不同成型参数对水泥乳化沥青冷再生试件孔隙率和劈裂强度的影响研究

郭赢赢

（山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

改革开放以来，国家大力发展经济，呈现出一片繁荣的景象，经过多年的建设与发展，我国公路建设已经基本趋于饱和。按照路面设计寿命10～15 年计算，我国路面已经陆续进入翻修阶段。未来几年，因翻修路面铣刨下来的废旧路面材料（RAP）将不断攀升，如果不能对这些RAP 加以利用，不但浪费资源，污染环境，为了存放这些RAP 还将侵占大片土地[1-3]。对于处理这些RAP，乳化沥青冷再生技术就是一种很好的选择。乳化沥青冷再生技术，是将RAP、新石料、填料、水、乳化沥青按照一定的比例进行混合，经机器常温拌合、摊铺、碾压、养护，即可开放交通的一种绿色环保型道路养护技术。但是乳化沥青冷再生技术有个缺点是早期强度较低，为了弥补这一不足，一般选择添加一定量水泥来改善[4-7]。马歇尔实验是目前实验室进行乳化沥青冷再生研究的主要手段，试验中为了降低孔隙率，需要进行二次击实，但目前规范在二次击实时忽视了水泥已经完成水化形成结构强度这一事实。按照目前的成型方式进行，势必会对水泥结构产生破坏，从而让混合料的早期强度补强上大打折扣。为了解决这一问题，笔者从有可能影响马歇尔试件孔隙率和劈裂强度的因素着手，设计实验，对乳化沥青冷再生混合料马歇尔试件成型方式进行了系统研究。有文献报道，60℃养护温度过高，建议40℃养护[8]。考虑到长时间高温养护会对沥青造成老化，本实验过程选择40℃进行养护。

1 实验准备

1.1 原材料

乳化沥青，使用本研究室自己研发的冷再生用乳化剂JK-L007 制备，沥青采用中石化90 号沥青，乳化沥青相关性能如表1。RAP 取自山西境内某高速路铣刨料，集料当做黑色集料处理，为了取料均匀，将RAP 筛分为0～10 mm 和10～20 mm 两档，筛分级配如表2。为了提高冷再生混合料强度，添加了30%的新碎石，新碎石采用阳曲县喜悦发石料厂生产的规格AC-20 玄武岩。填料，为普通硅酸盐水泥42.5。水，使用太原市自来水。

表1 试验用乳化沥青性能测试结果

表2 RAP级配

表3 中粒式乳化沥青冷再生混合料试验级配

1.2 实验设计

a）通过击实实验，确定乳化沥青混合料最佳含水率为8%（外加水量，不含石料及乳化沥青中水分），最佳乳化沥青用量为4%。

b）实验测定水泥40℃环境下初凝时间为2.5 h，终凝时间为5 h。

c）按照级配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化沥青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%拌合一组200 g混合料，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20—2011）》T 0757—2011 测试其可拌合时间，记为t，实验测试结果t=30 min。

d）按照级配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化沥青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%，使用拌合锅拌合，按两个马歇尔试件所需混合料进行拌合，拌合好后，先将混合料放置（t-5）min，测试放置（t-5）min前后混合料质量差，计算放置（t-5）min 后混合料含水率为6%。

e）马歇尔试件制备，每组制备4 个试件：

（a）A 组 按照级配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化沥青=70%∶30%∶1%∶8%∶4%，使用拌合锅进行拌合，每次按两个马歇尔试件所需混合料进行拌合，拌合好后，先将混合料放置（t-5）min，之后开始向试模装料，击实，双面各击实50 次，不脱模具置于40℃烘箱养护至恒重，趁热进行二次击实，双面各击实25 次，室温放置12 h，进行脱模。

（b）B 组 混合料级配及拌合方法同A 组，拌合好后，立即开始向试模装料，击实，双面各击实50次，不脱模具置于40℃烘箱放置2 h，取出趁热进行二次击实，双面各击实25 次，40℃烘箱养护至恒重，室温放置12 h，进行脱模。

