楊普新

（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 613000）

0 引言

隨著道路交通量和車輛軸載量日益提高，公路瀝青路面出現(xiàn)不同程度的病害，導(dǎo)致路面維修養(yǎng)護(hù)里程逐年增大［1-3］，產(chǎn)生大量廢舊瀝青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement，簡(jiǎn) 稱RAP）。 若 對(duì)RAP 進(jìn)行合理再生利用，既減少優(yōu)質(zhì)砂石材料的消耗，又降低能源消耗和碳排放［3-5］，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。當(dāng)前，乳化瀝青冷再生技術(shù)因工藝簡(jiǎn)便、再生混合料性能良好、能耗低、污染小，逐步應(yīng)用于瀝青路面再生工程［6］。針對(duì)乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)、性能及應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者取得了一定成果。Birgisson等［7］、Roncella 等［8］等采用室內(nèi)簡(jiǎn)單拉伸試驗(yàn)和三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)評(píng)價(jià)了冷再生混合料抗裂性能；陳海民等［9］對(duì)比現(xiàn)有乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法，提出基于冷再生混合料早期黏聚力、抗磨耗性能及芯樣強(qiáng)度的最佳乳化瀝青用量設(shè)計(jì)方法；李鋒等［10］研究了水泥摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料早期強(qiáng)度影響，過(guò)高水泥摻量導(dǎo)致冷再生混合料低溫性能降低；武澤鋒等［11］對(duì)比研究了擊實(shí)特性和養(yǎng)生時(shí)間對(duì)廠拌冷再生混合料體積參數(shù)的影響規(guī)律，“二次擊實(shí)”時(shí)間間隔為4 h 時(shí)，室內(nèi)試件與現(xiàn)場(chǎng)混合料體積參數(shù)相近；江濤［12］研究了冷再生混合料攤鋪碾壓和上層碾壓熱拌瀝青混合料碾壓過(guò)程對(duì)冷再生混合料體積參數(shù)的影響，室內(nèi)采用“二次擊實(shí)”吻合實(shí)體工程壓實(shí)效果；丁武洋等［13］依托S325 省道路面大修工程研究了水泥摻量對(duì)冷再生混合料強(qiáng)度影響規(guī)律，并分析了其強(qiáng)度形成機(jī)理，提出了廠拌冷再生混合料設(shè)計(jì)方法；李瑞紅［14］研究表明：乳化瀝青冷再生混合料高溫性能和抗永久變形性能優(yōu)于熱拌瀝青混合料；裴曉梅等［15］依托舊路養(yǎng)護(hù)工程，驗(yàn)證了乳化瀝青冷再生混合料具有良好的路用性能。

上述研究成果是基于試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生方法得到，而現(xiàn)場(chǎng)自然環(huán)境與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件存在較大差異，室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生乳化瀝青冷再生混合料性能不能如實(shí)反映再生實(shí)體工程路用性能。乳化瀝青冷再生混合料早期強(qiáng)度低，若混合料養(yǎng)生效果不佳，嚴(yán)重影響瀝青路面使用性能。鑒于此，本文根據(jù)乳化瀝青冷再生混合料試驗(yàn)路壓實(shí)效果，并成型馬歇爾試件，通過(guò)室內(nèi)模擬不同自然條件，研究養(yǎng)生時(shí)間、養(yǎng)生溫度及水對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料與配合比設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

乳化瀝青冷再生混合料路用性能試驗(yàn)材料選用RAP、乳化瀝青、新集料、礦粉、水泥和水。

RAP 選用湖南省某二級(jí)公路瀝青路面銑刨料，舊瀝青含量為4.58%，RAP 篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1；乳化瀝青選用慢裂型陽(yáng)離子乳化瀝青，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表2；新集料選用石灰?guī)r，公稱最大粒徑為26.5 mm，技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表3，級(jí)配組成見(jiàn)表4；填料選用磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉和32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，礦粉技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表5，水泥技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表6；水選用飲用水。

表1 RAP 篩分試驗(yàn)結(jié)果

表2 乳化瀝青技術(shù)性質(zhì)

表3 新集料技術(shù)性質(zhì)

表4 新集料級(jí)配

表5 礦粉技術(shù)性質(zhì)

表6 水泥技術(shù)性質(zhì)

1.2 配合比設(shè)計(jì)

