抗剥落剂对乳化沥青冷再生沥青混合料性能的影响研究

摘要：为解决乳化沥青冷再生混合料水稳定性差的问题，文章通过在乳化沥青冷再生混合料中掺加胺类和非胺类抗剥落剂，开展浸水马歇尔、冻融劈裂、浸水飞散试验，对其水稳定性评价指标开展区分度分析。结果表明：抗剥落剂能有效提升乳化沥青冷再生混合料水稳定性性能，随着抗剥落剂掺量增加，水稳定性能评价指标MS0、TSR、ΔS均先增加后有所降低并趋于平稳，非胺类抗剥落剂对乳化沥青冷再生混合料水稳定性性能的提升效果优于胺类抗剥落剂；水稳定性能指标区分度方面，飞散损失ΔS远高于MS0和TSR指标，且MS0和TSR指标区分度＜0.002，说明乳化沥青冷再生混合料水稳定性能差异较小，指标区分能力弱。

关键词：道路工程；乳化沥青冷再生混合料；抗剥落剂；水稳定性能；区分度

中图分类号：U416.03   文献标识码：A

文章编号：1673-4874（2024）04-0062-05

0 引言

沥青路面在维修和养护时将产生大量沥青路面回收材料（RAP料），RAP料的存放与处理将占用大量的环境资源［1］。与此同时，RAP料由优质集料和旧沥青组成，对RAP料直接废弃处理将造成资源浪费，沥青路面再生利用成为解决方案之一。在沥青路面再生技术中，乳化沥青冷再生不仅成本低，对RAP料的利用率也较高［2］。相比其他再生技术，乳化沥青冷再生存在水稳定性不足的突出问题，提升乳化沥青冷再生沥青混合料水稳定性能成为当前沥青路面再生技术的热点研究方向［3］。在乳化沥青冷再生混合料水稳定性能研究方面，国内已有较多文献。例如，王文虎［4］研究水泥添加量、乳化沥青用量、水的使用量对乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能影响，得出结论：随着水泥、水、乳化沥青用量的增加，乳化沥青冷再生混合料水稳定性能存在峰值，并非这三者掺量越高越好。刘秘强等［5-8］从养生条件、配合比优化等方面开展乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能改善研究，得出大量有参考价值的结论。但以上文献多从养生条件、配合比优化、水泥掺量等因素分析乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能，较少关注抗剥落剂对乳化沥青冷再生混合料的水稳定性能影响。抗剥落剂能够有效改善沥青混合料的水稳定性能［9］，已经得到文献证实。因此文章尝试将抗剥落剂掺入乳化沥青冷再生沥青混合料，以期改善乳化沥青冷再生沥青混合料水稳定性能，为工程实践提供一定参考。

1 试验材料

RAP料为广西某高速公路铣刨所产生，对RAP采用离心分离获得矿料和旧沥青，相关材料的试验结果见表1和表2。由表2可知，沥青路面在自然环境和行车荷载和作用下已经出现较为严重的老化现象。

乳化沥青来自德国维特根厂家，水为饮用水，水泥为普通硅酸盐水泥，新料规格为20～25 mm。乳化沥青相关技术指标见表3。选取2种抗剥落剂，分别为美国美德维实伟克公司生产的胺类抗剥落剂EVOTHERM M1（记为M1）和重庆某公司生产的非胺类抗剥落剂（记为FA）。

2 配合比设计

2.1 级配

根据规范［10］要求，开展乳化沥青冷再生沥青混合料的配合比设计。级配范围参考规范［11］AC-25型沥青混合料矿料级配要求，具体的级配曲线图如下页图1所示。

2.2 确定最佳含水量

乳化沥青由水、沥青、乳化剂构成，因此本文所分析含水率包括乳化沥青所含水分。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）相关要求开展击实试验，确定最佳含水量。其核心步骤为通过改变含水量，获得不同含水量下干密度，最大干密度所对应的含水量即为最佳含水量。试验结果如图2所示，最终确定最佳含水量为3.4%。

2.3 确定最佳水泥含量

水泥含量对乳化沥青冷再生混合料强度有重要影响，因此设置不同水泥掺量（外掺，0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%），在最佳含水率下制备乳化沥青冷再生混合料，并开展马歇尔试验，试验结果如图3所示。由图3可知，随着水泥掺量增加，乳化沥青冷再生混合料马歇尔稳定度线性增长，但工程实践表明过高的水泥掺量易导致乳化沥青冷再生混合料产生收缩裂缝［12］，因此最终确定水泥掺量为2%。

2.4 确定最佳乳化沥青含量

通过干湿劈裂强度确定最佳乳化沥青含量。设置不同掺量（内掺）乳化沥青，制作马歇尔试件，并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）［13］要求开展干湿劈裂强度试验，试验结果见图4。由图4可知，随着乳化沥青掺量增加，干湿劈裂强度均存在峰值，且在乳化沥青掺量为4%时达到最高，因此最终确定乳化沥青最佳掺量为4%。

