羅忠賢, 王文奇,, 文 龍, 謝遠(yuǎn)新, 王 澤, 王寵惠

(1. 西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 四川 成都 610039； 2. 西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610039；3. 北京市市政工程研究院， 北京 100037； 4. 重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400030；5. 重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院， 重慶 400026； 6. 長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西 西安 710064)

乳化瀝青-水泥冷再生瀝青混合料性能試驗(yàn)研究

羅忠賢1, 王文奇1,2, 文 龍3, 謝遠(yuǎn)新4,5, 王 澤2, 王寵惠6

(1. 西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 四川 成都 610039； 2. 西華大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610039；3. 北京市市政工程研究院， 北京 100037； 4. 重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400030；5. 重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院， 重慶 400026； 6. 長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西 西安 710064)

乳化瀝青冷再生技術(shù)對(duì)于廢舊瀝青混合料的循環(huán)利用具有重要意義。為了研究乳化瀝青的工程性質(zhì),進(jìn)行了乳化瀝青-水泥冷再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì),并通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、密度試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)其路用性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),確定了其最佳含水量和最大干密度。結(jié)果表明：各項(xiàng)路用性能技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求；手工拌合方式的干密度要小于通過(guò)機(jī)械拌和方式合料的干密度。因此建議室內(nèi)拌和混合料時(shí),宜采用機(jī)械拌和方式。

乳化瀝青-水泥； 冷再生瀝青混合料； 廢舊瀝青混合料； 路用性能

在中國(guó)20世紀(jì)90年代以后陸續(xù)建成的高速公路已進(jìn)入大、中修期,大量的翻挖、銑刨后的瀝青混合料被廢棄[1]。這些被遺棄的廢料一方面造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,另一方面對(duì)于優(yōu)質(zhì)瀝青和礦料極為匱乏的我國(guó)來(lái)說(shuō),也是一種資源上的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)每年僅高速公路維修產(chǎn)生近5 000萬(wàn)t的廢舊瀝青混合料(reclaimed asphalt pavement,RAP)。RAP的再生利用可以實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)技術(shù)中的低碳環(huán)保和節(jié)能減排,社會(huì)意義重大[1-2]。廢舊路面材料的重復(fù)利用對(duì)節(jié)約砂石及瀝青等資源和資金具有現(xiàn)實(shí)意義,現(xiàn)在應(yīng)用越來(lái)越多[3-4]。

乳化瀝青冷再生技術(shù)是利用專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備先將原破損瀝青路面銑刨、翻挖、破碎,再加入適量的乳化瀝青新集料(如需要)、穩(wěn)定劑和水,按一定比例拌和成混合料,然后經(jīng)攤鋪和碾壓后形成路面結(jié)構(gòu)層的一種技術(shù)[5]。因此研究冷再生混合料路用性能的各種影響因素,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6]。

通過(guò)加入乳化瀝青和水泥,冷再生再次利用舊路面材料,有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。為了檢驗(yàn)冷再生乳化瀝青-水泥穩(wěn)定舊路面材料的技術(shù)可行性,對(duì)其開(kāi)展擊實(shí)試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度和密度試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),為舊路面再生利用的設(shè)計(jì)和施工提供理論指導(dǎo)。

1 冷再生乳化瀝青-水泥混合料的配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

(1) 乳化瀝青。冷再生用陽(yáng)離子乳化瀝青(BC-1),具體指標(biāo)通過(guò)試驗(yàn)已滿(mǎn)足規(guī)范要求[7]。

(2) 水泥。普通硅酸鹽水泥,標(biāo)號(hào)為32.5,摻量為2%。

(3) 礦粉。采用石灰?guī)r堿性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉。

(4) 水。乳化瀝青制作用水和冷再生混合料用水均采用可飲用水[8]。

(5) 瀝青銑刨料(RAP)。作為再生料的主要組成之一,RAP材料必須進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè),將RAP材料銑刨、破碎成一定粒徑后,對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。其主要的檢測(cè)項(xiàng)目有：RAP的含水率、RAP級(jí)配、瀝青含量、砂當(dāng)量(>50%)[8]；RAP中的瀝青針入度、60 ℃黏度、軟化點(diǎn)、15 ℃延度[9]；RAP中的粗集料針片狀顆粒含量、壓碎值[10],RAP中的細(xì)集料RAP中的細(xì)集料[10]。

