泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量特性及其主曲線研究

李　敏

(四川大學(xué) 錦城學(xué)院， 四川 成都　611731)

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泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量特性及其主曲線研究

李敏

(四川大學(xué) 錦城學(xué)院， 四川 成都611731)

[摘要]為了指導(dǎo)泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，采用簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)機(jī)(SPT)測(cè)試了不同水泥和泡沫(乳化)瀝青摻量的冷再生混合料的動(dòng)態(tài)模量，開(kāi)展了動(dòng)態(tài)模量關(guān)鍵影響因素試驗(yàn)溫度、加載頻率、水泥劑量、泡沫瀝青用量的方差分析，并根據(jù)時(shí)間-溫度等效原理利用非線性最小二乘法擬合得到了20 ℃參考溫度下的動(dòng)態(tài)模量主曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥和泡沫(乳化)瀝青用量均對(duì)冷再生混合料的動(dòng)態(tài)模量有顯著影響，隨著水泥摻量增大，冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量增大，適宜的水泥摻量為1.5%～2.0%，動(dòng)態(tài)模量在最佳泡沫(乳化)瀝青用量時(shí)達(dá)到峰值。采用規(guī)劃求解所確定的動(dòng)態(tài)模量主曲線可預(yù)測(cè)加載頻率以外的動(dòng)態(tài)模量，《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)推薦的泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料15 ℃抗壓回彈模量1 400～1 800 MPa，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模量主曲線加載頻率為0.01～10.05 Hz，20 ℃抗壓回彈模量1 000～1 400 MPa，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模量主曲線加載頻率為0.01～10.2 Hz。推薦路面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料10 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 500～5 500 MPa，5 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 000～5 000 MPa。

[關(guān)鍵詞]道路工程； 泡沫瀝青冷再生混合料； 乳化瀝青冷再生混合料； 動(dòng)態(tài)模量； 主曲線

0引言

現(xiàn)行《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)建議冷再生瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力和彎沉設(shè)計(jì)時(shí)，采用靜態(tài)抗壓回彈模量參數(shù)。在以彈性層狀理論為基礎(chǔ)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中，模量是路面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采用的重要參數(shù)之一，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層厚度和瀝青層底拉應(yīng)力(拉應(yīng)變)計(jì)算結(jié)果有顯著影響[1-4]。國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果表明，抗壓回彈模量作為一個(gè)靜態(tài)力學(xué)參數(shù)，是在一定的加載速率下瀝青混凝土的靜態(tài)回彈力學(xué)相應(yīng)，與再生路面結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)差別較大，而動(dòng)態(tài)模量可根據(jù)實(shí)際的行車(chē)速度和年平均當(dāng)量溫度(路面結(jié)構(gòu)層等效溫度)等參數(shù)來(lái)調(diào)整試驗(yàn)溫度和加載頻率，更加真實(shí)的模擬了路面結(jié)構(gòu)在重復(fù)荷載作用下的受力狀況，是預(yù)測(cè)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)相應(yīng)和路用性能的關(guān)鍵參數(shù)[4-7]。美國(guó)MEPDG設(shè)計(jì)方法、法國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法等均采用動(dòng)態(tài)模量計(jì)算路面結(jié)構(gòu)[7-10]。目前，缺乏泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料模量參數(shù)選擇和預(yù)估方面的研究，已有研究主要基于傳統(tǒng)試驗(yàn)方法及參數(shù)進(jìn)行泡沫瀝青冷再生混合料靜態(tài)模量分析。分析了不同是水泥和泡沫瀝青摻量對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量的影響，并建立了動(dòng)態(tài)模量主曲線。研究成果對(duì)泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)參數(shù)選擇有借鑒意義，為當(dāng)前冷再生結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與分析提供理論依據(jù)和參考。