按《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）設(shè)計(jì)粗粒式級(jí)配的乳化瀝青冷再生混合料，RAP 摻量為88%，新集料摻量為10%，礦粉摻量為2%；按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）重型擊實(shí)試驗(yàn)方法和《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)要求，依次確定乳化瀝青冷再生混合料最佳流體含量、最佳乳化瀝青用量和最佳水泥摻量。

乳化瀝青冷再生混合料礦料級(jí)配見(jiàn)表7，最佳流體含量為5.4%，最佳乳化瀝青用量為3.5%，最佳水泥摻量為1.5%。

表7 礦料級(jí)配

2 研究方案

2.1 試驗(yàn)方案

為保證不同自然條件下乳化瀝青冷再生混合料良好的路用性能，研究養(yǎng)生條件對(duì)乳化瀝青冷再生混合料高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的影響規(guī)律。具體方案如下：

（1）研究養(yǎng)生時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度影響規(guī)律，結(jié)合水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，養(yǎng)生時(shí)間擬采用1 d、3 d、5 d、7 d、14 d。

（2）研究養(yǎng)生溫度對(duì)乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度影響規(guī)律，結(jié)合季節(jié)性溫度及《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度，養(yǎng)生溫度擬采用10 ℃、25 ℃、40 ℃、60 ℃。

（3）研究水對(duì)乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度影響規(guī)律，評(píng)價(jià)乳化瀝青冷再生混合料抗水損害能力，試件按表8 進(jìn)行養(yǎng)生處理。

表8 試件養(yǎng)生處理方法

2.2 試件制備

結(jié)合乳化瀝青冷再生混合料試驗(yàn)路壓實(shí)效果，以冷再生混合料空隙率為控制指標(biāo)，采用“二次擊實(shí)”試驗(yàn)法成型?152.4 mm×95.3 mm 馬歇爾試件，馬歇爾試件第一次擊實(shí)次數(shù)為100 次；60 ℃條件下，試件養(yǎng)生48 h 后，第二次擊實(shí)次數(shù)為50 次。每組試驗(yàn)采用5 個(gè)平行試件?，F(xiàn)場(chǎng)乳化瀝青冷再生混合料試件采用芯樣。

2.3 性能測(cè)試方法

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、劈裂（凍融）強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)定乳化瀝青冷再生混合料路用性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 養(yǎng)生時(shí)間影響

室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生條件下，養(yǎng)生時(shí)間對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響見(jiàn)圖1?，F(xiàn)場(chǎng)冷再生混合料試件養(yǎng)生1 d 和7 d 時(shí)，試件內(nèi)部分別呈褐色和黑色，見(jiàn)圖2。室內(nèi)養(yǎng)生溫度為（25±2）℃，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生溫度為24～32 ℃。

圖1 養(yǎng)生時(shí)間對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響

圖2 不同養(yǎng)生時(shí)間的乳化瀝青冷再生混合料試件

由圖1 可知：隨著養(yǎng)生時(shí)間增加，室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生環(huán)境下乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律一致，且現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生條件下冷再生混合料性能優(yōu)于室內(nèi)養(yǎng)生條件的混合料，較同養(yǎng)生時(shí)間的室內(nèi)混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度分別平均提高5.5%、10.7%，這是因?yàn)槭覂?nèi)混合料成型過(guò)程中受試模邊界影響，較現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果存在差異，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度略高。另外，現(xiàn)場(chǎng)溫度略高于室內(nèi)養(yǎng)生溫度，一定程度上加快了乳化瀝青破乳和水泥水化速率，促進(jìn)了混合料強(qiáng)度增長(zhǎng)。因此，室內(nèi)乳化瀝青冷再生混合料可較好表征實(shí)體工程路用性能，本文以室內(nèi)養(yǎng)生環(huán)境下冷再生混合料為例，分析養(yǎng)生時(shí)間對(duì)混合料路用性能影響規(guī)律。

（1）乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度與養(yǎng)生時(shí)間正相關(guān)，隨養(yǎng)生時(shí)間增加，冷再生混合料穩(wěn)定度提高速率逐漸減小至穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S養(yǎng)生時(shí)間增加，冷再生混合料內(nèi)部水分不斷被消耗，乳化瀝青、水泥水化產(chǎn)物等材料組成膠結(jié)性材料，包覆連接集料，提高混合料毛體積密度，減小空隙率，致使結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，從而冷再生混合料穩(wěn)定度提高。同時(shí)，在養(yǎng)生初期，水泥水化反應(yīng)生成較多的水泥硅酸鈣等凝膠物質(zhì)填充混合料空隙，而隨養(yǎng)生時(shí)間增加，水泥不斷被消耗，水化產(chǎn)物逐漸減小，因此冷再生混合料穩(wěn)定度提高速率減緩。當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間≤3 d，養(yǎng)生時(shí)間增加1 d，冷再生混合料穩(wěn)定度平均提高12.9%；養(yǎng)生時(shí)間由3 d 增加至5 d，冷再生混合料穩(wěn)定度平均提高4.3%；養(yǎng)生時(shí)間≥5 d 時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間增加1 d，冷再生混合料穩(wěn)定度平均提高2.5%。說(shuō)明養(yǎng)生齡期≥5 d 時(shí)，冷再生混合料穩(wěn)定度增長(zhǎng)速率減緩。

