乳化沥青冷再生混合料早期强度影响因素研究

摘要：乳化沥青冷再生混合料的早期强度是影响再生路面铺筑质量的重要指标。文章介绍了乳化沥青混合料配合比设计方案，并通过正交试验，研究了水泥掺量、含水率及养生龄期对乳化沥青冷再生混合料早期强度的影响。结果表明：增加水泥掺量有助于提高混合料强度；含水率越大，混合料间接拉伸强度及15 ℃劈裂强度越小，且存在最佳含水率使抗压强度最大；混合料早期强度主要在养生期前3 d形成；水泥掺量及龄期对混合料早期强度均为显著影响。

关键词：乳化沥青；冷再生；正交试验；早期强度

中图分类号：U414.1" " "文献标识码：A" " " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.021

文章编号：1673-4874（2024）11-0064-04

0引言

我国第一条高速公路——沪嘉高速公路于1988年通车，进入21世纪后我国高速公路迎来了突飞猛进的建设期。截至目前，根据国家统计局数据，我国已建成通车的高速公路里程达到16.10×104 km，位居世界第一。沥青路面凭借其行车舒适性好、平整无接缝等优点成为高速公路的主要路面结构形式，但因沥青混合料材料老化特性，大多数早期投入的沥青路面高速公路已进入大中修阶段。传统的沥青路面维修养护手段是铣刨原有路面，铺筑新的沥青混合料，而这会导致大量的废旧材料浪费与新沥青及集料的投入，对生态环境造成较大的负面影响［1］。因此采用科学有效的方法，对废旧铣刨料进行再生利用，不但降低铺路成本，也可以减少环境污染与降低资源浪费。

目前沥青路面主要的再生技术有热再生与冷再生两种，其中厂拌热再生与厂拌冷再生技术是目前较为主流的再生技术，两者各有优缺点。厂拌热再生成品质量较高，但铣刨料掺配比例不高，废旧混合料消耗率低。厂拌冷再生技术一般采用乳化沥青作为粘结剂，生产的再生混合料一般应用于下面层，且铣刨料掺配比例较高，因此乳化沥青冷再生混合料是环保效益更高的再生技术［2］。

常规热拌沥青混合料路面铺筑过程中，沥青路面压实冷却后形成强度，即可进行上一面层铺筑；而乳化沥青冷再生混合料需要经历一段养生期，待乳化沥青破乳才能形成较高的早期强度［3］。相关研究表明，乳化沥青冷再生混合料早期强度受到水泥掺量、含水率及龄期等因素影响。为给乳化沥青冷再生混合料推广提供充分的技术依据与支持，本文展开乳化沥青冷再生混合料早期强度影响因素研究。

1原材料

1.1乳化沥青

参考《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）［4］，本文采用的乳化沥青性能指标实测结果见表1。

1.2填料

采用矿粉与水泥作为乳化沥青再生混合料的填料。矿粉由石灰岩磨细制得，其可使混合料形成更多的结构沥青，主要性能指标见表2。水泥采用普通硅酸盐水泥（P.O 42.5），其水化过程可加快乳化沥青破乳速率，同时水化产物可提高混合料早期强度。水泥主要性能指标见表3。

1.4RAP

RAP采用旧沥青路面上面层AC-13铣刨料，采用干筛法对RAP进行筛分。筛分结果见表5。

2乳化沥青冷再生混合料配合比设计

2.1级配

乳化沥青冷再生混合料一般用于中下面层，因此本文选用AC-20型级配作为研究级配，以RAP、新集料、矿粉及水泥作为矿料合成研究目标（水泥掺量为1.5%）。级配曲线如图1所示。

2.2最佳含水率

初定乳化沥青用量为3.5%，以4.0%为中间含水率，上下浮动1%拟定5个含水率，进行击实试验。试验结果见表6。

由表5可知，随含水率增加，试件干密度出现先增大后减小现象，说明恰当的用水量可使得混合料更均匀密实，故本文混合料最佳含水率确定为4.0%。

2.3最佳沥青用量

以3.5%为预估沥青用量，以2.5%、3.5%、4.0%、4.5%为浮动沥青用量，水泥用量为1.5%，含水率为4.0%，制备乳化沥青冷再生混合料试件进行条件劈裂试验，测定15 ℃劈裂强度与干湿劈裂强度比指标，以确定最佳沥青用量。试验结果如图2所示。