1原材料

用于泡沫瀝青冷再生混合料一般是90號(hào)或70號(hào)基質(zhì)瀝青，按照現(xiàn)行《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)以膨脹率和半衰期指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)泡沫瀝青的發(fā)泡特性，SK90基質(zhì)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。RAP來(lái)源于陜西某高速公路大中修施工現(xiàn)場(chǎng)，將RAP帶回實(shí)驗(yàn)室在自然條件下晾干至含水率小于0.2%，采用篩分法確定RAP級(jí)配，根據(jù)RAP篩分試驗(yàn)結(jié)果確定需要添加0～5 mm機(jī)制砂來(lái)改善混合料級(jí)配，試驗(yàn)時(shí)采用的機(jī)制砂是石灰?guī)r，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求。研究結(jié)果表明，水泥的加入可顯著提高泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的早期強(qiáng)度、增加其水穩(wěn)定性和抗永久變形能力，適量的水泥可提高冷再生混合料的疲勞性能。本文水泥采用陜西耀縣水泥廠生產(chǎn)的32.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)水泥的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。根據(jù)中粒式泡沫瀝青冷再生混合料工程級(jí)配范圍要求，確定RAP量為83%，機(jī)制砂摻量為17%，水泥以外摻的形式加入，摻量為1.5%，試驗(yàn)過(guò)程中為了控制混合料級(jí)配變異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，首先將石屑、RAP、碎石分別進(jìn)行了篩分，然后根據(jù)合成級(jí)配要求逐檔確定需要添加的各檔集料，混合料合成級(jí)配見(jiàn)表2。按照J(rèn)TG F41-2008要求進(jìn)行泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 SK90瀝青發(fā)泡試驗(yàn)結(jié)果Table1 SK90asphaltfoamingtestresults發(fā)泡 水量/%基質(zhì)瀝青發(fā)泡溫度/℃150155160膨脹率(倍)半衰期/s膨脹率(倍)半衰期/s膨脹率(倍)半衰期/s1.01812.31315.81618.11.52211.6228.8209.92.0279.8248.2238.3

表2 冷再生混合料試驗(yàn)級(jí)配Table2 Gradationofcoldrecycledmixture中粒式泡沫冷再生混合料中粒式乳化瀝青冷再生混合料篩孔尺寸/mm合成級(jí)配規(guī)范要求合成級(jí)配規(guī)范要求26.51001001001001996.690～10096.690～1009.574.260～85 74.260～80 4.7553.835～65 53.835～65 2.3638.130～55 38.120～50 0.317.210～30 17.23～21 0.0756.86～20 6.82～8

表3 冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果Table3 Themixproportiondesignresultofcoldrecycledmixture混合料類(lèi)型瀝青用量/%水泥摻量/%拌合用水量/%干ITS/MPa干濕劈裂強(qiáng)度比/%空隙率/%泡沫瀝青冷再生混合料2.51.54.80.5489.711.73.00 4.10.4576.612.31.04.50.6083.911.61.54.80.6791.911.52.05.10.7395.411.83.51.54.80.6987.611.3乳化瀝青冷再生混合料3.01.54.00.5991.712.13.50 3.70.5179.311.81.03.90.6986.811.61.54.00.7593.211.42.04.00.7998.211.14.01.54.00.7392.310.9

2試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)方案

固定RAP摻量，研究水泥和泡沫瀝青用量對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量的影響。試驗(yàn)時(shí)變化首先固定水泥摻量，變化四組泡沫瀝青用量(2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)，進(jìn)而固定泡沫瀝青用量不變，變化4種水泥摻量(0%、1.0%、1.5%、2.0%)，研究泡沫瀝青用量對(duì)冷再生混合料模量特性的影響。

2.2試件制備

為了消除邊緣效應(yīng)的影響并確保冷再生試件的完整性，采用HYXY-150型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀35次成型直徑150 mm，高150 mm的大型試件，室溫放置24 h后脫模40 ℃鼓風(fēng)烘箱養(yǎng)生3 d，待泡沫瀝青冷再生混合料試件強(qiáng)度完全形成后鉆芯切割尺寸為φ100 mm×H110 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件。

2.3動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)參數(shù)