（2）隨養(yǎng)生時(shí)間增加，乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度逐漸增大，前7 d 劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)速率明顯大于后7 d 劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)速率，試件養(yǎng)生至7 d 時(shí)，其劈裂強(qiáng)度為0.53 MPa，滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）技術(shù)要求，即冷再生混合料劈裂強(qiáng)度≥0.5 MPa。這是因?yàn)槠迫榈娜榛癁r青增強(qiáng)了集料間的黏聚力，提高了冷再生混合料結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間≤7 d，養(yǎng)生時(shí)間增加1 d，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度平均提高4.1%以上；養(yǎng)生時(shí)間由7 d 增加至14 d 時(shí)，養(yǎng)生時(shí)間增加1 d，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度平均提高0.8%。

（3）隨養(yǎng)生時(shí)間增加，冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比先減小后增加。在養(yǎng)生時(shí)間5 d 時(shí)，其凍融劈裂強(qiáng)度比最小，為72.3%，較養(yǎng)生1 d 的混合料凍融劈裂強(qiáng)度比降低了15.1%；當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間≥7 d，養(yǎng)生時(shí)間增加1 d，冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比平均提高0.6%。這是因?yàn)轲B(yǎng)生初期，大部分乳化瀝青未發(fā)生破乳，冷再生混合料強(qiáng)度以內(nèi)摩擦力為主；而隨養(yǎng)生時(shí)間增加，破乳的乳化瀝青、水泥水化產(chǎn)物、礦粉等材料組成具有膠結(jié)能力的填充集料，冷再生混合料初步形成整體結(jié)構(gòu)，致使混合料劈裂強(qiáng)度逐步增大，但在低溫應(yīng)力和浸水條件下，具有膠結(jié)能力的填充集料對(duì)骨料固結(jié)作用減弱，從而混合料凍融劈裂強(qiáng)度比偏??；當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間達(dá)到7 d 時(shí)，冷再生混合料形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，具有良好的劈裂強(qiáng)度，因此混合料凍融劈裂強(qiáng)度比提高。另外，養(yǎng)生時(shí)間≥1 d，乳化瀝青冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）技術(shù)要求，即冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比≥70%，說(shuō)明乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性良好。對(duì)此，建議乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生時(shí)間為7 d。

3.2 養(yǎng)生溫度影響

養(yǎng)生溫度對(duì)室內(nèi)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響見(jiàn)圖3。

圖3 養(yǎng)生溫度對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響（養(yǎng)生時(shí)間：7 d）

由圖3 可知：

（1）隨養(yǎng)生溫度升高，乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度逐漸提高，說(shuō)明高溫養(yǎng)生環(huán)境有利于提高冷再生混合料的穩(wěn)定度。養(yǎng)生溫度由10 ℃升高至25 ℃，冷再生混合料穩(wěn)定度提高了27.3%；溫度由25 ℃升高至40 ℃，混合料穩(wěn)定度提高了10.4%；溫度從40 ℃升高至60 ℃，混合料穩(wěn)定度提高了6.5%。這是因?yàn)楦邷丨h(huán)境下乳化瀝青破乳和水泥水化速率加快，破乳的乳化瀝青、水泥水化產(chǎn)物、礦粉等材料組成更多的具有膠結(jié)能力的填充集料，增強(qiáng)了混合料內(nèi)部黏聚力，從而混合料結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，穩(wěn)定度逐漸提高。

