泡沫沥青冷再生混合料配合比设计

摘要：本文依托重庆市科委项目“泡沫沥青混合料的设计方法和性能研究”，对重庆至涪陵的高速公路旧沥青路面破损状况进行了调查，按相关要求取回有代表性的旧沥青混合料，检测所用原材料符合要求后,采用改进的简易沥青发泡装置及拌和设备发泡沥青与拌制混合料，成型马歇尔试件，根据各沥青用量下的试验结果，选取湿试件的劈裂强度最大时所对应的沥青用量作为最佳的泡沫沥青用量。按最佳沥青用量成型试件，检测混合料的各项指标，对设计配合比进行了验证，达到了预期的目标。

关键词：泡沫沥青冷再生混合料；配合比设计

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：

引言：

泡沫沥青再生作为一种新兴的“绿色”技术，应用于道路维修改造，具有其他筑路技术不可替代的优点，应用前景广大，目前我国还没有系统的泡沫沥青再生的标准规范。本文对泡沫沥青冷再生混合料配合比设计进行了详细研究。

1.矿质混合料的组成设计

1.1 本研究项目的级配

铣刨料是指专用的筑路机械（铣刨机等）将沥青路面铣刨得到的回收旧料。

1.1.1 铣刨料级配和真实级配

铣刨料和新集料性能有着较大的差别，认为铣刨材料的级配应划分为2类：铣刨料级配和真实级配。铣刨料级配是将铣刨机生产的铣刨料进行风干、筛分所得到的级配；真实级配是指铣刨料进行抽提，洗去粘结块料中的沥青而使各类粘结颗粒中粗料细料分散开来，再进行烘干筛分得到的级配。本项目采用铣刨料级配进行控制。

1.1.2 级配范围

由于铣刨料中细集料偏少，需要向铣刨料中添加一定量的细集料。将铣刨料：石屑：矿粉=70：20：10 的比例进行掺配，合成级配A如表1。为了研究混合料在不同条件下的特性，在矿料中分别加入0%、1%、1.5%的水泥，对水泥用量的变化只需调整矿粉用量即可。

表1级配A掺配表

表2级配B与级配C掺配表

为了研究不同级配的泡沫沥青混合料的特性，另外配制了合成级配B与级配C的矿质混合料。级配B与级配C的合成级配如表2。

2.矿质混合料的最佳含水量与最大干密度

在加入泡沫沥青前，对铣刨料和新掺合料合成的级配混合料进行击实试验，得到最大干密度及最佳含水量，用以控制施工中的压实度和掺水量。三种不同级配的混合料击实试验结果如表3。

表3 击实试验结果与拌和用水量表

3.混合料的拌和与试件成型

3.1 拌和用水

根据公式（1）考虑水分的散失量，然后根据公式（2）的结果向集料中加入水。集料在试验前都在60℃下烘干并用塑料袋密封冷却至室温。然后根据以下经验公式[1]确定拌和用水量。

Wadd=Womc-Wmoist-Wreduce式（1）

Mwater=Wadd/100×(Msample+Mcement)式（2）

式中：Wadd——需要加入集料中的含水量，%；

Womc——最佳含水量，%；

Wmoist——集料中的含水量，%；

Wreduce——水分的减少量，其值取0.3×Womc-0.6,%；

Mwater——需加入水的质量，g；

Msample——集料的干质量，g；

Mcement——需加入水泥的质量，g。

3.2 试件成型与养护

将配好的集料倒入搅拌锅，并在搅拌状态下加入适量的水。加入泡沫沥青后，以搅拌机中档速度搅拌60S即可倒出。将拌好的混合料制成标准的马歇尔试件，试件击实后在室温下养生24h后脱模，再置于40℃的通风烘箱中养生72h,养生结束即可进行相关的性能测试。

4.最佳泡沫沥青用量的确定

泡沫沥青冷再生混合料的配合比设计主要控制指标是湿试件劈裂强度，为了满足水稳性的要求，采用湿试件间接抗拉强度（ITS）作为泡沫沥青冷再生混合料的设计控制指标。根据试验结果绘制湿ITS—沥青用量关系曲线(见图1～图2)。

图1 级配A湿ITS随沥青用量变化关系（25℃）

图2级配B和级配C湿ITS随沥青用量变化关系（25℃）

选取湿试件的劈裂强度最大时所对应的沥青用量作为最佳的泡沫沥青用量。通常规定湿法养护的试件劈裂强度≥0.26MPa,干法养护的试件劈裂强度≥0.35MPa，残留强度比≥75%[2]。

从图中可以看出：级配A的最佳沥青用量为2.5%，水泥用量为1.5%时的混合料湿劈裂强度最高。级配B的最佳沥青用量为3.0%，级配C的最佳沥青用量为2.5%。

5.验证设计配合比

进一步对泡沫沥青用量为2.5%、水泥用量1.5%的级配A，泡沫沥青用量为3.0%、水泥用量0%的级配B，泡沫沥青用量为2.5%、水泥用量0%的级配C冷再生混合料进行马歇尔稳定度试验、车辙试验、冻融劈裂试验和无侧限抗压强度试验。

通过试验，添加了1.5%水泥的级配A残留稳定度达到89.2%，级配B的残留稳定度达到83.8%，满足设计规范要求。而级配C的混合料残留稳定度65.0%，不符合设计规范要求。级配A和级配B动稳定度＞800次/mm，满足规范要求。而级配C高温稳定性不满足规范要求。级配A和级配B水稳定性满足规范要求。而级配C水稳定性不满足规范要求。

级配A的7天无侧限抗压强度3.2 MPa，级配B 4.0 MPa，级配C 2.4 MPa。Bowering 和Martin于1976年提出泡沫沥青混合料的无侧限抗压强度值（UCS）通常在1.8～5.4MPa之间[3]，与本试验结果基本吻合。

6.总结

通过对矿质混合料的组成设计和重型击实试验，得出最大干密度和最佳含水量，按计算的拌和用水量将混合料拌和、成型、养护后，测定其湿试件的劈裂强度，选取湿试件的劈裂强度最大时所对应的沥青用量作为最佳的泡沫沥青用量。在最佳沥青用量下成型试件，检测混合料的各项性能指标，将试验结果与现行规范进行比较，进行合理设计的泡沫沥青冷再生混合料，既可用作高等级公路或城市道路的基层或下面层，又可直接作为低等级路面的面层。

参考文献：

[1] 李秀君，拾方治，董兆辉.泡沫沥青就地冷再生混合料设计方法与工程应用.公路.2005年第2期.150-155.

[2] 杨智敏，沈仕权，张卿.泡沫沥青冷再生混合料配合比设计与应用.浙江交通科技.2007年第1期.17-20.

[3] Bowering,R.H.＆ Martin,C.L. Foamed bitumen production and application of mixture s,evaluation and performance of pavements. In:Proceedings of the Association of Asphalt Paving Technologists. Chicago:AAPT,1976(45),453-477.