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)采用美國(guó)公路研究計(jì)劃(SHRP)推薦的SPT系統(tǒng)進(jìn)行，動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照AASHTO TP062試驗(yàn)方法進(jìn)行，根據(jù)SHRP溫度計(jì)算公式泡沫瀝青冷再生基層或下面層的最高溫度為55 ℃，考慮冷再生層正常使用條件下所承受的溫度變化范圍，試驗(yàn)溫度為-10、0、4、15、20、40、50 ℃。每個(gè)試驗(yàn)溫度下分別采用25、20、10、5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.01 Hz這10個(gè)加載頻率測(cè)定動(dòng)態(tài)模量，以模擬不同的行車(chē)速度作用下冷再生混合料的動(dòng)態(tài)模量響應(yīng)。參考NCHRP9-10的試驗(yàn)方法，采用控制應(yīng)力加載方式，加載波形為連續(xù)正弦波為了更加真實(shí)模擬泡沫瀝青冷再生混合料試驗(yàn)選用138 kPa的圍壓[11-14]。

Tsurf=Tair-0.006 18Lat2+0.228 9Lat+24.4

(1)

式中：Tsurf為路面溫度，℃；Tair為氣溫，℃；Lat為緯度(°)。

3動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果

按照2所示的試件制備方法和試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，每個(gè)平行試件準(zhǔn)備4～6個(gè)試件，不同水泥摻量和泡沫瀝青(乳化瀝青)用量下冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

3.2水泥摻量對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量的影響

表4和表5試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著試驗(yàn)溫度增大，冷再生混合料模量減小，這與已有研究成果相吻合，50 ℃試驗(yàn)溫度，相比不摻加水泥的冷再生混合料，摻加1.0%水泥可使得乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量增大75%，摻加1.5%水泥可使得泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量增大176%，2%水泥可使得動(dòng)態(tài)模量增大187%。對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料，相比不摻加水泥，摻加1.0%水泥可使得泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量增大52%，摻加1.5%水泥可使得泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量增大140%，2%水泥可使得動(dòng)態(tài)模量增大152%，可見(jiàn)摻加水泥顯著改善了冷再生混合料的高溫性能和抵抗高溫流變能力。隨著加載頻率增大，泡沫瀝青(乳化瀝青)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量減小，低頻率時(shí)不同水泥摻量的冷再生混合料模量差異較小，高頻率試驗(yàn)條件下冷再生混合料模量差異較大。相同試驗(yàn)溫度、加載頻率和瀝青結(jié)合料摻量條件下，隨著水泥摻量增大泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量呈增大趨勢(shì)，尤其是水泥摻量由0%增大到1.5%動(dòng)態(tài)模量增大較為明顯(見(jiàn)圖1，圖2)，進(jìn)而繼續(xù)增大水泥摻量動(dòng)態(tài)模量增大趨勢(shì)趨于平緩。方差分析結(jié)果表明，水泥摻量對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量有顯著的影響，冷再生混合料路面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)不同水泥摻量調(diào)整再生層的模量。

3.3瀝青結(jié)合料用量對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模

量的影響

相同水泥摻量、加載頻率以及試驗(yàn)溫度條件下，隨著泡沫瀝青(乳化瀝青)用量的增大，冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量呈先增大后減小的變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖3)，以動(dòng)態(tài)模量峰值確定泡沫瀝青冷再生混合料最佳泡沫瀝青用量為3.0%，確定最佳乳化瀝青用量為3.5%，這與修正馬歇爾法確定的最佳瀝青結(jié)合料相一致?？梢?jiàn)在最佳瀝青用量條件下冷再生混合料模量達(dá)到最大。表6、表7雙因素方差分析結(jié)果表明，在0.05置信度水平條件下，泡沫瀝青和乳化瀝青用量均對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量有顯著影響。

