高性能泡沫沥青冷再生混合料配合比研究

窦彦磊

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司重庆分公司,重庆 401120)

目前,随着我国城市道路建设逐渐进入养护时代,将会有导致大量的路面旧料,如不将这些旧料加以利用,将会使得生态严重破坏[1]。在国家提倡建设节约型社会的前提下,泡沫沥青冷再生技术作为新兴的养护技术,近年来正广泛应用于沥青路面的大中修工程中[2-3]。其作为基层材料能够缓解半刚性基层的反射裂缝并具有足够的承载能力,同时兼顾经济效益和环境效益,是其它技术不可替代的。因此,为深入了解泡沫沥青冷再生混合料,本文通过对原材料性能检测、配合比设计以及再生混合料性能三方面进行入手,对进行试验分析研究。

1 原材料性能

1.1 RAP料

作为泡沫沥青冷再生混合料中最主要的原材料,铣刨料(RAP料)的质量是保证再生料性能的前提,而由于受到铣刨设备和环境等因素的影响,会导致铣刨料级配不易控制。因此为保证再生混合料骨架结构较为均匀,在配合比设计时应对RAP料进行二次破碎并将其分为细料(0～10mm)和粗料(10～30mm)。粗料31.5mm～0.075mm的通过率分别为100%、93.4%、69.9%、54.8%、41.3%、12.7%、1.5%、1.3%、1.1%、0.7%、0.5%、0.3%、0.1%；细料13.2mm～0.075mm的通过率分别为100%、99.5%、71.6%、44.5%、27.1%、17.7%、9.9%、6.0%、1.7%。

1.2 沥青

试验选用的基质沥青为中海A级70#沥青,参照现行的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[4]对该基质沥青进行技术指标检测,主要检测结果为：针入度(25℃)为6.5mm,针入度指数PI为-1.14,15℃延度>150cm,软化点为47.8℃,密度为1.015g/cm3,60℃动力粘度为234Pa·s。

1.3 集料

为确保泡沫沥青冷再生混合料具有良好的内聚力,不易遇水松散,分别选择碱性材料5～10mm石灰岩粗集料、0～3mm石灰岩细集料作为矿料,增强泡沫沥青和石料的粘附性。按规范对集料的主要技术性质进行检测,检测结果为：粗集料的压碎值21.4%,洛杉矶磨耗损失为12.7%,表观相对密度为2.734g/cm3,针片状颗粒含量3.4%,水洗法(<0.075mm颗粒含量)为0.2%；细集料的表观相对密度为2.721g/cm3,砂当量为62%。

1.4 矿粉

试验中选取了干燥、洁净的石灰岩矿粉,并对其进行了相关项目的检测,技术性质检测结果为：表观相对密度为2.721g/cm3,<0.6mm含量为100%,<0.15mm含量为95.4%,<0.075mm含量为88.4%。

1.5 水泥

水泥为碱性材料,它的加入有助于泡沫沥青冷再生混合料早期强度形成,同时能提高再生混合料的稳定性。本次试验采用复合硅酸盐水泥(P.C32.5),其检测结果如下：80μm方孔筛筛余为1.2%,初凝时间110min,终凝时间4.3h,3d、28d抗压强度和抗折强度均满足规范要求。

2 高性能泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

2.1 矿料级配组成

为调整再生混合料的级配,需在RAP料中加入新集料,确定再生混合料级配设计方案为5%矿粉、15%细集料、5%粗集料、35%RAP料(0～10mm)、40%RAP料(10～30mm),同时结合再生规范要求和国内外泡沫沥青冷再生工程的相关经验,确定试验中的水泥掺量为1.5%。冷再生混合料31.5mm～0.075mm的通过率分别为97.4%、88.0%、81.9%、76.5%、64.3%、46.6%、34.4%、23.9%、18.0%、13.1%、10.1%、7.0%。

