乳化沥青冷拌再生混合料力学特性的试验研究

摘要：本文通过室内试验对不同RAP含量下的乳化沥青冷拌再生混合料的的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量等力学性能进行研究，结果表明再生混合料的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量均随RAP用量的增加呈线性减小趋势。再生混合料具有较好的力学特性，当RAP用量为20%～80%时， 20℃与15℃抗压回弹模量基本在规范中对中粒式沥青混凝土设计参数推荐值范围之内；综合乳化沥青冷拌再生混合料力学特性的试验结果及经济性方面的考虑，实际工程中RAP用量宜取60～80%。

关键词：冷再生；乳化沥青；RAP含量；力学特性；抗压回弹模量

中图分类号：U416文献标识码： A

1前言

我集团公司在长安街西延长线等多处路面改造中采用沥青混合料施工，取得了良好的效果。

乳化沥青冷拌再生是将沥青路面回收材料用乳化沥青加以稳定，必要时添加适量碎石、水泥等材料，经拌和成为一种混合料，用以铺筑路面或基层的工艺过程。与热拌再生相比，乳化沥青冷拌再生不仅可以节约能源和资源，100%利用旧沥青混合料，而且可以延长施工季节，改善施工人员的工作条件，减少环境污染。与其他传统的施工方法相比，冷再生一般可以节省总投资40%～50%。因此，乳化沥青冷拌再生技术具有较好的推广应用前景。

本文在乳化沥青冷拌再生混合料配合比设计的基础上，对其力学特性进行了试验研究，探讨了不同旧沥青路面材料（RAP）含量对其强度和模量的影响，为乳化沥青冷拌再生混合料在工程实际中的应用提供了依据和参考。

2 原材料

2.1旧沥青路面材料

旧沥青混合料为原《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032- 94)定义的AC-16型，属普通密级配沥青混合料，沥青含量4. 6%，集料为石灰岩。

2.2新集料

为了调整级配，提高再生沥青混合料的路用性能，试验中添加了部分石灰岩新集料。所添加粗、细新集料取自某采石场，均满足现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40- 2004)的一般要求。

2.3乳化沥青

乳化沥青为慢裂型乳化沥青（BC-1），其性质均满足施工规范要求，蒸发残留物含量为60%。

3试验方案和试验方法

3.1 试验方案

旧沥青路面材料在使用过程中经车辆轮胎挤压，多有破碎，混合料中细料增加，再生利用过程中一般需要添加部分新集料以调整级配，提高其路用性能；但考虑到冷拌再生沥青混合料的经济性，掺配比例又不宜过大。为了确定一个经济合理的RAP用量，本文选用了6种混合料，其中RAP含量分别为100%，80%，60%，40%，20%，0%，以探讨RAP用量对乳化沥青冷拌再生混合料力学特性的影响。六种混合料基本满足规范对AC-13密级配沥青混合料的级配要求。

3.2试验方法

3.2.1试件制备

参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052―2000）中的相关规定，马歇尔稳定度试验和劈裂试验采用击实法，单轴压缩试验采用静压法，在室温( 20士2℃)下制备试件。制备试件时，首先在矿物集料中加入适量的水，拌和均匀，使集料表面完全湿润；再注入适量的乳化沥青，在lmin内拌和均匀，使混合料成褐色；然后将混合料装入试模，在乳化沥青破乳前成型。击实法混合料试件成型时，先两面各击实50次，在105士5℃烘箱中养生24 h，再两面各击实25次，然后脱模置于室内静置24h后进行试验，以模拟乳化沥青冷拌再生混合料的成型过程。

3.2.2力学特性检验方法

乳化沥青冷拌再生混合料的抗压强度和抗压回弹模量采用单轴压缩试验（圆柱体法）在20℃与15℃两个温度下测试，加载速率为2 mm/min；劈裂强度采用劈裂试验在15士0.5℃温度条件下测试，加载速率为50 mm/min。具体操作方法参见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052―2000）。