（2）隨養(yǎng)生溫度升高，乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度先提高后減小，在養(yǎng)生溫度40 ℃時(shí)，混合料劈裂強(qiáng)度達(dá)到最大值，為0.61 MPa；在養(yǎng)生溫度10 ℃、60 ℃時(shí)，混合料劈裂強(qiáng)度分別為0.34 MPa、0.48 MPa，不滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）的技術(shù)要求，較養(yǎng)生溫度40 ℃條件下冷再生混合料劈裂強(qiáng)度分別降低了44.3%、21.3%。這是因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下乳化瀝青破乳和水泥水化速率較慢，產(chǎn)生的膠結(jié)料較少，不能較好地黏結(jié)骨料，致使混合料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性偏低；隨著養(yǎng)生溫度升高，水泥瀝青膠漿體含量增多，可有效地固結(jié)骨料和填充骨料間的空隙，增強(qiáng)混合料結(jié)構(gòu)密實(shí)性和穩(wěn)定性；當(dāng)溫度升高至60 ℃，乳化瀝青破乳和水泥水化速率加快，混合料內(nèi)部黏聚力增大，致使試件第二次擊實(shí)成型中壓實(shí)度降低、空隙率增大，從而溫度從40 ℃升高至60 ℃，馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度降低。對(duì)此，建議乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度為25～40 ℃。

3.3 水影響

水對(duì)室內(nèi)乳化瀝青冷再生混合料影響見(jiàn)圖4。

圖4 水對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響

由圖4 可知：

（1）不同養(yǎng)生條件下，乳化瀝青冷再生混合料含

水率相差較大，D 組馬歇爾試件含水率最高，為4.2%，較A、B、C 組試件含水率分別提高了147%、82.6%、13.5%；隨冷再生混合料含水率增加，試件空隙率先增加后減小，在含水率2.3%時(shí)，混合料空隙率最大；含水率為1.7%時(shí)，混合料空隙率幾乎降至最低。這是因?yàn)锽 養(yǎng)生條件下，試件表面水分增加，混合料內(nèi)部水分蒸發(fā)量減少，致使試件在第二次擊實(shí)中，試件密實(shí)度降低，空隙率相對(duì)增大；養(yǎng)生條件從B 到C、D，混合料內(nèi)部含水率提高明顯，多余水分填充骨料間空隙，試件毛體積相對(duì)密度提高，從而空隙率降低。

（2）隨含水率增加，馬歇爾試件穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸減小，抗水損害能力減弱。這是因?yàn)槔湓偕旌狭显嚰试黾樱种迫榛癁r青破乳和水泥水化反應(yīng)，影響瀝青水泥膠漿體的產(chǎn)生，其與骨料的黏聚力減弱，降低冷再生混合料結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，且多余水分填充骨料間空隙，致使試件在第二次擊實(shí)中，試件密實(shí)度相對(duì)降低，抵抗外部荷載作用能力降低，從而冷再生混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度降低。

（3）當(dāng)養(yǎng)生條件由A 到B，即冷再生混合料含水率由1.7%增加至2.3%，其穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別降低了1.3%、3.8%、6.2%；養(yǎng)生條件從B 到C，即冷再生混合料含水率由2.3%增加至3.7%，其穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別降低了11.2%、23.5%、12.3%；養(yǎng)生條件從C 到D，即冷再生混合料含水率由3.7%增加至4.2%，其穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別降低了4.4%、7.7%、7.0%；養(yǎng)生條件C、D 下，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度不滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

（1）同一試驗(yàn)條件下，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生條件下乳化瀝青冷再生混合料較同養(yǎng)生時(shí)間的室內(nèi)混合料穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度分別平均提高5.5%、10.7%。

（2）隨養(yǎng)生時(shí)間增加，乳化瀝青冷再生混合料路用性能整體呈提高趨勢(shì)，提高速率減緩。當(dāng)養(yǎng)生時(shí)間≥7 d，冷再生混合料路用性能滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）技術(shù)要求。建議乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生時(shí)間為7 d。

（3）隨養(yǎng)生溫度升高，乳化瀝青冷再生混合料穩(wěn)定度逐漸提高，劈裂強(qiáng)度先提高后減小。在養(yǎng)生溫度40 ℃時(shí)，冷再生混合料路用性能最優(yōu)，其穩(wěn)定度較10 ℃、25 ℃分別提高了40.5%、10.4%，劈裂強(qiáng)度較10 ℃、25 ℃分別提高了79.4%、15.1%。建議乳化瀝青冷再生混合料養(yǎng)生溫度為25～40 ℃。

（4）隨含水率增加，乳化瀝青冷再生混合料路用性能逐漸降低。在冷再生混合料含水率為2.3%時(shí)，試件空隙率最大；含水率為3.7%、4.2%時(shí)，試件冷再生混合料劈裂強(qiáng)度不滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）技術(shù)要求。