RAP冷再生混合料強(qiáng)度性能的影響因素分析

唐繼秀

摘要：文章結(jié)合省道$202線K79+000-K103+000路面維修工程實(shí)例，針對(duì)RAP銑刨料冷再生混合料的原材料和級(jí)配，分析該混合料的強(qiáng)度影響因素，主要有乳化劑的類型和摻量、乳化瀝青的摻入量和水泥的摻量，并通過(guò)空隙率、劈裂強(qiáng)度和60℃動(dòng)穩(wěn)定度的指標(biāo)規(guī)律變化，確定出各影響因素的合理?yè)搅糠秶瑸槭〉?202路面維修工程項(xiàng)目提供了試驗(yàn)依據(jù)，也為同類冷再生修補(bǔ)施工工程提供了參考。

關(guān)鍵詞：乳化瀝青;RAP冷再生;強(qiáng)度性能;影響因素;路面維修

中圖分類號(hào)：U416.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.018

文章編號(hào)：1673-4874（2019）09-0061-05

0引言

隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)瀝青公路的總里程不斷增長(zhǎng)。瀝青公路路面的使用年限一般為10-20年，根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的研究顯示，很多公路在建設(shè)使用期5年內(nèi)就產(chǎn)生了一些嚴(yán)重的路面病害形式，給群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全造成一定威脅。這主要是由于瀝青路面的柔性結(jié)構(gòu)耐久性較差，而且通常配合半剛性基層進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于基層受溫度影響和車輛荷載應(yīng)力的作用，產(chǎn)生溫縮和干縮現(xiàn)象，極易造成基層裂縫或沉陷病害，并因此而引起面層的裂縫等破壞.因此當(dāng)前很多公路迫切需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修處理，全國(guó)97%的瀝青公路已經(jīng)進(jìn)入了全面養(yǎng)護(hù)時(shí)期。采用瀝青材料的各級(jí)公路在養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)時(shí)所需的成本比較高，對(duì)于養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)技術(shù)和材料的需求和消耗都比較大。傳統(tǒng)大中修工程養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)施工處置措施主要有加鋪罩面和銑刨處置，在取得一定修補(bǔ)成效的同時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)或強(qiáng)度不足等方面的問(wèn)題。目前的瀝青路面冷再生技術(shù)逐漸成為研究和工程應(yīng)用熱點(diǎn)，冷再生技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)在于可以最大限度地利用原有路面的碎石集料，同時(shí)使得新路面的強(qiáng)度和使用性能達(dá)到較好的水平。RAP冷再生技術(shù)通過(guò)銑刨舊路面層和基層，通過(guò)外加劑和瀝青來(lái)改善碎石再生料的各項(xiàng)性能，在回收廢料的同時(shí)，降低了能耗，極大提升環(huán)保效益。

本文依托廣西省道S202線的瀝青路面維修工程項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，主要研究RAP冷再生技術(shù)中再生混合料的強(qiáng)度性能指標(biāo)，分析影響強(qiáng)度性能的影響因素，并探討相關(guān)外加材料的最佳摻入量.希望為S202線瀝青路面維修項(xiàng)目和同類型的舊瀝青路面改造和修補(bǔ)工程提供相應(yīng)的參考資料，以提高廣西公路建設(shè)水平和強(qiáng)化公路資源環(huán)保理念。

1工程概況

廣西省道$202線瀝青路面維修項(xiàng)目工程標(biāo)段位于云貴高原邊緣，該區(qū)地形屬于山嶺重丘地形，主要呈現(xiàn)剝蝕砂頁(yè)巖山嶺地貌。沿線地勢(shì)高低起伏較大，縱面相對(duì)高度較大。項(xiàng)目公路技術(shù)等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)車速為40km/h。路基寬度為8.5m，路面寬度為7.7m，原路面結(jié)構(gòu)為25cm級(jí)配碎石基層+1cm瀝青石屑下封層+3cm瀝青混凝土面層。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，該路交通量逐年上升，受車輛超載和降雨影響，該路部分路段瀝青面層出現(xiàn)了不同程度的病害問(wèn)題.主要病害為瀝青路面網(wǎng)裂、龜裂等。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，針對(duì)病害嚴(yán)重的路段進(jìn)行冷再生技術(shù)維修施工。

2原材料及試驗(yàn)方案

2.1原材料

結(jié)合廣西$202瀝青路面維修工程項(xiàng)目施工段，采取傳統(tǒng)RAP銑刨料原材料，RAP原料粒徑組成由篩分試驗(yàn)測(cè)定如表1所示，RAP基本參數(shù)指標(biāo)如表2所示。集料采用市售石灰?guī)r碎石，粒徑范圍在5-20mm，礦粉為石灰?guī)r細(xì)粉，所用集料原料均符合規(guī)范要求.試驗(yàn)采用成品改性乳化瀝青，其技術(shù)參數(shù)如表3所示。水泥型號(hào)為PC32.5，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

2.2 配合比及試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采取的配合比采用《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）推薦的配合比級(jí)配范圍，具體的冷再生混合料配比見(jiàn)表5，以此確定的合成級(jí)配如圖1所示。