1.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

將RAP舊料分成9.5～31.5 mm和0～9.5 mm兩檔進(jìn)行篩分,并對(duì)級(jí)配中需要采用的新料0～5 mm石屑和礦粉篩分,得出篩分結(jié)果后進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì),以4.75 mm、0.6 mm和0.075 mm為主要控制點(diǎn)。

根據(jù)以上4檔料的篩分結(jié)果,按照規(guī)范要求的級(jí)配范圍,進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。最后確定的級(jí)配見(jiàn)圖1。

圖1 級(jí)配曲線(xiàn)

2 冷再生乳化瀝青-水泥混合料的試驗(yàn)

溫度對(duì)瀝青混凝土材料的力學(xué)性能影響較大[11]。本文通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究不同溫度下的瀝青混合料性能。

冷再生瀝青混合料的強(qiáng)度不足影響該材料在工程應(yīng)用,這一問(wèn)題在加入水泥后得以有效解決[12]。

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,首先是確定該級(jí)配在瀝青用量固定的情況下,混合料所能達(dá)到的最大干密度,從而確定該級(jí)配的最佳含水量。采用機(jī)械拌和成型擊試驗(yàn)試件,又用手工拌合混合料的方式再次成型擊實(shí)試件,對(duì)比兩種方法對(duì)干密度的影響。擊實(shí)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 含水量-干密度曲線(xiàn)

由圖2可以得出,該級(jí)配的最大干密度是采用機(jī)械拌和方式取得的,為2.026 g/cm3；無(wú)論機(jī)械拌合還是手工拌合,最佳含水量均為4.0%。

采用機(jī)械拌和方式,拌和后的混合料分散均勻,使得乳化瀝青能夠較好地裹附石料。

雖然手工拌合密度曲線(xiàn)和機(jī)械拌和曲線(xiàn)走向是一致的,但是密度值明顯偏小,并且在手拌的時(shí)候,均勻性不好,有些粗集料沒(méi)有裹附上乳化瀝青,這對(duì)后期的強(qiáng)度測(cè)試有一定的影響。建議采用機(jī)械拌合方式。

2.2 馬歇爾試驗(yàn)

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)得到的最佳含水量為4.0%和最大干密度為2.026 g/cm3,選取瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、2.5%、3.0%,采用標(biāo)準(zhǔn)方法成型馬歇爾試件,雙面先擊實(shí)50次,然后放入60 ℃烘箱中養(yǎng)護(hù)48 h,再進(jìn)行雙面補(bǔ)打25次,最后脫模進(jìn)行密度的測(cè)定和相關(guān)力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)。

(1) 密度測(cè)定。密度的測(cè)定采用表干法,其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 馬歇爾試件密度數(shù)據(jù)

(2) 穩(wěn)定度試驗(yàn)。將已經(jīng)養(yǎng)護(hù)好的馬歇爾試件,放入40 ℃的熱水中,保溫40 min,然后取出試件進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)。穩(wěn)定度與瀝青用量的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 40℃時(shí)穩(wěn)定度與瀝青用量曲線(xiàn)

從圖3可以得出,當(dāng)經(jīng)過(guò)40 ℃浸水后,曲線(xiàn)呈現(xiàn)峰值,瀝青用量為2.5%時(shí)的穩(wěn)定度最大。

(3) 劈裂試驗(yàn)。將成型好的馬歇爾試件進(jìn)行兩組試驗(yàn),一組是放入25 ℃的水中浸泡1 h后,取出試件進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),稱(chēng)作干劈試驗(yàn)；另外一組是放入25 ℃的水中浸泡24 h后,進(jìn)行劈裂試驗(yàn),稱(chēng)作濕劈試驗(yàn)。兩次劈裂強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 25℃時(shí)干劈強(qiáng)度和濕劈強(qiáng)度與瀝青用量關(guān)系曲線(xiàn)

從圖4可以看出,無(wú)論干劈試驗(yàn)還是濕劈試驗(yàn),25 ℃的試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度隨著瀝青用量的增大而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。干劈強(qiáng)度最大值為0.55 MPa,濕劈強(qiáng)度最大值為0.52 MPa。

