高级工程师，主要从事道路桥梁设计工作。

（2015-01-26）