按規(guī)范要求和設(shè)計(jì)級(jí)配制備標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，通過(guò)相應(yīng)的馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定冷再生瀝青混合料的基本性能參數(shù)，并采取劈裂試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)分析乳化劑類型和用量以及水泥用量對(duì)冷再生瀝青混合料的性能指標(biāo)的影響變化規(guī)律。

3 冷再生混合料強(qiáng)度影響因素

3.1馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)四種不同乳化瀝青摻量下制備的馬歇爾試件進(jìn)行體積指標(biāo)測(cè)定，針對(duì)密度、空隙率和穩(wěn)定度指標(biāo)進(jìn)行歸納分析，測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

由圖2試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，乳化瀝青的摻量為3.5%時(shí)冷再生混合料的浸水穩(wěn)定度最高，3.5%摻量下其他各項(xiàng)體積指標(biāo)也滿足要求。綜合考慮$202維修工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定試驗(yàn)用乳化瀝青的摻量為3.5%，水量為2.5%，從而使液體含量達(dá)到6%。

為了進(jìn)一步研究在維修施工中采取冷再生技術(shù)的效果，需要對(duì)冷再生混合料的強(qiáng)度性能進(jìn)行研究，分析影響其強(qiáng)度的主要影響因素。

3.2乳化劑類型

在上述試驗(yàn)級(jí)配下，選取3種不同的乳化劑材料制備試件，對(duì)冷再生混合料性能進(jìn)行對(duì)比。按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定各冷再生試件的空隙率和劈裂強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

空隙率結(jié)果能夠在一定程度上體現(xiàn)出乳化瀝青在混合料內(nèi)的作用效果。由圖3可以看出，不同的乳化劑對(duì)于再生混合料的空隙率有明顯的差別：3#乳化劑材料的摻入使得混合料的空隙率大幅增大，這說(shuō)明3#乳化劑材料與RAP的配伍性不良，不能起到較好的乳化劑效用，這可能由于3#乳化劑材料在摻入RAP再生混合料后的破乳速度不達(dá)標(biāo)，使混合料內(nèi)的材料不能有效地嵌擠黏合，在相同的壓實(shí)試驗(yàn)條件下，其空隙率出現(xiàn)過(guò)大的情況。根據(jù)維修工程項(xiàng)目實(shí)際研究方案，也顯示3#乳化劑的工程試驗(yàn)結(jié)果不良，在實(shí)際施工過(guò)程中不應(yīng)采用。從圖4可以看出，2#乳化劑再生混合料的劈裂強(qiáng)度最高，混合料的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性最好。結(jié)合空隙率指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為采用2#乳化劑對(duì)混合料的強(qiáng)度性能和壓實(shí)效果最好。

按標(biāo)準(zhǔn)要求采取3種乳化劑制備冷再生混合料的車轍試件，對(duì)不同乳化劑摻入時(shí)的60℃動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行測(cè)定。再生混合料車轍板試件首先經(jīng)2d常溫環(huán)境保養(yǎng)，再置于60℃保溫箱保溫后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5結(jié)果可以看出，1#乳化劑的60℃動(dòng)穩(wěn)定度最高，說(shuō)明摻入該乳化劑的冷再生混合料的高溫性能最高，高溫抗車轍能力最好;2#乳化劑的抗車轍性能與1#乳化劑差別不大，二者與普通石油瀝青混合料相比，高溫性能都有較大的提升。3#乳化劑的高溫抗車轍能力較差，這與其空隙率和劈裂強(qiáng)度指標(biāo)得到的結(jié)論一致。

總結(jié)不同乳化劑對(duì)再生混合料各項(xiàng)指標(biāo)的影響變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，乳化劑種類不同，其在冷再生RAP銑刨料混合料中的配伍性就有差別，這一差別在一定程度上能決定再生混合料的各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)，配伍性差的乳化劑類型，其相應(yīng)的混合料各項(xiàng)指標(biāo)都比較差，而配伍性相當(dāng)?shù)娜榛瘎╊愋推涓黜?xiàng)混合料的強(qiáng)度指標(biāo)則差別不明顯.

3.3乳化瀝青摻量

在$202維修項(xiàng)目施工中，針對(duì)冷再生混合料研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容為乳化瀝青的最佳摻量.本節(jié)采用單因素分析方法，即采取的乳化瀝青和水含量的總液體含量保持恒定，分別選取3個(gè)不同的乳化瀝青摻入量，對(duì)制備的再生混合料進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)測(cè)定，以確定乳化瀝青的最佳摻量。乳化瀝青摻量分別為3%、3.5%和4%。首先測(cè)定混合料馬歇爾試件的空隙率，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6的空隙率指標(biāo)可知，乳化瀝青的摻入量越大，冷再生混合料的空隙率指標(biāo)越大，其相應(yīng)的混合料理論密度則越小.但在試驗(yàn)摻量的范圍內(nèi)，空隙率指標(biāo)的差別不大，說(shuō)明在3%-4%的乳化瀝青用量區(qū)間內(nèi)，混合料的空隙率指標(biāo)或者說(shuō)壓實(shí)性能差別較小。

