不同外加材料对乳化沥青冷再生混合料性能的影响.doc

不同外加材料对乳化沥青冷再生混合料性能的影响 金成 贾小龙 任斌 宁夏路桥工程股份有限公司 摘 要： 针对乳化沥青冷再生混合料在使用中早期强度较低、强度增长速率缓慢等问题, 进行了掺加水泥和生石灰的研究工作通过研究发现, 掺加一定量的水泥和生石灰对再生混合料的各项性能均有提升作用, 其中, 水泥作用更为明显, 但是, 当水泥剂量超过 1%, 再生混合料的水稳定性和收缩特性会逐渐变差, 而生石灰的性能在掺量 (0 1.5%) 范围内基本稳定最后, 通过对再生混合料在室外自然养生条件下的强度增长规律进行了数据拟合, 进一步解释了水泥和生石灰再生混合料性能的增强作用机理关键词： 乳化沥青混合料; 早期强度低; 外加材料; 数据拟合; 收稿日期：2017-06-25Received： 2017-06-251 概述沥青路面再生技术凭借其较好的经济效益、环境效应和路用性能而得到越来越广泛的应用[1,2]其中, 乳化沥青冷再生由于其工艺简单、性能稳定而成为沥青路面再生采用的主要方式[3,4]但是, 由于乳化沥青冷再生混合料在使用中出现的早期强度较低, 强度的增长速率缓慢等问题, 造成了铺筑路段容易出现路面病害而限制了它的使用。

有研究表明, 添加水泥或者石灰等外加材料对乳化沥青冷再生混合料性能有质的提升[5-8]但是此类研究大都集中在外加材料对冷再生混合料的作用机理和微观结构分析, 很少有研究对不同外加材料的冷再生混合料宏观性能进行系统的解释和评价因此, 本文通过研究不同外加材料的冷再生混合料性能的变化, 再结合再生混合料室外强度增长规律, 有效地解释了外加材料对再生混合料性能的增强机理, 并最终提出了合理的外加材料掺量, 具有很强的工程意义和理论价值2 试验2.1 试验准备旧路面铣刨的 RAP 分为 (10~30 mm) 、RAP (5~10mm) 、RAP (0~5 mm) 三档, 乳化沥青冷再生混合料集料掺配比例见表 1RAP 级配见表 2, 满足《公路沥青路面再生技术规范》 (JTG F41-2008) 中对再生混合料级配范围的要求乳化沥青所用基质沥青为韩国 SK 90 号沥青, 乳化剂选用性能稳定且分散效果好的美德维实伟克乳化剂, 实验检测结果见表 3, 乳化沥青各项性能优异生石灰采用磨细石灰粉 (0.075 mm 通过率为 98%) , 水泥采用 32.5 号普通硅酸盐水泥, 其初凝时间约为 4.8h, 终凝时间约为 7.4h。

表 1 乳化沥青冷再生混合料集料掺配比例 下载原表 表 2 乳化沥青冷再生混合料矿料合成级配实验结果 下载原表 2.2 试验方案采用 superpave 配合比设计方法对冷再生混合料进行体积法设计, 混合料试件的制备方法采用初压 50 次脱模+烘箱养生 48h+二次旋压 25 次脱模的流程通过试验测定, 掺加水泥和石灰的再生混合料的最佳乳化沥青用量为 3.5%, 因此, 试验中均采用最佳乳化沥青用量进行混合料性能研究同时, 依据《公路沥青路面再生技术规范》 (JTG F41-2008) 对再生混合料性能的检测方法, 依次对混合料高低温性能和水稳定性进行评价表 3 乳化沥青性能检测结果 下载原表 此外, 考虑到水泥、石灰、矿粉的通过率几乎一样, 因此掺加的石灰、水泥实际上是取代了部分的矿粉, 维持了矿粉、水泥、石灰相对于集料的总比例不变, 对级配不产生影响3 试验结果分析与评价3.1 不同外加材料对再生混合料性能的影响通过对不同外加材料的冷再生混合料性能的检测发现, 水泥和石灰对再生混合料各项性能均有显著提升, 尤其是掺加水泥对混合料性能的优化效果最为明显具体而言, 随着水泥掺量的逐渐增加, 再生混合料的动稳定度逐渐增大, 当水泥掺量为 1.5%时, 混合料的动稳定度高达 6 798 次/mm。

