(新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830094)

乳化瀝青冷再生是一種應(yīng)用較為廣泛的路面工程施工技術(shù)，它具有工程造價低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，且可循環(huán)利用路面舊料，目前已經(jīng)在公路工程的大修及改擴建項目中取得了較為明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。在使用過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)乳化瀝青冷再生混合料易出現(xiàn)車轍病害，并針對這種現(xiàn)象展開了大量的試驗研究。發(fā)生車轍病害的根本原因在于基質(zhì)材料的剪切變形，但國內(nèi)外學(xué)者的研究均基于車轍試驗，對于冷再生混合料的抗剪性能研究較少。本文基于單軸貫入試驗與無側(cè)限抗壓強度試驗，研究水泥用量、乳化瀝青用量與類型和瀝青舊料摻量對乳化瀝青冷再生混合料抗剪性能的影響，并選擇剪切強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等作為混合料抗剪性能的評價指標(biāo)，對影響乳化瀝青冷再生混合料抗剪性能的參數(shù)進行分析，為乳化瀝青冷再生技術(shù)的進一步廣泛應(yīng)用打下理論和試驗基礎(chǔ)。

1 試驗材料與方案

1.1 試驗材料

乳化瀝青為實驗室制備，其主要性能技術(shù)指標(biāo)如表1所示。瀝青舊料為某高速公路路面瀝青層銑刨所得。水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥，經(jīng)實驗室測試，該水泥的初凝時間為4.5 h，終凝時間約為7 h，0.075 mm方孔篩通過率為95%。集料為石灰?guī)r，含泥量為1.2%，表觀密度為2.7 g/cm3，其余各性能指標(biāo)均符合國家相關(guān)規(guī)范要求。

為減少其他因素對實驗結(jié)果的干擾，所有測試組礦料級配均相同，混合料的級配組成如表2所示。采用馬歇爾試驗法成型試件，試件為101.6 mm×63.5 mm的圓柱體，成型后的試件在60 ℃烘箱中放置48 h。

1.2 方案設(shè)計

主要研究水泥用量、乳化瀝青用量、乳化瀝青類型和瀝青舊料摻量對乳化瀝青冷再生混合料剪切強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等抗剪性能的影響，因此對這4種影響因素設(shè)計9組試驗，所有測試組分別在25 ℃和60 ℃條件下進行抗剪性能試驗，試驗方案設(shè)計如表3所示。

表2 混合料級配組成%類別通過以下篩孔(mm)的百分比37 526 513 24 752 360 300 075規(guī)范要求100 080 0～100 060 0～80 025 0～60 015 0～45 03 0～20 01 0～7 0本文級配100 096 270 542 628 18 23 54

表3 乳化瀝青冷再生混合料試驗方案設(shè)計編號水泥用量/%乳化瀝青用量/%舊料摻量/%乳化瀝青類型A102 6100aA21 82 6100aA32 82 6100aA41 81 6100aA51 83 6100aA61 82 6100bA71 82 6100cA81 82 685 0aA91 82 695 0a

1.3 試驗方法

基于文獻所述[1]選擇單軸貫入法測試混合料的抗剪性能，這種方法通過力學(xué)分析計算單軸貫入強度參數(shù)。單軸貫入法試驗設(shè)備和試驗方法簡單，易于操作，首先根據(jù)貫入試驗得出試件破壞時的貫入強度(UPS)，然后利用有限元建立單軸貫入模型，進而求出單位貫入強度作用下的強度參數(shù)，試驗中取泊松比為0.35[2]。試驗中的主應(yīng)力通過實際應(yīng)力乘以相應(yīng)的強度參數(shù)計算得出，粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ一般用來表征混合料的抗剪性能，根據(jù)莫爾庫倫理論，這兩種參數(shù)通過無側(cè)限抗壓強度試驗得到，計算方法如式(1)，(2)所示。

(1)

(2)

式中:σu為經(jīng)無側(cè)限抗壓強度試驗得到的壓應(yīng)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果

對設(shè)計的9組乳化瀝青冷再生混合料分別在25 ℃和60 ℃條件下進行無側(cè)限抗壓強度試驗和單軸貫入試驗，試驗得到抗剪參數(shù)如表4所示。

表4 乳化瀝青冷再生混合料抗剪參數(shù)結(jié)果溫度/℃混合料σu/MPaUPS/MPaτmax/MPac/MPaφ/(°)A11 9125 2121 7800 41144 272A22 3586 5642 2620 49244 877A32 4687 1622 4650 50845 612A42 3626 8862 3410 48245 72925A52 2296 1722 1240 46144 803A62 1826 7292 3220 43446 662A72 3126 6392 2860 47845 458A82 4296 6982 3060 50844 722A92 3686 5682 2640 49844 836A10 3660 6260 2180 11526 175A20 6891 7860 6150 15243 516A30 7722 0340 7010 16643 829A40 6861 9270 6620 14645 07860A50 5061 0660 3680 12637 678A60 6361 9280 6640 12846 347A70 7011 8320 6310 15243 666A80 7361 9580 6780 15744 068A90 7221 9320 6660 15644 126

2.2 影響因素分析

2.2.1 水泥用量的影響

水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳化瀝青冷再生混合料抗剪性能的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 水泥用量對混合料性能的影響

