水泥含量對乳化瀝青冷再生混合料性能的影響

許建斌， 孫鵬軒， 韓 彰

(安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 230051)

現(xiàn)階段乳化瀝青冷再生技術(shù)在路面再生工程中得到了廣泛應(yīng)用。本文依托安徽某改擴建工程分析瀝青路面回收料(RAP)的各項指標(biāo)，基于旋轉(zhuǎn)壓實法設(shè)計5種水泥含量的冷再生料的力學(xué)與路用性能實驗，并根據(jù)實驗結(jié)果推薦類似工程水泥的最佳用量。

1 實驗材料

1.1 RAP料

按照規(guī)范的取料方法選取了足量的RAP料進行室內(nèi)試驗，本文實驗用RAP料為直接銑刨破碎但未篩分的原始回收料，RAP檢測結(jié)果如表1所列。

將RAP回收料放置三氯乙烯溶劑中浸泡后抽提粗并篩分，對比原始RAP料與抽提后RAP料級配組成，其2種級配如表2所列。

表2 抽提前后RAP料級配

由表2可見，經(jīng)施工單位銑刨破碎的RAP回收料中粗料較多，這是由于瀝青與粗細集料粘結(jié)形成的塊狀集料。經(jīng)三氯乙烯浸泡抽提后，回收料中的細集料明顯增多，其中一部分來源于新建路面時所用的細集料，另一部分主要來源于道路使用過程中的灰塵及粗集料破碎。直接銑刨的RAP回收料中含有較多的粗集料且形狀不規(guī)則，這種粗集料是一種“假”粗集料，主要是細粗集料的粘結(jié)形成，施工過程中的拌和碾壓會使其部分或整體破碎，難以達到設(shè)計要求。

1.2 乳化瀝青及新集料

本文使用的乳化瀝青及新集料經(jīng)檢測均滿足規(guī)范技術(shù)要求，可用于實驗。

1.3 水泥

本文所用水泥類型為P.O C32.5，其技術(shù)指標(biāo)如表3所列，滿足規(guī)范要求。

表3 水泥主要技術(shù)指標(biāo)

1.4 實驗級配與方案

實驗中各材料用量為RAP∶新集料∶礦粉=80∶17∶3。實驗所采用水泥為外摻法其含量分別為0、1%、2%、4%、6%。實驗級配參考規(guī)范[9]推薦級配合成，結(jié)果如圖1所示。

圖1 實驗合成級配曲線圖

研究表明旋轉(zhuǎn)壓實能夠有效用于冷再生混合料設(shè)計[10, 11]，本文采用該法成型試件。實驗中控制乳化瀝青含量均為4.5%，進行壓實試驗測定0、1%、2%、4%、6%水泥含量試件的最佳含水率分別為4.0%、4.6%、4.9%、5.4%、5.8%。主要分析不同水泥含量對混合料抗壓強度與回彈模量、劈裂強度以及高低溫性能的影響。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度與回彈模量變化規(guī)律

按規(guī)范[12]方法將進行20℃抗壓強度與回彈模量實驗，實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 抗壓強度與回彈模量變化圖

由圖2可知，隨著冷再生混合料中水泥含量的增加抗壓強度與回彈模量均呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，變化規(guī)律大致一致?？箟簭姸扰c回彈模量均在水泥用量為2%時呈現(xiàn)最低值，其值分別為1.45MPa、590MPa。水泥含量在0-6%變化過程中，回彈模量最大差值達250MPa，與對照組(水泥含量0%)相比變化了34%；抗壓強度最大差值0.55MPa，與對照組(水泥含量0%)相比也變化了34%。

2.2 劈裂強度實驗分析

按規(guī)范[12]方法將試件進行15℃劈裂強度實驗，實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 劈裂強度變化圖

由圖3可得，水泥含量在由0變化至6%的過程中混合料劈裂強度變化幅度較小，其中當(dāng)水泥含量2%時其劈裂強度最低為0.4MPa，當(dāng)水泥含量6%時其劈裂強度最大為0.53MPa。由圖3還可看出，劈裂強度隨水泥含量的增加有先減小后增大的趨勢。

2.3 高溫抗車轍性能分析

車轍實驗是評價混合料高溫穩(wěn)定性的重要方法，按規(guī)范[12]要求進行60℃車轍實驗，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 水泥含量對動穩(wěn)定度的影響

由圖4可知，冷再生料動穩(wěn)定度隨著水泥含量的增加逐漸增大且含量大于4%時趨于穩(wěn)定。當(dāng)水泥含量低于4%時，水泥含量每增加1%其動穩(wěn)定度約增大500次/mm，水泥含量由0增大至1%時動穩(wěn)定度增大近1000次/mm。當(dāng)水泥含量大于4%時，動穩(wěn)定度基本不再變化。這是由于水泥含量的增大混合料中水化產(chǎn)物增多抗車轍能力增強，當(dāng)含量大于4%時水泥水化產(chǎn)物作用不大，所以當(dāng)路面主要考慮高溫抗車轍性能時水泥含量應(yīng)控制2%～4%。

2.4 低溫抗裂性能分析

低溫彎曲實驗?zāi)軌蜉^好地評價混合料的低溫抗裂性能，本文選用-10℃低溫彎曲破壞應(yīng)變及強度評價其低溫性能。不同水泥含量的低溫實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 破壞應(yīng)變及強度變化圖

由圖5可以看出低溫彎曲試驗破壞應(yīng)變及破壞強度變化規(guī)律相似，當(dāng)水泥含量由0增大到2%兩者均逐漸增大，當(dāng)水泥含量大于2%時兩者均先減小而后逐漸增大。在水泥含量為2%時破壞應(yīng)變及破壞強度均處于最大值，分別為2550με、3.7 MPa。根據(jù)上圖實驗結(jié)果，在配合比設(shè)計主要考慮低溫性能時推薦水泥使用含量為1%～3%。

根據(jù)上述實驗結(jié)果，綜合考慮路面材料高低溫性能并主要考慮高溫性能，推薦該工程乳化瀝青配合比設(shè)計時水泥最佳用量為2%～3%。

3 結(jié) 論

通過實驗研究得出結(jié)論如下：

(1) RAP級配與其實際骨料級配存在較明顯差異。通過室內(nèi)試驗對比分析了抽提前后RAP料的級配構(gòu)成，未經(jīng)抽提的RAP料中粗集料明顯多于抽提后集料，這種“假”粗集料會影響混合料性能，后續(xù)應(yīng)進一步研究。

(2) 水泥含量對混合料抗壓強度與回彈模量影響規(guī)律一致。即均呈現(xiàn)先降低后增大的變化規(guī)律。冷再生料劈裂強度隨水泥含量的增多先減小后增大但變化幅度不大。

(3) 冷再生料高溫抗車轍性能。隨水泥含量的增加逐漸增大且其含量等于4%時為最佳狀態(tài)；低溫抗裂性能隨水泥含量的增多先增大后減小且當(dāng)其含量為2%時效果最佳。

(4) 最佳用量。綜合考慮路面材料高低溫性能并主要考慮高溫性能，推薦該工程乳化瀝青配合比設(shè)計時水泥最佳用量為2%～3%，為類似工程建設(shè)提供參考。