（c）C 组 混合料级配及拌合方法同A 组，拌合好后，先将混合料放置（t-5）min，之后开始向试模装料，击实，双面各击实50 次，不脱模具置于40℃烘箱放置2 h，趁热进行二次击实，双面各击实25 次，40℃烘箱放置至恒重，取出室温放置12 h 进行脱模。

（d）D 组 混合料级配及拌合方法同A 组，拌合好后，立即开始向试模装料，击实，双面各击实50次，不脱模具置于40℃烘箱放置至恒重，趁热进行二次击实，双面各击实25 次，室温放置12 h，进行脱模。

（e）E 组 按照级配 mRAP∶m新碎石∶m水泥∶m外加水∶m乳化沥青=70%∶30%∶1%∶6%∶4%，使用拌合锅进行拌合，每次按两个马歇尔试件所需混合料进行拌合，拌合好后，立即开始向试模装料，击实，双面各击实50 次，不脱模具置于40℃烘箱养护至恒重，趁热进行二次击实，双面各击实25 次，室温放置12 h，进行脱模。

2 实验测试

2.1 孔隙率测试

分别用蜡封法和真空法测冷再生混合料的毛体积相对密度和理论最大密度，计算得到其孔隙率。

2.2 劈裂实验

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20—2011）》当中T 0716—2011 的规定进行操作。

3 实验结果及讨论

3.1 孔隙率实验结果

实验结果显示，A、B、C、D 四组试件均能满足乳化沥青冷再生施工规范要求（孔隙率9～14），但是可以看得出，乳化沥青混合料拌合完成后放置（t-5）min 再制备试件，可以有效降低孔隙率，如实验结果中所示A 组和C 组试件的孔隙率明显低于B 组和D 组。孔隙的形成，很大程度上是因为水分迁移残留的空隙导致，水分的作用主要体现在拌合过程，使得黏结料在常温下充分分散开来，拌合完成后，希望它尽快挥发，完成混合料成型。所以，拌合完成后，完成拌合后放置（t-5）min，水分大量挥发，有效降低了养护过程因水分迁移发展的空隙。最终结果就是，放置（t-5）min 制备的试件孔隙率降低明显。D、E 组试件相比，E 组孔隙率明显低于 D 组，说明拌合时，含水率大小对试件空隙率有直接影响。得出结论，冷再生混合料马歇尔试件成型前，将拌合料放置一段时间，但不超过可拌合时间，可以有效降低试件孔隙率。

图1 水泥乳化沥青冷再生马歇尔试件孔隙率测试结果

3.2 劈裂强度实验结果

实验结果显示，ABCD 四组试件的劈裂强度及干湿劈裂强度比均能满足规范要求。劈裂强度分析，B 组和C 组明显优于A 组和D 组，这主要是因为B组和C 组制备试件时，40℃养护2 h 后进行的二次击打，在二次击打时，试件中的水泥水化物还未完全硬化，不会因受到二次击打而受损，而A 组和D 组则是在40℃环境养护至恒重，具体养护了24 h 才进行的二次击打，二次击打时试件中的水泥水化已经完全，二次击打在减小空隙率的同时破坏了水泥水化物结构，最终表现为劈裂强度大大降低。同时，我们发现A 组和C 组的干湿劈裂强度比明显高于B 组和D 组，这与孔隙率的测试结果相吻合，得益于A 组和C 组孔隙率小的缘故。

A 组和E 组相比，E 组的劈裂强度和干湿劈裂强度比明显低于A 组，这说明混合料拌合时直接将含水率控制在6%，然后直接制件并不能起到相同的效果。这是因为，水分有利于乳化沥青均匀分散，并引导沥青颗粒裹覆石料。前期水量不足，不利于黏结料发挥应有的效果。

4 结论

乳化沥青冷再生混合料在添加水泥的情况下，马歇尔试件成型的过程中需要考虑混合料的可拌合时间和水泥的初凝时间。具体操作中应注意，在混合料拌合完成后放置一段时间，等到混合料接近可拌合时间时再进行试件制备，可有效降低试件的孔隙率，选择40℃养护2 h 进行二次击实，有利于保护水泥结构，确保冷再生混合料早期强度。