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摘 要：

為對(duì)泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層配比及性能進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)例通過試驗(yàn)分析摻加新料、純銑刨料兩種泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層配比設(shè)計(jì)及性能，比較不同養(yǎng)護(hù)方式、泡沫瀝青摻加比例、水泥用量等因素對(duì)瀝青混合料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)摻加新料可以提高銑刨料級(jí)配，改善瀝青混合料的綜合力學(xué)特性，特別是水穩(wěn)定性，通過冷凍-融化試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)摻加新料后的瀝青混合料強(qiáng)度提高了9.3%；在不同的養(yǎng)護(hù)方法下，瀝青混合料的含水量不同；增加水泥用量可以提高瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度，水泥用量1.5%時(shí)，劈裂強(qiáng)度最大可達(dá)92.6%；泡沫瀝青摻加比例接近2.5%時(shí)，瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度均達(dá)最大值，分別為1.77 MPa、0.7 MPa。

關(guān)鍵詞: 水穩(wěn)基層；泡沫瀝青；配合比；抗壓強(qiáng)度

0 引言

我國高速公路基層以水穩(wěn)定基層為主，其基層厚度和體量比面層更大，而對(duì)于水穩(wěn)型基層進(jìn)行回收利用是處理廢棄物料的有效方式，可降低公路施工費(fèi)用瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。水穩(wěn)碎石基層泡沫瀝青現(xiàn)場冷再生技術(shù)的基本原理是將已有的再生瀝青混合料作為基礎(chǔ)，將水、集料、泡沫瀝青等以合理配比摻入基層再生料 （RAI） 中進(jìn)行回收利用，并通過銑刨、拌和、鋪筑等工序得到新的基層結(jié)構(gòu)。本文通過試驗(yàn)對(duì)摻加新料、純銑刨料兩種泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層配比設(shè)計(jì)的性能進(jìn)行分析。

1 原材料

1.1 瀝青

試驗(yàn)選用 70#瀝青，通過發(fā)泡工藝得到泡沫瀝青，其主要性能指標(biāo)均滿足試驗(yàn)要求。開展室內(nèi)發(fā)泡試驗(yàn)，分析多種工況下的泡沫瀝青半衰期、膨脹率，具體如表1所示。

根據(jù)表1可知，泡沫瀝青的膨脹率隨發(fā)泡劑用量和溫度的增加而增大，半衰期減小，最理想的發(fā)泡溫度為156 ℃，發(fā)泡用水量1.9%。

1.2 銑刨料RAI

RAI 通過某條高速公路的水泥穩(wěn)定基層銑刨獲得，級(jí)配根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范計(jì)算確定，根據(jù)RAI篩選數(shù)據(jù)可知，銑刨料的平均粒度較大，細(xì)粒度銑刨料占比低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，而粗粒度銑刨料占比則接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值。因此，本文建議采用摻加適量粗、細(xì)骨料的方式改善銑刨料級(jí)配，以改善其綜合性能。對(duì)RAI的各項(xiàng)性能指數(shù)根據(jù)再生技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，具體結(jié)果如表2所示。

1.3 水泥

在再生瀝青混合料中加入適當(dāng)?shù)乃?，可以提高其水穩(wěn)定性和早期強(qiáng)度。試驗(yàn)選擇了初凝時(shí)間 288 min和終凝時(shí)間457 min的普通硅酸鹽水泥。

1.4 新?lián)郊?/p>

摻配適當(dāng)用量的粗集料 （粒徑 10～20 mm）、細(xì)集料 （粒徑 0～5 mm），以優(yōu)化級(jí)配，新集料篩分試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，新集料各項(xiàng)性能參數(shù)均滿足相關(guān)要求。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

基于RAI篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：19 mm篩孔通過比例為 91.6%，而 0.075 mm 篩孔通過比例僅為 2.5%，對(duì)于粗集料用量偏少的基層來說，其骨架未成型，細(xì)集料也無法充分填充。為了研究不同級(jí)配對(duì)再生瀝青混合料理化性質(zhì)的影響，本文選取 2 個(gè)級(jí)配，即摻加新料、純銑刨料。

純銑刨料級(jí)配下，不添加新料，其水泥摻加比例1.8%， RAI：水泥=98.2%：1.8%；摻加新料級(jí)配下，需添加適量新料，為提高 RAI 可再利用性，銑刨料摻加比例為 70%，水泥摻加比例為 1.8%；摻加新料級(jí)配為 RAI∶10～20 mm 集料∶0～5 mm 集料∶水泥=70%∶10%∶18.2%∶1.8%。

2.2 最佳含水率

水泥摻量擬采用1.7%，對(duì)2組級(jí)配分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。然后通過級(jí)配設(shè)計(jì)，最終確定水泥摻加量為1.8%。對(duì)2個(gè)級(jí)配進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加新料級(jí)配比純銑刨料級(jí)配的最佳含水率更高，主要原因是摻加新料級(jí)配下需要摻加新集料，尤其是細(xì)集料。