4混合料设计

4.1 最佳用水量

为使乳化沥青在拌和时能充分均匀地裹覆新料和旧料的表面，新、旧材料必须先用水湿润，否则拌和时集料中的细料将首先吸收乳化沥青中的水分而形成油团，而粗料表面则没有沥青裹覆，造成拌和不匀，甚至无法拌和，影响混合料的最终强度；如果加水量过多，将会使粒料表面的乳液十分稀薄，乳化沥青流失，影响混合料质量，同时还会导致动水压力增加，混合料难以压实，从而同样会影响混合料的最终强度。因此，乳化沥青冷拌再生混合料的压实与土及无机结合料稳定材料压实相似，存在一个最佳含水量和最大干密度。

对于所用6种混合料的最佳含水量试验，采用同一沥青用量3.5%，分别以含水量为变量测定相应的干密度，通过回归分析确定最佳含水量及最大干密度。试验结果表明：混合料的最佳含水量随RAP含量的增加而近似线性增大，约为5.5%~9.5%；相应最大干密度随RAP含量的增加近似线性减小，在2.10~2.45g/cm3之间。

4.2 最佳沥青用量

本文确定乳化沥青最佳用量采用马歇尔稳定度试验方法。试件在25℃水中浸泡30min进行试验，试验前测定试件密度。分别以乳化沥青用量为横坐标，稳定度和密度为纵坐标，绘出乳化沥青冷拌再生混合料稳定度和密度与乳化沥青用量的关系曲线图，回归分析确定最大稳定度和最大密度所对应的乳化沥青用量q1和q2，以两者的平均值作为该乳化沥青冷拌再生混合料的最佳沥青用量。试验结果表明：6种混合料的最佳沥青用量随RAP含量的增加近似线性增加，约在3.6%~5.3%之间。对于后续试验在成型试验试件时6种混合料的沥青用量分别采用3.8%、4.0%、4.2%、4.4%、4.6%、4.8%和5.0%。

5试验结果及分析

乳化沥青冷拌再生混合料的劈裂强度和抗压回弹模量的试验结果如表1-2所示，抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量随RAP用量的变化曲线如图1-3所示。

表1乳化沥青冷拌再生混合料15℃劈裂强度试验结果

图1抗压强度与RAP用量的关系曲线

图2劈裂强度与RAP用量的关系曲线

图3抗压回弹模量与RAP用量的关系曲线

表2乳化沥青冷拌再生混合料抗压回弹模量试验结果

由表1～2及图1～3分析可知：

（1）乳化沥青冷拌再生混合料的抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量与RAP用量有着良好的线性关系，均随RAP用量的增加呈线性减小趋势；其中RAP用量对20℃抗压强度和抗压回弹模量的影响比15℃时敏感。

（2）乳化沥青冷拌再生混合料具有较好的力学特性，当RAP用量为20%～80%时，具有95%保证率的20℃与15℃抗压回弹模量范围分别为1089～1698MPa和1209～2492MPa，基本在规范中对中粒式沥青混凝土设计参数推荐值1000～1400MPa和1600～2000MPa的范围之内；而15℃劈裂强度略小，为0.58～0.74 MPa，小于规范对中粒式沥青混凝土设计参数推荐值0.8～1.2MPa的要求，这主要是因为乳化沥青稳定再生混合料不同于热拌沥青混合料，其强度形成需要较长的时间过程。

（3）综合乳化沥青冷拌再生混合料力学特性的试验结果及经济性方面的考虑，实际工程中RAP用量宜取60～80%。

6结语

（1）乳化沥青冷拌再生混合料具有较好的力学特性，可用于用道路的路面基层或面层。

（2）乳化沥青冷拌再生混合料的力学特性与RAP用量有着良好的线性关系，随RAP用量的增加呈线性减小趋势；其中RAP用量对20℃抗压强度和抗压回弹模量的影响比15℃时敏感。

（3）综合乳化沥青冷拌再生混合料力学特性的试验结果及经济性方面的考虑，实际工程中RAP用量宜取60～80%。