廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料長(zhǎng)期性能研究

張軍林 曹青霞 孫博學(xué) 吳來(lái)帝 任國(guó)斌

（1甘肅省公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730030；2甘肅暢隴公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 引言

廠(chǎng)拌冷再生技術(shù)相比廠(chǎng)拌熱再生技術(shù)，具有回收瀝青路面材料（RAP）循環(huán)利用率高、能耗小、污染物排放少、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。自2014年在甘肅省某省道下面層成果鋪筑試驗(yàn)段以來(lái)，已在國(guó)省干線(xiàn)成果應(yīng)用，累計(jì)消耗RAP 6萬(wàn)噸。由于廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料早期強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，為了評(píng)價(jià)其長(zhǎng)期性能，本文進(jìn)行室內(nèi)成型試驗(yàn)，并與運(yùn)營(yíng)2～3年的路面鉆取芯樣進(jìn)行了15℃劈裂強(qiáng)度及半圓彎曲試驗(yàn)（SCB）。

2 材料與方法

2.1 原材料

2.1.1 乳化瀝青

乳化瀝青采用甘肅福安公路養(yǎng)護(hù)工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的慢裂慢凝型乳化瀝青，其所檢指標(biāo)均滿(mǎn)足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）表4.3.1中相應(yīng)技術(shù)要求，常規(guī)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1.2 集料

本文采用的集料規(guī)格為：碎石（15-30mm）、碎石（10-15mm）、銑 刨 料（0-5mm、5-10mm、10-20mm）、石屑（0-3mm）。篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 室內(nèi)試件成型

廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料合成級(jí)配曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖1所示。混合料乳化瀝青摻量4.0%、礦粉摻量1%、水泥摻量1.5%，外加水2%。試件采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型，成型后脫模，置于60℃烘箱48h，取出烘箱后至常溫進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2.2 芯樣

選取已運(yùn)營(yíng)廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生路段，按照一定頻率鉆取芯樣，芯樣直徑100mm，切割芯樣上面層及基層部分，留取廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料部分進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 乳化瀝青檢測(cè)結(jié)果

表2 集料檢測(cè)結(jié)果

圖1 合成級(jí)配曲線(xiàn)圖

2.2.3 半圓彎曲試驗(yàn)（SCB）

將旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型乳化瀝青冷再生試件，切割成高50mm×厚25mm的半圓試件，在半圓柱直徑中點(diǎn)處開(kāi)6mm深凹槽，將切割好的試件用水沖洗干凈，置于60℃通風(fēng)恒溫烘箱中不少于12h，取出后在室溫下冷卻不少于2h。將試件置于規(guī)定溫度的環(huán)境保溫箱中保溫4～6h，直至試件內(nèi)部溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度±0.5℃為止。將試件放置于（-10±0.5）℃的具有環(huán)境溫度箱的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)支座上以1mm/min的速率進(jìn)行加載至試件破壞，至其荷載應(yīng)力低于0.1kN時(shí)停止試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 15℃劈裂強(qiáng)度

對(duì)比室內(nèi)成型試驗(yàn)與運(yùn)營(yíng)2、3年的芯樣，在15℃劈裂強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可見(jiàn)，運(yùn)營(yíng)2～3年路段芯樣15℃劈裂強(qiáng)度的相比室內(nèi)成型試件均有所提高，且表現(xiàn)為隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增加，廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料的15℃劈裂強(qiáng)度有所提高。運(yùn)營(yíng)2年的廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料的15℃劈裂強(qiáng)度相比早期強(qiáng)度提高了65.5%，運(yùn)營(yíng)3年的提高了101.7%。同時(shí)，行車(chē)道芯樣15℃劈裂強(qiáng)度比路肩的高22.2%。

表3 芯樣15℃劈裂強(qiáng)度

結(jié)果表明，廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料隨著齡期的增加，其強(qiáng)度也在增加。一方面是由于養(yǎng)生前期乳化瀝青還未破乳完全，混合料中含水率較大，隨著齡期的增加，混合料含水率降低，乳化瀝青完全破乳，增加了粘結(jié)力；另一方面，水泥隨著齡期的增加，發(fā)生水化反應(yīng)，強(qiáng)度增大，為混合料后期強(qiáng)度的增加貢獻(xiàn)大。另外，車(chē)輪碾壓使得混合料密實(shí)度進(jìn)一步增大，也有利于混合料強(qiáng)度的增加。

3.2 低溫半圓抗開(kāi)裂性能

對(duì)比室內(nèi)成型試驗(yàn)與運(yùn)營(yíng)2、3年的芯樣半圓抗開(kāi)裂試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

圖2 芯樣-10℃半圓抗開(kāi)裂試驗(yàn)（三點(diǎn)受彎）試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)

表4 芯樣-10℃半圓抗開(kāi)裂試驗(yàn)（三點(diǎn)受彎）數(shù)據(jù)處理結(jié)果

斷裂能越大，說(shuō)明混合料開(kāi)裂需要做的功越多，抵抗開(kāi)裂的能力越大；開(kāi)裂指數(shù)為應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)由開(kāi)始至最大力區(qū)間的斜率，如果斜率較大，表明混合料容易開(kāi)裂，斜率小則不容易開(kāi)裂。

由圖2和表4可見(jiàn)，運(yùn)營(yíng)2～3年路段芯樣的斷裂能處于234.585J/m2到301.805J/m2之間，而室內(nèi)成型試件的斷裂能為130.766J/m2?？梢?jiàn)廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料運(yùn)營(yíng)2～3年后，其低溫抗開(kāi)裂性能增加了1.8～2.3倍。

從開(kāi)裂指數(shù)來(lái)看，運(yùn)營(yíng)2～3年路段芯樣相比室內(nèi)成型試件的大4～6倍，該指標(biāo)與15℃劈裂強(qiáng)度成反比關(guān)系，這是由于混合料強(qiáng)度越高，水泥水化越完全，剛度越大，導(dǎo)致其開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)增大，但同時(shí)開(kāi)裂需要耗散更多的能量?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著運(yùn)營(yíng)試件的增大，廠(chǎng)拌乳化瀝青冷再生混合料的低溫抗開(kāi)裂性能增大。

4 結(jié)論

本文廠(chǎng)拌乳化瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)成型試驗(yàn)，并與運(yùn)營(yíng)2～3年的路面鉆取芯樣進(jìn)行了15℃劈裂強(qiáng)度及半圓彎曲試驗(yàn)（SCB），得出以下結(jié)論：

1）MS4增加了10-15mm的碎石，形成的骨架更加密實(shí)，抵抗車(chē)輛荷載能力、磨耗能力相比MS3有所提高；

2）運(yùn)營(yíng)3年后，康臨高速、蘭臨高速和平定高速微表處的車(chē)轍、構(gòu)造深度、平整度均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

因此，MS4型微表處作為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維修處治方式，具有優(yōu)異的抗車(chē)轍、耐磨耗及耐久性。