在相關(guān)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，以擊實(shí)實(shí)驗(yàn)中的最佳含水率60%～80%來確定其最優(yōu)拌和用水量。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算可知，兩種級(jí)配對(duì)應(yīng)的最優(yōu)拌和用水量分別為4.9%、4.5%。

2.3 最佳瀝青用量

選用泡沫瀝青的比例分別為 2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，3.5%，將試件置于 60 ℃溫度環(huán)境下保持 40 h，其干濕劈裂實(shí)驗(yàn)參考 《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019） 進(jìn)行。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：①兩組級(jí)配對(duì)應(yīng)的再生瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度隨發(fā)泡瀝青摻入量的增加而呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(shì)，當(dāng)發(fā)泡瀝青摻加量為 2.5%～3.0% 時(shí)，混合料抗劈裂強(qiáng)度最高；②發(fā)泡瀝青添加量從 2.5% 增加到 3.0%時(shí)，純銑刨料的劈裂強(qiáng)度比均有輕微降低；③兩種級(jí)配的發(fā)泡瀝青用量以 2.5%～3.0% 為宜，摻加新料級(jí)配需要加入細(xì)集料，瀝青用量增加；④擬合兩種級(jí)配下的瀝青混合料劈裂強(qiáng)度，其中純銑刨料級(jí)配和摻加新料級(jí)配的水泥用量最佳值為2.7%、2.9%。

2.4 凍融劈裂性能

采用兩種級(jí)配對(duì)再生混合料試塊進(jìn)行二次凍融劈裂實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其力學(xué)特性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1） 兩種級(jí)配再生混合料粉的凍融劈裂強(qiáng)度比及劈裂強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；純銑刨料級(jí)配的再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比僅為75.5%；摻加新料級(jí)配的再生混合料力學(xué)特性更好，級(jí)配更合理，特別是細(xì)集料的充填使混合料更加致密，其抗凍融劈裂強(qiáng)度比為84.8%，相比純銑刨料級(jí)配提高 9.3%，再生瀝青混合料的水穩(wěn)性更好。

2） 為了改善泡沫瀝青再生混合料的整體性能，需摻加適量新集料，特別是在對(duì)混合料水穩(wěn)定性要求較高的情況下。

 3  泡沫瀝青就地冷再生施工技術(shù)要點(diǎn)

1） 施工前的準(zhǔn)備工作：①瀝青運(yùn)輸車輛到達(dá)現(xiàn)場后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行溫度測(cè)量，并與發(fā)泡溫度進(jìn)行比較分析，如偏低則不能正常使用，如高于20 ℃ （偏高） 需靜置，待其溫度下降到合理區(qū)間再投入使用；②在施工正式開始前，進(jìn)行發(fā)泡測(cè)試，檢查發(fā)泡的有效性；③基于實(shí)際情況合理調(diào)整發(fā)泡用水量、再生瀝青用量。

2） 再生施工：①最佳的再生運(yùn)轉(zhuǎn)速率為 6 m/min；②施工前期應(yīng)強(qiáng)化再生混合料的觀測(cè)，確定有無濕度異常，如有，可視具體條件靈活調(diào)節(jié)再生用水量。

3） 初壓：進(jìn)行再生施工后，適時(shí)用壓路機(jī)對(duì)再生混合料進(jìn)行壓實(shí)。

4） 整平：①靜壓結(jié)束后，進(jìn)行整平，使用一臺(tái)平地機(jī)去除再生施工過程中形成的車輪痕跡，確保再生混合料均勻分配；②平地機(jī)切削深度應(yīng)適當(dāng)變化，建議采用從深到淺的切削方式，每次整平次數(shù)應(yīng)控制在2～3遍，直到平整度符合施工設(shè)計(jì)要求。

5） 復(fù)壓和終壓：①平整后，用噴頭噴水，保持再生混合料的表層濕潤，然后用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行 2～3 遍復(fù)壓；②復(fù)壓后繼續(xù)噴水，確保再生混合料表面濕潤，用壓路機(jī)進(jìn)行 2～3 遍終壓，使混合料的壓實(shí)度、平整度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，最終完成再生施工。

 4 性能影響因素分析

4.1 養(yǎng)生條件的影響

水穩(wěn)基層的養(yǎng)護(hù)方法主要有兩種：一是在溫度60 ℃條件下養(yǎng)護(hù) 40 h；二是將試件包裹，在 40 ℃下養(yǎng)護(hù) 48 h。試驗(yàn)采用 2 種養(yǎng)護(hù)方法分別對(duì)試件進(jìn)行 1、3、5、7 d養(yǎng)生后測(cè)定再生混合料的含水率、強(qiáng)度。

