泡沫瀝青冷再生混合料性能研究

賴石安

(惠州市人防工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 惠州 516000)

程成

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

泡沫瀝青冷再生混合料性能研究

賴石安

(惠州市人防工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 惠州 516000)

程成

(長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州 434023)

作為一種新材料，泡沫瀝青冷再生混合料在道路建設(shè)領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。為分析泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度性能及其水穩(wěn)定性，通過(guò)改變?yōu)r青集料的摻量、溫度及養(yǎng)護(hù)條件，研究了摻量、溫度及養(yǎng)護(hù)條件對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度的影響；通過(guò)改變泡沫瀝青冷再生混合料的含水量及其水泥含量，研究了泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性與其含水量和水泥含量的關(guān)系。結(jié)果表明，泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度對(duì)溫度和養(yǎng)護(hù)條件的敏感性較大，并隨著集料摻量的變化顯著增加；泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性隨著其含水量的降低而顯著增加，隨著水泥含量的增加而增加；泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性最佳的水泥含量一般在1.5%～2.0%。

泡沫瀝青；冷再生混合料；水穩(wěn)定性

近年來(lái)，隨著泡沫瀝青冷再生技術(shù)的發(fā)展及其在工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外許多研究學(xué)者以及科研單位對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)和新材料十分感興趣，并進(jìn)行了諸多探索性研究。目前，以美國(guó)、加拿大、澳大利亞、南非等以及歐洲一些國(guó)家對(duì)泡沫瀝青冷再生技術(shù)的應(yīng)用較為普遍，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[1～4]。相比國(guó)外的泡沫瀝青冷再生技術(shù)，我國(guó)泡沫瀝青冷再生技術(shù)在室內(nèi)研究和工程實(shí)踐中均處于起步階段，但隨著近年來(lái)我國(guó)大量道路進(jìn)入大中修時(shí)期，泡沫瀝青冷再生技術(shù)取得了較快的發(fā)展[5～8]。

泡沫瀝青冷再生混合料具有節(jié)約能源、施工快速、節(jié)省維修費(fèi)用和廢舊材料利用率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，將越來(lái)越多的用在道路建設(shè)領(lǐng)域中，其發(fā)展前景不可估量[6～9]。作為一種新型的道路修復(fù)手段，泡沫瀝青冷再生技術(shù)雖然已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是由于不同地區(qū)的氣候條件、地形特征和材料性質(zhì)的客觀差異，造成泡沫瀝青混合料在其配合比設(shè)計(jì)方法、性能評(píng)價(jià)等多方面的關(guān)鍵問(wèn)題，并沒(méi)有達(dá)成共識(shí)，缺乏系統(tǒng)性的研究成果，仍處于研究探索階段[9～11]。泡沫瀝青冷再生混合料中以舊路材料為主，主要用于道路路面基層，正確認(rèn)識(shí)和掌握其強(qiáng)度特征和路用性能是泡沫瀝青再生應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。為此，筆者對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度性能及其水穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。

1 泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度性能研究

1.1 泡沫瀝青用量的影響

泡沫瀝青是泡沫瀝青冷再生混合料中最重要的粘結(jié)劑，其發(fā)泡效果在一定程度上可以改善再生混合料的和易性，并且有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度。適宜的泡沫瀝青用量可以提高集料間的粘結(jié)效果。

制備泡沫瀝青冷再生混合料時(shí)，改變泡沫瀝青的含量，并在40℃烘箱中養(yǎng)護(hù)試件72h，把成型馬歇爾試件進(jìn)行干劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 不同泡沫瀝青用量下的干劈裂強(qiáng)度

由圖1可知，隨瀝青用量增加干劈裂強(qiáng)度存在最大峰值，在達(dá)到峰值之前，干劈裂強(qiáng)度隨著泡沫瀝青含量的增加而增加；在達(dá)到峰值之后，干劈裂強(qiáng)度隨著泡沫瀝青含量的增加而遞減。只有當(dāng)瀝青用量達(dá)到最佳瀝青用量時(shí)，才能夠達(dá)到最佳的粘結(jié)效果，達(dá)到強(qiáng)度的峰值。

1.2 細(xì)集料與粉料摻量對(duì)強(qiáng)度的影響

在泡沫瀝青冷再生混合料中，集料主要有路面銑刨料和新加集料2部分，其中路面銑刨料對(duì)再生混合料的初期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較低。為了保證泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度，先調(diào)整再生料級(jí)配組成，再加入一定比例的細(xì)料和粉料，然后制備泡沫瀝青冷再生混合料，成型試件并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 細(xì)料摻量與強(qiáng)度關(guān)系 圖3 礦粉摻量與強(qiáng)度關(guān)系

從圖2和圖3可知，泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度隨著細(xì)集料和礦粉摻量的增加呈遞增趨勢(shì)，并且在細(xì)集料摻量10%左右及礦粉摻量在3%左右時(shí)，混合料強(qiáng)度達(dá)到其最大值。

圖4 集料拌和溫度與強(qiáng)度關(guān)系

1.3 集料拌和溫度對(duì)強(qiáng)度的影響

為了探討集料拌和溫度對(duì)最終混合料強(qiáng)度的影響，將集料分別在不同溫度下放置3h以上，然后制備泡沫瀝青混合料并成型試件進(jìn)行干劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

由圖4可知，泡沫瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度與集料拌和溫度呈正相關(guān)，當(dāng)集料拌和溫度提高時(shí)，使得泡沫瀝青在集料中的分散更趨均勻，從而提高混合料強(qiáng)度。