3.4冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線

乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量受加載頻率、試驗(yàn)溫度等環(huán)境因素和瀝青結(jié)合料、水泥摻量等內(nèi)在因素影響，為了預(yù)測(cè)冷再生混合料的長(zhǎng)期使用性能根據(jù)時(shí)溫等效原理，對(duì)瀝青路面冷再生混合料這種黏彈性材料，在不同試驗(yàn)溫度和荷載作用頻率下得到的動(dòng)態(tài)模量等力學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)平移后形成一條在參考溫度下(通常參考溫度為20 ℃)的光滑曲線，稱為動(dòng)態(tài)模量主曲線(master curve)。根據(jù)主曲線可以對(duì)黏彈性材料的寬溫域范圍內(nèi)的力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)也可根據(jù)環(huán)境溫度通過(guò)其提供的本構(gòu)關(guān)系分析，輸入回歸的基本參數(shù)就可得到所需的動(dòng)態(tài)模量參數(shù)。研究表明，不同溫度下的動(dòng)態(tài)模量水平平移可通過(guò)非線性最小二乘擬合實(shí)現(xiàn)，使之形成西格摩德(Sigmoid)函數(shù)，并同時(shí)獲得確定動(dòng)態(tài)模量主曲線所需要帶的時(shí)溫等效轉(zhuǎn)換移位因子，擬合函數(shù)如式(2)所示，將不同試驗(yàn)溫度下的動(dòng)態(tài)模量基于移位因子平移后形成主曲線，不同水泥和瀝青結(jié)合料摻量下的冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量可在參考溫度條件下建立隨頻率變化的主曲線。本文采用Matlab軟件中的規(guī)劃求解功能對(duì)不同水泥摻量和泡沫瀝青(乳化瀝青)用量的動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，擬合求解的標(biāo)準(zhǔn)參考溫度為20 ℃，最佳擬合參數(shù)以實(shí)測(cè)結(jié)果和預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差最小作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。乳化瀝青和泡沫瀝青冷再生混合料在不同試驗(yàn)條件下擬合得到的動(dòng)態(tài)模量主曲線如圖4、圖5所示，擬合參數(shù)見(jiàn)表8和表9。

表4 泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果Table4 Dynamicmodulusoffoamedasphaltcoldrecycledmixture溫度/℃頻率/Hz動(dòng)態(tài)模量/MPa泡沫瀝青用量(2.5%)泡沫瀝青用量(3.0%)泡沫瀝青用量(3.5%)0%C1%C1.5%C2%C0%C1%C1.5%C2%C0%C1%C1.5%C2%C50257681174184319378721355194322306599321338162520714968154816278161159158321095888011123152810566847133013986189791403160951067296611725436653102410764757531079123939351874390311922874514742103324765461732283283980.51582373713891732733914491421872693270.21422123333501552443514031281682412930.11331993113271452303293781201582262750.011121672642771221952773191011331912324025128619233018317114032220318536531159152621922661108351247195820589101441206623707529901422172756791015159416757401172168119296128061157140513485208168583805998619893134125927200.52103144935182293635195961892493574350.21842754304522003164545201662183123800.114221233335015524435140312816824129320253194477574957877348555157909907328793789544266101024163612567159602636417259846865217828674118500051933288945344765210933364784548917422291329239981107816102528265711751861266730609711278183622290.58491270199420969271467210324147661008144817590.2684102316051686746118216941943617812116614160.14937371157121653885112211401445585841102115253194477574957877348555157909907328793789544266101024163612567159602636417259846865217828674118500051933288945344765210933364784548917422291329239981107816102528265711751861266730609711278183622290.58491270199420969271467210324147661008144817590.2684102316051686746118216941943617812116614160.1493737115712165388511221140144558584110214.0251004415014235692477010956173422486728531905211913171142078410828812391194512044290421431120521235457471983214124171525723710817169811784678951249517917205566522858312331149751527278801237013000575291011305214975475162538983109090.545706831107231127049857890113131298141185421778794560.24062607195311001744317013100561153836604818692184040.13197477975017884348755197914908028813792544766150251253418737294123091113673216403103235603112971486621357259361095531428122418235601042116495236532713886101133116278197695850112708199482096592741467921049241497662100841448617591165369770153371611971301128516184185665891775311138135250.55834872213690143886365100731444516574525969209941120740.24062607195311001744317013100561153836604818692184040.13703553586889131403963949166105183337439163097662-102518280273284289945085199423156345262519291647621683311513782910172232574540415424741878829735426404892115522204282934735638516300243673825140201177832814440358463041469219335277763373111403820986329433462215314242383475839879126531665123921290490.51293319334303503189614110223303202136738116571534122038267620.21206718039283172975913165208352987638392108771431320562249710.110234153002401825242111651767225340325619225121401744021179