由圖1中可以看出，隨著水泥用量的增多，冷再生混合料的剪切強度、粘聚力和內(nèi)摩擦角均增大。在試驗溫度為25 ℃時，水泥用量從0增至1.8%，冷再生混合料的剪切強度提高了26%；水泥用量從1.8%增至2.8%，冷再生混合料的剪切強度提高了9%。在試驗溫度為60℃時，水泥用量從0增至1.8%，冷再生混合料的剪切強度提高了186%；水泥用量從1.8%增至2.8%，冷再生混合料的剪切強度提高了14%。因此，對于同一溫度條件下的混合料，水泥用量從1.0%增至2.8%時，混合料的剪切強度明顯小于水泥用量從0增至1.8%。乳化瀝青冷再生混合料中同時有瀝青和水泥存在，水泥水化后生成的水化產(chǎn)物與瀝青膜之間相互搭接交織，形成復(fù)雜的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，改善了瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高了冷再生混合料的整體性；另一方面，水泥的水化產(chǎn)物填充在瀝青混合料的空隙中，進一步提高冷再生混合料的整體密實性，提高了冷再生混合料的剪切強度和粘聚力以及內(nèi)摩擦角。因此，對于乳化瀝青冷再生混合料，在設(shè)計時加入一定量的水泥有利于提高其抗剪性能。

2.2.2 乳化瀝青用量與類型的影響

乳化瀝青用量對乳化瀝青冷再生混合料抗剪性能的影響如圖2所示。

圖2 瀝青用量對混合料性能的影響

由圖2中瀝青對于剪切強度的影響曲線中，隨著瀝青用量的增加，冷再生混合料的剪切強度逐漸減小，其中在25 ℃時，瀝青用量從1.6%增加到2.6%時，剪切強度下降了5%；從2.6%增加到3.6%時，剪切強度下降了6%；在60℃時，瀝青用量從1.6%增加到2.6%時，剪切強度下降了7%；從2.6%增加到3.6%時，剪切強度下降了40%。因此，高溫條件下，瀝青用量對冷再生混合料的剪切強度影響更大。在粘聚力與瀝青用量關(guān)系曲線中，在25 ℃和60 ℃時，其隨著乳化瀝青用量的增加而出現(xiàn)先增加后減小的趨勢；在內(nèi)摩擦角與瀝青用量關(guān)系曲線中，在25℃和60℃時，其隨著乳化瀝青用量的增加變化不明顯。瀝青在混合料中起到包覆和潤滑的作用，對混合料的粘結(jié)性影響較大。冷再生混合料中存在著老化瀝青，舊料中集料的活性較低，瀝青用量的增加改變了混合料的界面結(jié)構(gòu)，使冷再生混合料的內(nèi)摩擦角發(fā)生一定的變化，但是混合料的內(nèi)摩擦角主要是由混合料的礦料級配和集料的特性決定。

由表4可知，乳化瀝青類型對冷再生混合料抗剪強度影響不大，但對粘聚力和內(nèi)摩擦角有一定影響，分析原因可能是由于乳化瀝青與舊料間的配伍性不一致。

2.2.3 舊料摻量的影響

舊料摻量對乳化瀝青冷再生混合料抗剪性能的影響如圖3所示。

圖3 舊料摻量對混合料性能的影響

由圖3中可以看出，在同一溫度條件下，隨著舊料摻量的增加，冷再生混合料的剪切強度和粘聚力逐漸降低，但是內(nèi)摩擦角變化不明顯。在冷再生混合料設(shè)計時，加入一定量的新集料改善了混合料的密實度，但是對混合料的礦料級配影響不大，因此新舊集料比例的改變，對冷再生混合料的內(nèi)摩擦角影響不大，對混合料的粘聚力有一定的影響。對于冷再生混合料來說，為提高混合料的抗車轍能力，應(yīng)適當(dāng)增加一定量的新集料。

3 結(jié)論

1) 隨著水泥用量的增多，冷再生混合料的剪切強度、粘聚力和內(nèi)摩擦角均增大；對于同一溫度條件下的混合料，水泥用量從1.8%增加到2.8%時，混合料的剪切強度明顯小于水泥用量從0增加到1.8%。因此，對于乳化瀝青冷再生混合料，在設(shè)計時加入一定量的水泥有利于提高其抗剪性能。

2) 瀝青對于剪切強度的影響曲線中，隨著瀝青用量的增加，冷再生混合料的剪切強度逐漸減??；粘聚力與瀝青用量關(guān)系曲線中，在25 ℃和60 ℃時，其隨著乳化瀝青用量的增加而出現(xiàn)先增加后減小的趨勢；在內(nèi)摩擦角與瀝青用量關(guān)系曲線中，在25 ℃和60 ℃時，其隨著乳化瀝青用量的增加變化不明顯。乳化瀝青的類型對其冷再生混合料抗剪參數(shù)影響不大。

3) 在同一溫度條件下，隨著舊料摻量的增加，冷再生混合料的剪切強度和粘聚力逐漸降低，內(nèi)摩擦角變化不明顯。對于冷再生混合料來說，為提高其抗車轍能力，應(yīng)適當(dāng)增加一定量的新集料。

[1] 畢玉峰,孫立軍.瀝青混合料抗剪試驗方法研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,33(8):1036-1040.

[2] 陳光偉,劉黎萍,蘇凱,等.基于瀝青路面抗剪性能的車轍預(yù)估模型標(biāo)定[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2013,48(4):672-677.