為了驗(yàn)證這一結(jié)論，對(duì)乳化瀝青摻量在2.5%-6%范圍內(nèi)的冷再生混合料試件進(jìn)行劈裂試驗(yàn)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，冷再生混合料試件的劈裂強(qiáng)度隨著乳化瀝青摻量的增大而呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。在乳化瀝青摻量達(dá)到5%左右后，混合料的強(qiáng)度不增反降;在摻量為2.5%-4%范圍內(nèi)，混合料的劈裂強(qiáng)度隨著乳化瀝青摻量的提升會(huì)顯著增加，其增長(zhǎng)幅度很大，這與圖6的空隙率指標(biāo)變化規(guī)律相對(duì)應(yīng)。在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)，3%-4%的乳化瀝青摻量可以使得再生瀝青混合料有較好的強(qiáng)度指標(biāo)性能。

同樣地對(duì)乳化瀝青摻量在2.5%-6%范圍內(nèi)的多種冷再生混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)測(cè)定，分析不同的乳化瀝青摻量對(duì)其高溫抗車轍性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

通過(guò)圖8不同乳化瀝青摻量時(shí)的再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度的試驗(yàn)結(jié)果可以得出，乳化劑摻量由小到大提高，其混合料的60℃動(dòng)穩(wěn)定度則先升高而后降低，其動(dòng)穩(wěn)定度的最大值在乳化瀝青摻量為4%時(shí)取得.這說(shuō)明4%的乳化瀝青摻量下，再生混合料的高溫抗車轍強(qiáng)度最高。而過(guò)高的乳化瀝青摻量不能使混合料的高溫性能更好，反而使其抗車轍性能降低。這與空隙率和劈裂強(qiáng)度結(jié)論一致，過(guò)大的乳化瀝青摻量會(huì)使再生混合料的空隙率變大，混合料的性能反而下降。

總結(jié)空隙率、劈裂強(qiáng)度和60℃動(dòng)穩(wěn)定度的變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，隨著乳化瀝青摻量的增長(zhǎng)，再生混合料的強(qiáng)度性能先增大后降低，在3.5%-4%摻量范圍內(nèi)，混合料能夠取得較好的強(qiáng)度性能。

3.4 水泥用量

根據(jù)相關(guān)研究和維修工程項(xiàng)目的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，RAP再生瀝青混合料的強(qiáng)度性能與其中摻入的水泥用量有一定關(guān)系。為了研究最佳的水泥用量，為實(shí)際工程項(xiàng)目提供試驗(yàn)參考，需要對(duì)不同水泥用量下的再生瀝青混合料相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。在5個(gè)水泥摻量水平下，測(cè)定混合料試件的空隙率指標(biāo)，結(jié)果如圖9所示;在同樣的水泥摻量水平下，測(cè)定混合料試件的劈裂強(qiáng)度指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

由圖9可知，在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)，隨著水泥摻量的增加，其混合料空隙率指標(biāo)隨之逐步降低，說(shuō)明水泥摻量越高，再生混合料的空隙率指標(biāo)越好，其中2%的摻量和3%摻量時(shí)的變化不大。從圖10可以看出，水泥的摻入量越高，混合料試件的強(qiáng)度越大。這說(shuō)明在0-4%較小摻量范圍內(nèi)，水泥的摻入對(duì)于冷再生混合料的強(qiáng)度有較明顯的提升，這與空隙率指標(biāo)的變化規(guī)律一致。

同樣地對(duì)水泥摻量在0-4%范圍內(nèi)的多種冷再生混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)測(cè)定，分析不同的乳化瀝青摻量對(duì)其高溫抗車轍性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

從圖11可以看出，水泥的摻入對(duì)再生混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提升較為明顯，摻量為0時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度只有1000次/mm左右，而隨著摻量的不斷升高，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸達(dá)到了7000次/mm.這說(shuō)明水泥的加入極大地提高了冷再生混合料的高溫抗車轍能力，對(duì)混合料的強(qiáng)度性能提升很大。

總結(jié)水泥的各項(xiàng)指標(biāo)變化規(guī)律可知，水泥摻量對(duì)冷再生混合料的強(qiáng)度有較大的影響，水泥摻量越高，混合料的各項(xiàng)強(qiáng)度性能都有明顯的提升。值得注意的是，水泥用量過(guò)大后，混合料的剛度會(huì)大幅提升，柔性變差，將不利于混合料的耐久性能和使用壽命，因此需要合理控制水泥的摻量，不可使水泥摻量過(guò)大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依托廣西省道$202線的瀝青路面維修工程項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)RAP冷再生技術(shù)中再生混合料的各項(xiàng)原材料參數(shù)指標(biāo)和混合料的級(jí)配進(jìn)行分析，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)等分析影響強(qiáng)度性能的影響因素。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，乳化劑的配伍性、乳化瀝青摻量和水泥用量對(duì)冷再生混合料的高溫抗車轍性能和劈裂強(qiáng)度性能以及空隙率指標(biāo)都有較明顯的影響，在一定的最佳摻量范圍內(nèi)，冷再生混合料的強(qiáng)度性能都處于較高水平。