表5 乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果Table5 Dynamicmodulusofemulsifiedasphaltcoldrecycledmixture溫度/℃頻率/Hz動(dòng)態(tài)模量/MPa乳化瀝青用量(3.0%)乳化瀝青用量(3.5%)乳化瀝青用量(4.0%)0%C1%C1.5%C2%C0%C1%C1.5%C2%C0%C1%C1.5%C2%C50257861659216922598651703181520058011475163618622068512051765180574613981564173268694712701647105671042147515426241121141315235798221100145154378021135120248196311651354445632857111811933535005532114805135971962783734920.51582904114901743624224901622293074050.21422613693891563113784401452052763630.11332443454671462833544121351932583400.01110191234291118221248277106179212270402512872364334835641417294334333992131318662498329510836153421732334920215026282791852121116212138568012481768184874816431813210769398513181740134864090594038388792810803555046758910.52113865465862315165606522143054085380.21843374784972024634895701872663564690.1142261369389156311378440145205276363202531965872831488723519731585269914326146346203818310241844436289644326625778645175012466350646936192519343552502955522129481951585997197328033752495111079198028042980118726302876334410991564209227600.58501562221124629361980226926388671232165021770.2684125717801957754155318262124698992132817530.1494907128413075431175131715315037159581264152531965872831488723519731585269914326146346203818310241844436289644326625778645175012466350646936192519343552502953522129481951585997197328033752495111079198028042980118725302876334410991564209227600.58501562221123629362180226926388671232165021770.2684125717801857754175318262124698992132817530.14949071284139754311151317153150371595812644.025100531846526141284651106424856268133117610253145731950425734108296152382157423238913116386221272572884621202616096212375724313304188351930479721730619318224637388105001405318541152769691137211409158071342214073163635382764910237135070.54574840111894124015034110351219914184466566308874117080.2406674671057111467447490301084312606414658937887104060.132005877832084773521732085339923326346386207819002512545230433262133043138072477733459389041279518185243393211310956117563248652556310524228852550329653975213861185522447758509156282212623628936420806226952638786791233516509217811654212016170111801672011692117449202886673948412693167460.5584010726151851672664271453415575181105957846511330149490.24066746710571110674474100301084312606414658937887104060.13706680796369807407983199884114933780537271899486-102518296336094758048609201384613848803567431866326524355004683710172383166344825456631897242047459775345717582249883344344126516315299684242643968179563922543515505971664123651316534176511405025809365383780915465317523747643574143312036927261359690.51294523777336613477714247295683452740144132041876425115331360.21207822184314083218413294278553221437456123201750823433309180.1102441881726639288171127523234273233176810449148501987426222 注:C為水泥,FA為泡沫瀝青;EA為乳化瀝青。

圖1　不同水泥摻量泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)溫度：15 ℃)Figure 1　Dynamic modulus test results of foam asphalt cold recycled mixture different dosage of cement(Test temperature：15 ℃)

圖2　不同水泥摻量乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果(15 ℃)Figure 1　Dynamic modulus test results of Emulsifiedcold recycled mixture different dosage of cement(Test temperature：15 ℃)

圖3　不同泡沫(乳化)瀝青用量冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果(15 ℃)Figure 3　Dynamic modulus of asphalt dosage of cold recycled mixture with different foam(Test temperature：15 ℃)

表6 泡沫瀝青用量和加載頻率雙因素分析結(jié)果(15℃)Table6 Foamasphaltcontentandloadfrequencydoublefactoranalysisresults(15℃)OverallANOVADFSumofsquares加載頻率68.76727E7泡沫瀝青用量25.53572E6Model89.32085E7Error122.11451E6Correctedtotal209.5323E7MeansquareFvaluePvalue1.46121E782.924734.5859E-92.76786E615.707784.45877E-41.16511E766.120499.44835E-9176209.47619—————

表7 乳化瀝青用量和加載頻率雙因素分析結(jié)果(15℃)Table7 Emulsifiedasphaltcontentandloadfrequencydoublefactoranalysisresults(15℃)OverallANOVADFSumofsquares加載頻率61.07117E8乳化瀝青用量25.23877E6Model81.12356E8Error121.99607E6Correctedtotal201.14352E8MeansquareFvaluePvalue1.78529E7107.328061.01677E-92.61939E615.747254.41044E-41.40445E784.432852.2711E-9166339.24603—————

(2)

動(dòng)態(tài)模量移位平移因子的計(jì)算公式如式(3)所示：

fr=αT×f

(3)