由檢測(cè)結(jié)果得出：

①在兩種養(yǎng)護(hù)方法中，試件的強(qiáng)度、含水率均隨養(yǎng)護(hù)期的增加而增加；

②采用第一種養(yǎng)護(hù)方式時(shí)，在養(yǎng)護(hù) 3 d 后的試件強(qiáng)度達(dá)到較高水平，養(yǎng)護(hù) 7 d 后約為 96%，而含水率為 0.29%，在該狀態(tài)下，試件水分的消耗量和強(qiáng)度增加幅度較大，養(yǎng)護(hù)3d 即可達(dá)到；采用第二種養(yǎng)護(hù)方法時(shí)，試件水分流失、強(qiáng)度增加速度緩慢，養(yǎng)護(hù) 7 d期間，保持穩(wěn)定增長；

③含水率對(duì)再生混合料的強(qiáng)度影響很大。在第一種養(yǎng)護(hù)方法下，試件水分蒸騰損耗加快，并對(duì)水泥水化產(chǎn)生一定的抑制作用；在第二種養(yǎng)護(hù)方法下，試件水分流失緩慢，含水率高，強(qiáng)度增加平緩，成型更加充分。

4.2 水泥摻量的影響

水泥摻加比例對(duì)再生混合料的影響：①部分水泥利用填充劑與瀝青結(jié)合；②部分水泥在拌和過程中與水進(jìn)行水化反應(yīng)。采用純銑刨料級(jí)配成型的混合料為試件，以 0，1.0%，1.5%，2.0%，3.0% 水泥摻量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析混合料力學(xué)特性。

由分析結(jié)果可知：

①混合料抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度與水泥用量成正比，干/濕劈裂強(qiáng)度比值隨水泥用量的增加而先升后降；

②當(dāng)水泥用量從 0 增加到 1% 時(shí)，混合料的干劈裂強(qiáng)度增加41.5%，抗壓強(qiáng)度、干/濕劈裂強(qiáng)度比分別增加 17%，100%；

③增加水泥用量對(duì)增強(qiáng)混合料的強(qiáng)度有促進(jìn)作用，但用量高于 1.5%，會(huì)使混合料的干/濕劈裂強(qiáng)度比降低，水泥用量1.5%時(shí)，干/濕劈裂強(qiáng)度比達(dá)到最大值92.6%。

4.3 瀝青用量的影響

采用 1.5%、2.5%、3.5% 的泡沫瀝青摻配量進(jìn)行試驗(yàn)，研究泡沫瀝青的摻入量對(duì)瀝青混合料力學(xué)特性的影響。試件采用純銑刨料按級(jí)配制成的混合料，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后的強(qiáng)度試驗(yàn)得到了試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析：

①隨著泡沫瀝青摻加比例的提高，混合料的劈裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均先升后降；

②在泡沫瀝青摻加比例從1.5%增加至2.5%時(shí)，混合料的劈裂強(qiáng)度、干/濕劈裂強(qiáng)度比、抗壓強(qiáng)度都有所增加；

③泡沫瀝青摻加比例為 2.5% 時(shí)，劈裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度最高，干劈裂強(qiáng)度為 0.7 MPa、濕劈裂強(qiáng)度 0.64 MPa，干/濕劈裂強(qiáng)度比為91.6%，抗壓強(qiáng)度為1.77 MPa；使用劑量持續(xù)增加，但強(qiáng)度降低；因此，選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡瀝青摻入量，使其強(qiáng)度和性質(zhì)得到改善，但摻入量太大則會(huì)降低其強(qiáng)度和性質(zhì)。

5 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)兩種級(jí)配設(shè)計(jì)的泡沫瀝青就地冷再生水穩(wěn)基層再生混合料性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出了以下結(jié)論：

1） 在本文所述兩種級(jí)配條件下，混合料的最佳用水量為 4.4%、4.8%，最佳瀝青用量為 2.7%、2.9%；在再生瀝青混合料中，適當(dāng)加入少量粗骨料和細(xì)骨料，能提高其承載能力、密實(shí)度、水穩(wěn)性。

2） 在 40 ℃溫度條件下，采用將試件包裹后養(yǎng)護(hù)48 h的養(yǎng)護(hù)方式能充分提高混合料的強(qiáng)度，但提高的速度較慢；而在60 ℃的高溫下進(jìn)行40 h養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)3 d即可達(dá)到較高強(qiáng)度，可縮短養(yǎng)護(hù)周期，從而提高施工效率。

3） 加大水泥摻加比例能明顯改善再生混合料的劈裂性能和抗壓性能，但摻加比例超出 1.5%后，干/濕劈裂強(qiáng)度比明顯下降，摻加比例越大，混合料的剛度越大，開裂風(fēng)險(xiǎn)也越大。在實(shí)際施工中，應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的1.8%上限進(jìn)行配比。

4） 摻加適量泡沫瀝青可提高混合料的強(qiáng)度，用量不足時(shí)，其結(jié)合強(qiáng)度會(huì)降低，而用量過多則會(huì)降低混合料的強(qiáng)度和性能。

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