由图2可知：随沥青用量增加，混合料15 ℃劈裂强度曲线与干湿劈裂强度比曲线均为单峰曲线，均在沥青用量为4.0%时达到峰值，因此本文确定最佳沥青用量为4.2%。

3早期强度影响因素研究

乳化沥青冷再生混合料早期强度对于施工过程控制具有重要影响。若养生初期乳化沥青冷再生路面受到机械荷载作用，极易产生开裂，因此本文从水泥掺量、含水率及养生龄期三个影响因素展开早期强度研究。参考国内外及前期调研成果，拟定各影响因素的研究水平见表7。

乳化沥青冷再生混合料作为下面层使用，要求具备较优良的抗压强度和拉伸强度，因此本文采用间接拉伸强度、劈裂强度及抗压强度作为研究评价指标。为提高试验效率，结合正交试验方法进行方案设计开展试验研究。试验结果见下页表8。

3.1水泥掺量

随水泥掺量增加，乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度均呈现上升趋势，这说明水泥掺量越大，参与水化反应的水泥越多，水化产物也越多，混合料内部水分减少，水化产物填入空隙，使混合料整体变得致密，从而提高了试件强度，因此表现出间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度增大的趋势。

观察图3可知，当水泥掺量超过1.3%时，混合料的间接拉伸强度与15 ℃劈裂强度增长趋势有所降低，这可能是因为水泥水化过程中消耗了大量水分，待水分基本消耗完成后，水化产物生成速率降低，从而表现出强度增加放缓［5］。

3.2含水率

随含水率增加，乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度与15 ℃劈裂强度减小。这是因为含水率增加导致再生混合料中水泥胶浆及沥青胶浆与集料之间的水膜厚度增大，从而降低粘结料与集料的粘附性；15 ℃劈裂强度试验过程中，再生混合料试件需要在15 ℃水中恒温2 h，导致试件中水分过大，劣化了水泥水化过程，同时也降低了沥青胶浆与集料的粘附性。

随含水率增加，乳化沥青冷再生混合料的抗压强度呈单峰变化趋势，抗压强度先增大后减小，说明适当的含水率有助于水泥水化和降低集料表面摩擦力，便于混合料压实，使试件更加紧密密实，而含水率过大不利于试件强度形成，因此存在最佳含水率，使乳化沥青冷再生混合料强度达到最大值。

3.3龄期

随龄期增加，乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度先快速增加，而后增速放缓，养生3 d的三种强度分别达到了养生7 d的96.7%、91.1%、91.9%，这说明乳化沥青冷再生混合料水化反应生成水化产物及乳化沥青破乳与集料发生粘结形成强度，均主要发生在养生前3 d，因此乳化沥青冷再生混合料养生期间应严格控制前3 d的养生条件。

为探索水泥掺量、含水率及龄期对乳化沥青冷再生混合料早期强度影响的显著性，本文采用SPSS软件对表7试验结果进行方差分析，结果见表9。

由表9可知，水泥掺量及龄期对乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度的影响P值均＜0.05，为显著影响；含水率对15 ℃劈裂强度与抗压强度为显著影响。

根据影响P值大小，分析各影响因素对试验结果影响程度排序。对间接拉伸强度及抗压强度影响排序为：龄期＞水泥掺量＞含水率；对15℃劈裂强度影响排序为：龄期＞含水率＞水泥掺量。

4结语

本文针对乳化沥青冷再生混合料早期强度影响因素研究，得出以下结论：

（1）增加水泥掺量有利于增大混合料强度，这是因为混合料内部水化产物增加，水分与空隙减小，从而使混合料更加紧密密实；而当掺量＞1.3%时，混合料强度增幅降低。

（2）增加含水率会降低混合料间接拉伸强度与15 ℃劈裂强度，且存在最佳含水率使混合料抗压强度达到最大值。

（3）随龄期增加，乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度先快速增加而后增速放缓，说明乳化沥青冷再生混合料强度主要在养生前3 d形成，因此应严控前3 d的养生条件。

（4）水泥掺量及龄期对乳化沥青冷再生混合料的间接拉伸强度、15 ℃劈裂强度及抗压强度均为显著影响，含水率对15 ℃劈裂强度与抗压强度为显著影响。

参考文献：

［1］李希友.热拌再生沥青混合料水稳定性研究［J］.公路，2022，67（2）：242-248.

［2］岳喜兵.废旧沥青砼再利用方案经济性与环保性比选研究［J］.公路与汽运，2020（5）：163-166.

［3］谢宝山.水泥对乳化沥青再生混合料早期性能影响研究［J］.公路，2022（3）：292-295.

［4］JTG/T 5521-2019，公路沥青路面技术规范［S］.

［5］娄肖飞. 乳化沥青冷再生沥青混合料最佳二次压实时间研究［D］.重庆：重庆交通大学，2021.

作者简介：夏天文（1987—），工程师，主要从事公路建设与养护管理工作。

收稿日期：2024-05-16