2.2 最佳拌和用水量确定

泡沫沥青冷再生混合料在拌和过程中需加入适当的水分以保证泡沫沥青扩散均匀,同时有润滑作用,使再生混合料压实紧密。拌合用水量过多,会降低泡沫沥青和集料之间的吸附效果,而水量过少会导致泡沫沥青成团,不利于压实成型。因此,为使泡沫沥青冷再生混合料具有较好的压实度和和易性,根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[5]中规定的土工重型乙类击实试验方法对再生混合料进行击实试验,最终确定其最佳拌和用水量为4.35%。

2.3 最佳泡沫沥青用量确定

由于泡沫沥青冷再生混合料主要用于基层,而基层层底的受力状态与劈裂强度指标相对应,同时考虑其水稳定性的要求,采用15℃劈裂强度(ITS)和干湿劈裂强度比(ITSR)作为再生混合料的设计指标。从试验结果中可以看出,随着泡沫沥青用量的逐渐增加,再生混合料的劈裂强度和干湿劈裂强度比均先增大后减小,当泡沫沥青用量达到3.5%时的劈裂强度和干湿劈裂强度比分别达到0.63MPa和82.5%,满足规范中0.4MPa和75%的要求。

3 高性能泡沫沥青冷再生混合料性能试验

3.1 浸水马歇尔试验

泡沫沥青冷再生混合料由于空隙率比一般热拌沥青混合料大,容易在雨水较多的地区产生水损害问题,因此通过对再生混合料进行浸水马歇尔试验以评价其水稳定性。试验结果表明,与劈裂试验结果变化趋势一致,稳定度和残留稳定度均随泡沫沥青用量的增加呈先增后减的趋势,在3.5%时达到峰值,说明泡沫沥青用量的适当增加会使得沥青胶浆含量增大,减小其内部空隙,提高再生料内部的粘结力,使其具有一定的抗水损害能力。

3.2 冻融劈裂试验

为模拟更为苛刻的水损害工况,采用冻融劈裂试验对再生混合料试件真空饱水、低温冷冻和高温保温。试验采用最佳泡沫沥青用量3.5%,冻融前劈裂强度为0.508MPa,冻融后劈裂强度为0.404MPa,冻融劈裂抗拉强度比TSR为80.4%,表明该再生混合料具有可在极端气候条件下保持一定的水稳定性。

3.3 疲劳特性试验

分别在0.3、0.5、0.6、0.7应力比条件下对再生混合料进行疲劳试验,试验温度为15℃,加载频率为10Hz,试验同时比较了水泥掺量对再生混合料疲劳特性的影响。分析结果表明,当应力比小于0.6时,掺有1.5%水泥的再生混合料疲劳寿命要大于未掺水泥的再生混合料,而当应力比大于等于0.6时,未掺水泥的疲劳寿命反而更大,可见水泥掺量显著影响再生混合料的疲劳寿命,且变化规律与应力比有关。从这两种水泥掺量的再生混合料疲劳寿命回归公式中也可以看出,1.5%水泥掺量的再生混合料的疲劳寿命受应力比的敏感程度要比未掺水泥的大。

4 结语

本文对高性能泡沫沥青冷再生混合料配合比及相关性能进行了研究,主要结论如下：①通过对再生混合料进行击实试验得到了最大干密度随对应的最佳含水量,最终确定其最佳拌和用水量为4.35%；②以15℃劈裂强度(ITS)和干湿劈裂强度比(ITSR)作为再生混合料的设计指标,确定最佳泡沫沥青用量为3.5%；③最佳泡沫沥青用量下的残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比分别为85.1%和80.4%,均满足规范要求；④水泥掺量显著影响再生混合料的疲劳寿命,掺水泥的再生混合料疲劳寿命受应力比的敏感程度要比未掺水泥的大。

[1]徐金枝.泡沫沥青及泡沫沥青冷再生混合料技术性能研究[D].长安大学,2007．

[2]张建.公路沥青混凝土路面应用冷再生的施工技术[J].江西建材,2015(11)：167-167．

[3]赵永波.冷再生技术在陕西高速公路路面大修中的应用[D].长安大学,2010．

[4]JTG F40-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社,2011．

[5]JTG E51-2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社,2009．