式中：αT為位移移動(dòng)因子，也稱為各試驗(yàn)溫度下的動(dòng)態(tài)模量曲線參考溫度下主曲線的平移距離；f為各試驗(yàn)溫度下的加載頻率。

圖4　泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線Figure 4　Dynamic modulus master curve of foam asphalt cold recycled mixture

圖5　乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線Figure 5　Dynamic modulus master curve of emulsified asphalt cold recycled mixture

圖4、圖5和表8、表9試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著加載頻率增大，泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量減小。相同加載頻率下，對(duì)比泡沫瀝青和乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線可以發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生動(dòng)態(tài)模量與泡沫瀝青冷再生混合料差別不大(見(jiàn)圖6)，乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量大于泡沫瀝青冷再生混合料。在較高溫度范圍內(nèi)，擬合方程的α參數(shù)隨水泥摻量的增大而減小，可見(jiàn)摻加水泥可改善冷再生混合料的溫度敏感性，在低溫條件下，相同加載頻率的泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料α隨水泥摻量的增大而減小，可見(jiàn)水泥可改善冷再生混合料低溫下的長(zhǎng)期使用性能。推薦中粒徑式泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料10 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 500～5 000 MPa，5 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 000～5 000 MPa。動(dòng)態(tài)模量主曲線可預(yù)測(cè)加載頻率以外的動(dòng)態(tài)模量，《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)推薦的中粒式泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料15 ℃抗壓回彈模量1 400～1 800 MPa，對(duì)應(yīng)的加載頻率為0.01～0.05 Hz，20 ℃抗壓回彈模量1 000～1 400 MPa，對(duì)應(yīng)的加載頻率為0.01～0.2 Hz，

表8 泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線擬合參數(shù)Table8 Fittingparametersformastercurvesofdynamicmodulusforfoamedasphaltcoldrecycledmixture擬合參數(shù)回歸參數(shù)移位因子αβγδ50℃40℃20℃4℃-10℃2.5%0%Cement2.84-0.692.02-0.58-1.98-1.6803.056.241.0%Cement2.50-0.572.15-0.60-2.16-1.6002.604.471.5%Cement2.60-0.682.09-0.61-2.29-1.5202.314.262.0%Cement3.17-0.291.52-0.62-1.97-1.3002.184.473.0%0%Cement3.97-1.020.64-0.49-2.19-1.7303.056.241.0%Cement3.53-0.850.81-0.52-2.19-1.4102.474.471.5%Cement3.07-0.441.70-0.70-2.26-1.3702.164.302.0%Cement2.98-0.371.56-0.66-2.06-1.2702.164.303.5%0%Cement3.00-0.961.56-0.50-2.49-1.3802.746.231.0%Cement2.78-0.811.61-0.46-2.42-1.4502.474.471.5%Cement2.69-0.721.93-0.56-2.36-1.3602.164.302.0%Cement2.43-0.521.03-0.51-2.02-1.5302.706.23

表9 乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線擬合參數(shù)Table9 Fittingparametersformastercurvesofdynamicmodulusforemulsifiedasphaltmixture擬合參數(shù)回歸參數(shù)移位因子αβγδ50℃40℃20℃4℃-10℃2.5%0%Cement2.75-0.752.20-0.63-2.15-1.8203.316.771.0%Cement2.52-0.622.33-0.65-2.34-1.7402.824.851.5%Cement2.42-0.742.27-0.66-2.49-1.7602.514.622.0%Cement2.34-0.311.65-0.68-2.14-1.4102.374.853.0%0%Cement4.31-1.110.70-0.53-2.38-1.8803.316.771.0%Cement3.51-0.920.88-0.57-2.38-1.5302.684.851.5%Cement3.22-0.481.85-0.76-2.45-1.4802.344.672.0%Cement3.14-0.401.69-0.71-2.23-1.3802.344.673.5%0%Cement3.26-1.041.69-0.54-2.70-1.5002.976.761.0%Cement2.84-0.881.75-0.49-2.63-1.5702.684.851.5%Cement2.62-0.782.10-0.60-2.56-1.4702.344.672.0%Cement2.43-0.571.12-0.56-2.20-1.6702.936.76