經(jīng)過(guò)24 h的浸水試驗(yàn)后,各個(gè)瀝青用量的試件的劈裂強(qiáng)度與干劈強(qiáng)度相比均有所降低,但降低幅度不大,這與該級(jí)配的空隙率較小有關(guān),使得試件抗水損害性能較好,強(qiáng)度變化不大。

2.3 無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

根據(jù)前面馬歇爾試驗(yàn)確定的各種瀝青用量下的密度,采用乳化瀝青、水泥和級(jí)配碎石的配合比為5∶2∶100,采用振動(dòng)壓實(shí)方法制備內(nèi)徑150 mm、高150 mm圓柱體試件。7 d后做無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)。

3 結(jié)論

本文對(duì)乳化瀝青-水泥冷再生瀝青混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)和各項(xiàng)路用性能評(píng)價(jià),通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論:

(1) 通過(guò)乳化瀝青-水泥再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì),確定其最大干密度為2.026 g/cm3,最佳含水量為4.0%。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),手工拌合的密度曲線(xiàn)和密度值明顯小于機(jī)械拌和,且手工拌的均勻性不好。因此建議室內(nèi)拌和混合料時(shí),宜采用機(jī)械拌和方式。

(2) 當(dāng)經(jīng)過(guò)40 ℃浸水后,馬歇爾穩(wěn)定度與瀝青用量曲線(xiàn)呈現(xiàn)峰值,瀝青用量為2.5%時(shí)馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)到峰值。

(3) 25 ℃乳化瀝青-水泥的劈裂強(qiáng)度隨瀝青用量的增大呈現(xiàn)上升趨勢(shì),經(jīng)過(guò)24 h浸水后其劈裂強(qiáng)度均有所降低,但降低幅度不大,試件抗水損害性能較好。

(4) 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)平均7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.24 MPa,偏差系數(shù)CV為6.37%,95%概率的強(qiáng)度值Rc0.95為1.11 MPa。

(5) 乳化瀝青-水泥冷再生瀝青混合料各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范技術(shù)要求,具有良好的路用性能,具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。

References)

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Testing research on pavement performance by using cold recycling asphalt mixture with emulsified asphalt and concrete

Luo Zhongxian1, Wang Wenqi1,2, Wen Long3, Xie Yuanxin4,5, Wang Ze2, Wang Chonghui6

(1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610039, China; 2. School of Architectural and Civil Engineering,Xihua University,Chengdu 610039, China; 3. Beijing Municipal Engineering Research Institute,Beijing 100037, China; 4. School of Civil Engineering,Chongqing University,Chongqing 400030, China; 5. Chongqing Pengfang Road Technology Research Institute,Chongqing 400026,China; 6. School of Highway,Chang’an University,Xi’an 710064, China)

The emulsified asphalt cold recycling technology for the recycling use of waste asphalt mixture is of great significance.In order to study its engineering properties,the emulsified asphalt and concrete mixture proportioning was designed.Through the compaction test,Marshall stability,density test,splitting test and unconfined compressive strength test,the pavement performance was evaluated,and the optimum water content and maximum dry density were acquired.The results show that the pavement performance evaluation technical indexes all meet the requirements of specification.The density of mixing by hand is less than that by machine.Therefore,this paper suggests that the mixing by machine should be more adopted when the mixture is made indoors.

emulsified asphalt; cold recycling asphalt mixture; waste asphalt mixture; pavement performance

2014- 12- 23 修改日期：2015- 01- 16

國(guó)家自然科學(xué)青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51308476);西華大學(xué)重點(diǎn)科研基金項(xiàng)目(THJ10-03)；西華大學(xué)校內(nèi)科研項(xiàng)目(14206106)；北京市政路橋集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目(KJ14002)

羅忠賢(1978—)，男，湖南邵東，博士研究生，講師，研究方向?yàn)闉r青路面材料

E-mail：zxluo@home.swjtu.edu.cn

王文奇(1980—)，男，遼寧朝陽(yáng)，博士研究生，講師，研究方向?yàn)闉r青路面材料.

E-mail：wwq1999@126.com

U414.75

B

1002-4956(2015)8- 0055- 03