冷态活化再生沥青混合料水稳定性试验研究

吴胜坤，朱文兵，徐 雷，周 俊，臧小双

（江苏宿迁交通工程建设有限公司，江苏 宿迁 223800）

随着我国公路建设的飞速发展，公路里程已居世界第一。但在取得巨大建设成就的同时，在车辆荷载和环境因素的综合作用下，早期通车的路面病害问题日益凸显。冷再生作为路面病害处理的方式之一，因其节能、环保等优势，受到行业的广泛关注。路面冷再生技术是在对原路面进行铣刨、破碎、筛分等处理并确定级配之后，根据规范标准加入新集料、乳化沥青和填料，形成的乳化沥青冷再生混合料的使用性能在原有基础上得到很大提高，能够满足路面继续使用的要求，一般用于重新铺筑路面的面层或基层，具有很高的经济效益[1-2]。

文章利用废旧沥青混合料，对废旧沥青混合料进行活化再生，确定配合比及乳化沥青用量，制备活化冷再生混合料试验试件，分别进行密度、空隙率、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等，分析所得试验数据后对其抗水损性能作出评价，并提出合理的乳化沥青用量及水泥用量等。

1 试件成型

首先采用不同乳化剂对中海油90#基质沥青进行乳化，得到乳化沥青，然后将高速公路铣刨的废旧沥青混合料进行破碎筛分和活化，得到活化再生混合料的级配，最后将废旧料和乳化沥青拌和，并加入P.O325普通硅酸盐水泥及外加水，把拌和后的混合物装入试模中，使用马歇尔击实仪双面击实50次，放入60℃烘箱中烘约40h取出，再进行双面25次击实完成试样制备，最后放置至室温14h后去除试模。

2 密度及空隙率测试

在前期研究基础上，为减少试验工作量，文章选取4.8%和5.3%两个沥青用量分别成型试件并进行试验[3]。

2.1 测定的方法及步骤

测定方法采用蜡封法，首先测定试件干燥环境下的质量ma，在4℃温度条件下养护0.5h，放入熔融石蜡中使其完全覆盖，取出试件待其冷却后测定质量mp，再放入室温水箱中使用网篮将其完全浸入60s，记录此时重量mc。

2.2 试件毛体积密度

式中：ρf为毛体积密度；γp为石蜡相对密度；md为试件质量；mb为浸水前质量；ma为浸水后质量；ρw为水密度。

2.3 理论最大密度

理论最大密度需要求得理论密度后，再与水密度进行乘积[4]。理论密度根据现有规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》（JTG E20—2011）中T0711进行理论密度试验所得[5]。该试验步骤如下：

（1）选取适量试样放入干净负压桶中进行称重，得到干燥试样净质量ma；

（2）加入0.02%表面活性剂25℃浸没，抽取空气振动15min；

（3）关闭真空泵和振动设备降低压力，将试样没入25℃恒温水中，10min后取出称桶、水和试样总重；

（4）计算公式：

式中：m为干燥试样质量；mt为负压桶质量；mc为试样、水与桶总质量。

（5）理论最大密度公式：

式中：ρt为理论最大密度；ρw为水密度。

（6）空隙率计算：

式中：Vc为试样空隙率。

试件按照最佳材料占比制备后，经以上试验测得不同沥青用量的混合料试件的理论最大密度如表1所示，用蜡封法测定的马歇尔毛体积密度及空隙率如表2所示。

表1 理论最大密度

表2 马歇尔毛体积密度

从表1和表2可知，在增加沥青用量的情况下，理论最大密度平均值和平均空隙率均有降低，且在沥青用量为5.3%时，满足规范要求。

3 浸水马歇尔试验

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）T0709规定[5]，对5.3%沥青含量的不同乳化沥青类型的混合料进行浸水马歇尔试验[6]，得到马歇尔稳定度和残留度[7]，结果如表3所示。

表3 活化冷再生混合料的浸水马歇尔稳定度

从表3和图1可知两种混合料试件的残留稳定度均满足规范要求（≥75%），且慢裂快凝型混合料的两项指标均优于中裂型。

图1 不同乳化沥青稳定度、残留稳定度对比图

根据以上所得结论，采用慢裂快凝型混合料进行水泥掺量对比试验，在外加水4.8%、沥青用量5.3%条件下，分别添加1.5%、2.0%、2.5%的水泥拌和混合料，测定不同水泥掺量下的浸水马歇尔稳定度和残留度，结果如表4所示。

表4 不同水泥用量下浸水马歇尔试验稳定度

由表4和图2可知，三种不同水泥用量混合料的稳定度和残留稳定度均满足规范要求（≥5kN，75%）；在水泥用量增加过程中，稳定度先变大后减小，在2.0%处达到极值7.01kN；残留稳定度同样随着水泥用量的增加先变大后减小。产生这种趋势的原因是水泥用量超过2.0%时，水泥剩余过度，未完全水化部分在浸水过程中继续水化，改变胶结状态，降低稳定度，由此得知2.0%的水泥掺量为最佳。

图2 不同水泥用量稳定度、残留稳定度的对比图

4 冻融劈裂试验

分别采用两种不同乳化沥青拌和混合料，沥青用量取5.3%，按照马歇尔成型法制备试验试件，进行冻融劈裂试验，测定冻融循环前后的劈裂强度，并计算冻融劈裂强度比（TSR）来评价不同乳化剂类型对混合料抗水损害性能的影响。将两种乳化沥青混合物分别制备两组对照组A、B，A组室温保存，B组浸水冷冻养护后进行试验，A组试验所得劈裂强度记作RT1，B组试验所得劈裂强度记作RT2，试验结果如表5所示。

表5 不同种乳化沥青冻融劈裂强度指标

冻融劈裂强度比公式：

式中：TSR为冻融劈裂强度比；RT1为A组试样劈裂强度；RT2为B组试样劈裂强度。

从表5和图3中可以看出，慢裂快凝型乳化沥青的冻融劈裂强度比满足规范要求（＞70%），强度保持稳定，水稳性能较好[8]。

采用慢裂快凝型乳化沥青，分别掺入1.5%、2.0%、2.5%的水泥进行拌和，制作三组混合料试件，并按前述方法要求进行冻融劈裂试验，测定不同水泥用量下的冻融劈裂强度，结果如表6所示。

由表6和图4可知，三种不同水泥用量下混合料的TSR值均满足规范要求（≥70%），随着水泥用量增加，常温状态和冻融状态下混合料的劈裂强度均增大。因此，适当的水泥掺量有利于提高再生料的水稳定性。

图3 两组乳化沥青冷再生混合料冻融劈裂强度

表6 不同水泥用量下冻融劈裂试验的劈裂强度

图4 不同水泥用量冻融劈裂强度对比图

5 结束语

通过文章试验研究，得到如下主要结论：

（1）在增加沥青用量的情况下，活化冷再生混合料的平均空隙率均降低，沥青用量达到5.3%时，满足规范要求。

（2）浸水马歇尔试验中，慢裂快凝型活化冷再生混合料的稳定度和残留稳定度均优于中裂型，且水泥最佳掺量为2.0%，稳定度可达到极值7.01kN。

（3）冻融劈裂实验中，随着水泥用量的增加，活化冷再生混合料冻融强度比增加，因此，可通过适当增加水泥用量来提高再生混合料冻融劈裂强度。