圖6　乳化瀝青和泡沫瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量主曲線對(duì)比Figure 6　Foam and emulsified asphalt cold recycled mixture dynamic modulus master curve contrast

4結(jié)論

① 隨著加載頻率和試驗(yàn)溫度增大，冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量減小，雙因素方差分析結(jié)果表明水泥摻量和泡沫(乳化)瀝青用量均對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量有顯著的影響。水泥摻量對(duì)冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量的影響比瀝青結(jié)合料顯著。相同加載頻率下的乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量略大于泡沫瀝青冷再生。

② 采用規(guī)劃求解函數(shù)使不同加載頻率下的冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量形成西格摩德(Sigmoid)函數(shù)，對(duì)基準(zhǔn)參考溫度20 ℃的泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行曲線擬合，確定了不同水泥和泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的動(dòng)態(tài)模量主曲線，以實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差最小作為擬合的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確定出了位移平移因子和西摩得格參數(shù)，擬合關(guān)系良好，為選擇瀝青路面冷再生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)提供理論依據(jù)。

③ 添加水泥可增大泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的動(dòng)態(tài)模量，冷再生混合料中必須填加一定量的水泥才能確保其優(yōu)良的感溫性和低溫性能，考慮水泥摻量對(duì)冷再生混合料模量的影響規(guī)律，推薦適宜的水泥摻量為1.5%～2.0%。

④ 在“馬歇爾法”確定的最佳泡沫(乳化)瀝青范圍內(nèi)，冷再生混合料動(dòng)態(tài)模量出現(xiàn)峰值，推薦中粒徑式泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料10 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 500～5 000 MPa，5 Hz動(dòng)態(tài)模量為3 000～5 000 MPa。泡沫(乳化)瀝青冷再生混合料的15 ℃抗壓回彈模量1 400～1 800 MPa，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模量主曲線加載頻率為0.01～0.05 Hz，20 ℃抗壓回彈模量1 000～1 400 MPa，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模量主曲線加載頻率為0.01～0.2 Hz。

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Stydy on Dynamic Modulus Characteristics and Master Curve of Foamed(Emulsified)Asphalt Cold Recycled Mixture

LI Min

(Jincheng College of Sichuan University， Chengdu， Sichuan 611731， China)

[Abstract]in order to guide the design and application of foamed(emulsified)asphalt cold recycled mixture，Using simple performance tester(SPT)tested dynamic modulusof cold recycled mixture different cement and foam(emulsion)asphalt content.To carry out the key factors affecting the dynamic modulus test temperature，load，frequency，cement dosage，foam asphalt content analysis of variance，And according to the time-temperature equivalence principle using the nonlinear least squares fitting to get the reference temperature of 20 ℃ dynamic modulus master curve.Test results show that the cement and foam(emulsion)asphalt content of cold recycled mixture has remarkable effect on the dynamic modulus with the increase of cement content，dynamic modulus of cold recycled mixture increases，the suitable dosage of cement is 1.5%～2.0%，the dynamic modulus of the best bubble peak(emulsion)asphalt content.By planning to solve the identified dynamic modulus master curve can predict dynamic modulus of loading frequency，the technical specification for highway asphalt pavement recycling(JTG F41-2008)recommended by the grain type foamed in 15 ℃，emulsified asphalt cold recycled mixture compressive modulus of resilience of 1 400～1 800 MPa，the corresponding dynamic modulus master curve of load frequency is 0.01～10.05 Hz，the compressive modulus of resilience of 20 ℃ of 1 000～1 400 MPa，the corresponding dynamic modulus master curve of load frequency of 0.01～10.2 Hz.Recommended foam(emulsion)10 Hz dynamic modulus of asphalt cold recycled mixture is 3 500～5 000 MPa，5 Hz dynamic modulus is 3 000～5 000 MPa.

[Key words]road engineering； foam asphalt cold recycled mixture； emulsified asphalt cold recycled mixture； dynamic modulus； master curve

[收稿日期]2016-02-17

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然基金項(xiàng)目(51109279)

[作者簡(jiǎn)介]李敏(1980-)，女，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，工學(xué)碩士，講師，主要從事道路工程和工程測(cè)量的教學(xué)與研究工作。

[中圖分類(lèi)號(hào)]U 414.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)03-0008-09