同时, 掺加石灰的再生混合料的动稳定度也随着石灰掺量的逐渐增加而增大这说明, 外加水泥和石灰对再生混合料的高温稳定性均有显著的提升作用此外, 掺加水泥和石灰对再生混合料水稳定性也有一定增强作用在加入水泥和石灰后, 再生混合料的干湿劈裂强度比和冻融劈裂强度比都有提高, 其中, 加入 1%水泥后, 干湿劈裂强度比增加了 8.0%, 冻融劈裂强度比增加了 5.0%, 再生混合料的水稳定性有明显改善但是, 当水泥掺量为 1.5%时, 混合料的冻融劈裂强度比和残留稳定度均有所降低, 这说明当水泥掺量为 0~1%时, 混合料各项性能最为稳定这个现象在不同外加材料的干缩试验中得到印证, 当水泥掺量由 1%增加到 1.5%时, 再生混合料的干燥系数由 186×10 增加到 223×10试验结果见表 4、图 1~图 4表 4 不同外加材料的混合料性能检测结果 下载原表 此外, 有研究对石灰和水泥在再生混合料中的性能增强作用机理进行了解释, 研究认为石灰对再生混合料的增强作用是因为石灰在熟化过程中与水反应吸收水分生成其他化合物, 填充水分散失而形成的空隙, 增加再生料的密实度, 提高强度另外, 生石灰熟化时放出大量的反应热, 加速再生料的水分散失, 加速再生料早期强度的形成。

这也是熟石灰对于再生混合料性能影响较生石灰偏低的原因[6]图 1 不同外加材料的劈裂强度直方图 下载原图图 2 不同外加材料的冻融劈裂强度比曲线 下载原图图 3 不同外加材料的动稳定度曲线 下载原图图 4 不同外加材料的干燥系数曲线 下载原图而水泥对再生混合料的早期强度和水稳定性能有明显的提高作用:一方面是因为水泥吸收混合料或乳液中的水分发生水化反应, 并产生水化热, 加速乳化沥青破乳和强度的形成, 缩短了强度形成时间[3,4];另一方面是因为未水化的水泥还可以在混合料中起活性矿粉作用水泥与沥青分子会发生化学吸附形成一层膜, 提高了沥青与集料间的黏附性[7,8]3.2 不同外加材料的再生混合料室外强度增长规律3.2.1 再生混合料的水分散失乳化沥青冷再生混合料的一个重要特点是混合料中有一定量的水存在, 并且水分会随着时间的延长而逐渐散失, 水分散失势必会影响再生混合料的空隙率与强度, 进而影响再生路面的路用性能因此, 需测量不同外加材料的混合料试件在室外自然养生时的失水质量和失水率 (失水率=失水质量/总失水质量) 的变化情况, 实验结果见表 5表 5 室外自然养生时混合料的失水质量与失水率统计 下载原表 3.2.2 再生混合料的强度增长规律通过模拟施工现场自然养生, 我们对不同龄期的旋转压实试件进行了劈裂强度检测, 检测情况见图 5。

从图中可以看出, 无论是掺加外加材料的混合料还是不掺加外加材料的混合料的劈裂强度都与养生天数存在着对数关系 (见表 6) 但是, 相比较来说, 对数函数 ln (X) 的乘积系数存在差异, 掺加水泥混合料的乘积系数最大, 为 0.130 5, 掺加石灰的为 0.121 5, 两者均大于未掺外加材料混合料的乘积系数这也进一步说明了, 掺加外加材料对乳化沥青再生混合料的性能具有明显的增强作用图 5 不同混合料试件的劈裂强度与养生时间关系 下载原图表 6 混合料试件的劈裂强度与养生天数的关系 下载原表 4 结语本文通过研究不同外加材料的冷再生混合料性能的变化, 提出了水泥和石灰的合理掺量范围:水泥掺量不应超过 1%, 石灰掺量不应超过 1.5%此外, 通过研究不同龄期的再生混合料强度变化规律, 拟合了再生混合料劈裂强度与养生天数之间的回归方程, 更加直观地解释了外加材料对乳化沥青再生混合料性能的增强作用, 具有较强的理论指导作用义此外, 该工程技术已成功在国道 338 线盐池至红寺堡段公路第 7 合同段铺筑试验路段, 经前期检测评价, 路用性能良好参考文献[1]Ramzi T, A li A H, Khalid A S.Cement stabilization of reclaimed asphalt pavement aggregate for road bases and sub bases.Journal of Materials in Civil Engineering2002, 14 (3) :239-245. [2]Brayton Todd E, Wayne Lee K, Gress David.Development of performance based mix design for Cold in-Place Recycling of asphalt mixtures.Washington:TRB, 2001:9-13. [3]曾梦澜, 于永生, 吴超凡, 等.水泥对乳化沥青冷再生沥青混合料使用性能的影响[J].公路交通科技, 2008, (4) . [4]王学信, 沙爱民, 胡力群, 等.水泥乳化沥青混凝土力学性能研究[J].公路交通科技, 2005, (11) . [5]董泽蛟, 谭忆秋, 曹丽萍.乳化沥青冷再生混合料的室内设计与性能评价研究[J].公路交通科技, 2006, (2) . [6]周源.生石灰对乳化沥青冷再生混合料强度的影响[J].中外公路, 2013, (2) . [7]杜少文, 王振军.水泥改性乳化沥青混凝土力学性能与微观机理[J].同济大学学报, 2009, (8) . [8]高英, 凌天清, 梁富权, 等.水泥-乳化沥青混合料性能测试方法研究[J].重庆交通学院学报, 1999, 18 (2) :71-75. 。