1.4 試驗(yàn)條件對(duì)強(qiáng)度的影響

在室內(nèi)按照98%的壓實(shí)度成型試件。試件成型后在室外靜置1d，其中一批試件放入塑料袋中密封，然后采用2種方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：第1種是將試件置于40℃烘箱內(nèi)養(yǎng)生48h，冷卻至室溫待測(cè)，該批試件稱為濕養(yǎng)護(hù)試件；第2種是將試件仍然置于室外，不作恒溫處理，然后進(jìn)行測(cè)試，稱為未養(yǎng)護(hù)試件。另有一批試件在室外靜置1d，放入40℃烘箱養(yǎng)護(hù)，該批試件未放入塑料袋中，稱為干養(yǎng)護(hù)試件。不同養(yǎng)生條件下，試件的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同試驗(yàn)條件下泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度測(cè)試值

由表1可知，在20℃下，濕養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度比未養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度高20%以上，但濕養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度僅為干養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度的80%左右。在濕養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，試件中的水沒(méi)有充分發(fā)揮，因此，其強(qiáng)度低于干養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度。在50℃測(cè)試時(shí)，濕養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度僅為20℃測(cè)試強(qiáng)度的50%左右，說(shuō)明泡沫瀝青混合料仍然是感溫性較強(qiáng)的混合料。

上述分析表明，泡沫瀝青冷再生混合料試件的強(qiáng)度對(duì)養(yǎng)護(hù)條件和試驗(yàn)條件的敏感性大，在評(píng)價(jià)其抗壓強(qiáng)度特征時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件進(jìn)行。

2 泡沫瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能研究

對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度形成機(jī)理分析表明，該混合料的強(qiáng)度，尤其是初期強(qiáng)度對(duì)環(huán)境狀態(tài)的依賴性較強(qiáng)，泡沫瀝青冷再生混合料結(jié)構(gòu)層的主要損壞是水損害，其主要原因是因?yàn)樵摶旌狭现袨r青含量較低，孔隙率較大，吸水率較高。為了提高泡沫瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性，需要采用較高的瀝青用量，在這種情況下，混合料的密度增加，細(xì)料能裹覆更多的瀝青，水穩(wěn)定性增強(qiáng)，但是將提高泡沫瀝青冷再生混合料造價(jià)，因此推薦方法是加入水泥等活性材料。

2.1 含水量對(duì)水穩(wěn)定性能的影響

圖5 泡沫瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度和含水量的關(guān)系

在40℃烘箱養(yǎng)護(hù)條件下，泡沫瀝青冷再生混合料的含水量對(duì)其強(qiáng)度的影響如圖5所示。由圖5可知，隨著試件含水量的降低，混合料試件的強(qiáng)度顯著增加。

2.2 水泥含量對(duì)水穩(wěn)定性的作用

由于冷再生混合料的特殊組成，冷再生混合料的孔隙率較高，吸水率較大。而泡沫瀝青冷再生混合料中泡沫瀝青含量較低，故水穩(wěn)定性成為該混合料的薄弱環(huán)節(jié)。目前采取的措施是加入適量的水泥，以改善再生混合料的水穩(wěn)定性。

為了分析水泥和瀝青用量對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性能的影響，調(diào)整水泥和瀝青的用量組配，成型試件并在相同條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，然后測(cè)試試件的濕劈裂強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，冷再生混合料的濕劈裂強(qiáng)度隨著水泥和瀝青含量的增加而明顯提高，其水穩(wěn)定性也有所改善。但是，較高的水泥含量可能會(huì)產(chǎn)生提高混合料的脆性并降低抗疲勞性能等負(fù)面影響。因此，目前水泥最佳含量取值在1.5%～2.0%。

表2 不同水泥和瀝青含量下的濕劈裂強(qiáng)度

3 結(jié)論

1)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度將隨著時(shí)間顯著增長(zhǎng)。當(dāng)混合料中泡沫瀝青用量為最佳含量時(shí)，混合料能夠達(dá)到最佳粘結(jié)效果，強(qiáng)度達(dá)到最佳；細(xì)集料和礦粉有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度，當(dāng)細(xì)集料摻量為10%左右且礦粉摻量為3%左右時(shí)，混合料強(qiáng)度將達(dá)到最佳。

2)集料拌和溫度的提高，有助于泡沫瀝青的均勻分布，從而提高了混合料強(qiáng)度；養(yǎng)護(hù)條件和試驗(yàn)條件對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料試件的強(qiáng)度影響較大，在評(píng)價(jià)其抗壓強(qiáng)度特征時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件進(jìn)行。

3)泡沫瀝青冷再生混合料瀝青含量較低、孔隙率較大，吸水率較高，水穩(wěn)定性較差，為了提高冷再生混合料的水穩(wěn)定性，建議加入水泥等活性材料。降低混合料的含水量和增加適宜的水泥含量，有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度，可達(dá)到改善其水穩(wěn)定性的目的。

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[編輯] 計(jì)飛翔

2016-11-10

湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015CFB667)；湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(Q20141307)；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2015004)。

賴石安(1983-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事人防工程方面的研究工作。

程成(1990-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事地下工程方面的研究工作，gcgl11102@163.com。

TU470

A

1673-1409(2017)01-0071-04

[引著格式]賴石安,程成.泡沫瀝青冷再生混合料性能研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017,14(1)：71～74.