3 结果及分析

3.1 浸水马歇尔试验

在室内制作掺抗剥落剂的乳化沥青冷再生混合料马歇尔试件，配合比采用前文配合比结果，后文同。M1和FA抗剥落剂掺量（外掺）设置为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%，后文同。为减少数据变异性，每组试验制作10个马歇尔试件，其中5个用于未浸水马歇尔试验，5个用于浸水马歇尔试验。试验结果如图5和下页表4、表5所示。由图5和表4、表5可知，马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度试验结果变异系数均较小。M1和FA均对乳化沥青冷再生混合料浸水马歇尔试验结果产生正面效果。具体而言，乳化沥青冷再生混合料随着M1和FA掺量增加浸水前后稳定度均有所增加，表明抗剥落剂可以改善乳化沥青冷再生混合料矿料与胶结料的粘附性从而提升其力学强度和水稳定性能。对比分析M1和FA，发现非胺类抗剥落剂对乳化沥青冷再生混合料的水稳定性提升效果优于胺类抗剥落剂。进一步对数据开展分析，可以发现乳化沥青冷再生混合料的水稳定性指标MS0随着抗剥落剂掺量的增加先快速增加而后有所降低并趋于平稳。产生该现象的原因主要为在抗剥落剂掺量较小时粘附性提升明显，而随着掺量增加可能对粘附性产生了不利影响。该现象产生原因有待微观试验进一步验证。

3.2 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验用于测试沥青混合料水稳定性能，主要的步骤为对冻融前后的马歇尔试件开展劈裂试验，获得劈裂强度，以冻融前后劈裂强度比（TSR）表征沥青混合料的水稳定性能。冻融劈裂试验结果如表6、表7及下页图6所示。从表6、表7及图6可知，乳化沥青冷再生混合料随着抗剥落剂掺量的增加冻融前后的劈裂强度均有所增加。具体分析可知，与浸水马歇尔试验结果类似，冻融前后劈裂强度以及TSR指标均随着抗剥落剂的掺量增加呈现先快速增加而后减小再趋于平稳的趋势。与浸水马歇尔试验结果的不同之处在于，TSR指标随着抗剥落剂掺量先增加后减小的过程更加明显。产生该现象的原因在于冻融劈裂试验条件相较浸水马歇尔试验更为严苛。因此，在评价掺抗剥落剂乳化沥青冷再生混合料水稳定性能时，TSR指标相较MS0指标对抗剥落掺量更加敏感。

3.3 浸水飞散试验

规范（文献［13］）中T 0733浸水飞散试验用于测试沥青混合料水稳定性能。根据肖刘路［14］的研究结果，对于乳化沥青冷再生混合料，浸水飞散试验旋转300次试件剥落严重。因此，文章浸水飞散试验采用的旋转次数与文献［14］一致，为100次。浸水飞散试验结果如表8和图7所示。由表8和图7可知，与浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验结果类似，两种抗剥落剂对乳化沥青冷再生混合料水稳定性能提升均产生较好效果，且均随着掺量增加先快速增加而后有所降低并趋于平稳。在提升乳化沥青抗飞散方面，非胺类抗剥落剂优于胺类抗剥落剂。

3.4 水稳定性评价指标区分度分析

采用区分度来分析MS0、TSR、ΔS作为乳化沥青水稳定性能评价指标的区分度和敏感性。区分度是评价指标对试验对象区分能力的一个数量指标，某评价指标的区分度值越高，表明该指标对评价对象的区分能力越强，提供的有效信息越多，越能够有效评价试验对象［15］。文章选取了两种抗剥落剂，每种抗剥落剂的掺量为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%。因此，有3个水稳定性评价指标，11个评价对象（包括不掺抗剥落剂的对照组）。依据文献［15］，构建初始信息矩阵X′=（x′ij）n×m，见式（1），其中x′ij为第i个评价对象的第j个指标数值。采用比重法［16］对初始信息矩阵进行无量纲处理，计算公式见式（2），获得信息矩阵X=（xij）n×m，信息矩阵见式（3）。然后，采用熵值赋权法［17］计算每个指标的权重wj。最后，采用式（4）计算每个指标的区分度Dj。

Dj=（maxi=1-11xij-mini=1-11xij）wj（4）

权重wj和区分度Dj计算结果见表9。从表9可知：ΔS的区分度最高，为0.038 1，TSR次之，MS0最低。文献［15］表明，当区分度＜0.002时，评价指标对评价结果的差异程度影响很弱，可以忽略不计。MS0和TSR指标的区分度均＜0.002，因此可以认为上述两个指标并不能很好评价乳化沥青冷再生混合料水稳定性性能。MS0和TSR指标评价结果区分度小的原因在于这二者的试验原理类似，均为测试浸水前后、冻融前后强度比值确定水稳定性能。浸水马歇尔试件需要在60 ℃±1 ℃恒温水槽中保温48 h，冻融劈裂试件在冻融后需要在60 ℃±0.5 ℃的恒温水槽中保温24 h，在恒温水槽保温期间，乳化沥青冷再生混合料强度仍然在增长，且在高温作用下强度增长高于常温放置下的对照组，因此通过浸水前后、冻融前后强度比值所确定的乳化沥青冷再生混合料水稳定性能有所失真。

4 结语

选取胺类和非胺类抗剥落剂，掺入乳化沥青冷再生混合料中，开展水稳定性能试验，并对不同水稳定性能评价指标区分度开展分析，得出结论如下：

（1）抗剥落剂对乳化沥青冷在生混合料水稳定性能有显著影响，体现在掺抗剥落剂乳化沥青冷再生混合料水稳定性能评价指标MS0、TSR、ΔS优于未掺抗剥落乳化沥青冷再生混合料。在提升乳化沥青水稳定方面，非胺类抗剥落剂优于胺类抗剥落剂。

（2）水稳定性能评价指标区分度分析结果表明，飞散损失ΔS区分度明显高于MS0和TSR指标，MS0和TSR指标区分度＜0.002，对评价结果的影响程度可以忽略不计。在乳化沥青水稳定性评价指标方面，除了传统的MS0和TSR指标，引入飞散损失ΔS指标是有必要的。

参考文案

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作者简介：胡伟杰（1990—），硕士，工程师，主要从事公路养护工程研究工作。