改性乳化沥青冷拌冷铺沥青混合料的试验研究

摘要：针对传统热拌沥青混合料的缺点，借鉴乳化沥青冷再生混合料的成型方法，以改性乳化沥青作为胶结料设计了冷拌冷铺沥青混合料，并进行了不同养生龄期冷拌冷铺沥青混合料的干湿劈裂强度及路用性能测试。结果表明，冷拌冷铺沥青混合料的干湿劈裂强度和干湿劈裂强度比、车辙试验动稳定度、弯曲试验破坏应变和冻融劈裂强度比均随养生龄期的增加而增加，且均满足现行施工规范中对改性热拌沥青混合料的技术要求，表明其具有应用潜力。

关键词：冷拌冷铺沥青混合料；改性乳化沥青；干湿劈裂强度；路用性能中图分类号：TQ522.65文献标识码：A

沥青路面因其具有行车舒适、适于连续铺筑、养护维修方便等特点，是我国也是世界各国高等级公路的主要路面结构型式。传统上，沥青路面面层多采用热拌沥青混合料，以形成稳定、均匀的沥青层，从而确保路面结构的稳定性和耐久性。然而热拌沥青混合料也有其自身的缺陷[1]，如为确保热拌沥青混合料的流动性，沥青混合料生产往往需要在较高的温度下进行，消耗大量能源的同时，也会因其沥青材料的老化；运距较远时，若热拌沥青混合料降温降幅过大或发生温度离析时，容易造成施工压实度不足，导致路面结构在使用过程中产生水损坏，从而严重影响路面的使用寿命[2]；热拌沥青混合料施工过程中排放的大量烟气也对施工人员的身心健康造成影响；此外，寒冷地区气温较低时，以热拌沥青混合料进行沥青路面施工难以确保铺装层质量，也会对降低路面的使用寿命。近年来，随着热拌沥青混合料温拌技术的发展，在延长沥青混合料施工季节、降低烟气排放等方面均产生了促进作用，但温拌技术添加的温拌剂无疑又增加了沥青混合料的施工成本[3]。

基于上述原因，道路工作者开展了冷拌冷铺沥青混合料的研究工作。实际上，国外早在上世纪二、三十年代就开始了关于冷拌冷铺沥青混合料的研究工作。与国外相比，我国对冷拌冷铺沥青混合料的研究相对较晚，且以往的研究成果主要用于沥青路面表面处治或坑槽修补等工作中，主要原因在于冷拌冷铺沥青混合料的技术性能在很大程度上受到沥青胶结料（液体石油沥青或乳化沥青）技术性能的制约。近年来国内乳化沥青（特别是乳化改性沥青）生产技术取得了长足的进步[4, 5]，使得采用冷拌冷铺沥青混合料铺筑沥青面层成为可能。

本文采用国内某品牌改性乳化沥青，借鉴乳化沥青冷再生混合料的成型方法，设计了冷拌冷铺沥青混合料并确定了最佳沥青用量。在此基础上，测定了不同养生时间冷拌冷铺沥青混合料的劈裂强度和浸水劈裂强度，并分别以热拌沥青混合料的车辙试验、弯曲试验、冻融劈裂试验评价了冷拌冷铺沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性等路用性能。试验结果表明，冷拌冷铺沥青混合料的干湿劈裂强度、干湿劈裂强度比、动稳定度、破坏应变和冻融劈裂比均随养生龄期的增加而增加，且路用性能评价指标满足现行施工规范中对改性热拌沥青混合料的技术要求，表明了冷拌冷铺沥青混合料的应用潜力。

1. 冷拌冷铺沥青混合料设计

1.1 原材料

本研究中，冷拌冷铺沥青混合料所用粗细集料分别采用10-15mm、5-10mm和0-3mm玄武岩石料，填料分别采用石灰岩磨细矿粉和硅酸盐水泥，其技术性能均满足现行施工规范对原材料的技术要求。沥青胶结料采用国内某阳离子SBS改性乳化沥青，其技术性能如表1所示：

表1 SBS改性乳化沥青的技术性能

试验项目 试验结果 试验方法

破乳速度 慢裂 T0658

筛上残留物（1.18mm筛），% 0.05 T0652

黏度 恩格拉黏度E25 20 T0622

赛波特黏度（25℃），s 75 T0623

蒸发残留物 残留分含量 72 T0651

针入度（25℃），0.1mm 76 T0604

延度（5℃），cm 38 T0605

软化点，℃ 63 T0606

溶解度，% 98.5 T0607

动力粘度（60℃），Pa.s 1200 T0620

弹性恢复（25℃），% 78 T0662

与粗集料的矿料粘附性，裹附面积 >2/3 T0654

常温储存稳定性（5天），% 4.6 T0655

由表1可见，所用SBS改性乳化沥青的残留分含量达到了72%，高于传统的乳化沥青（通常要求为>62%），且蒸发残留物具有良好的技术性能，基本达到了I-D级SBS改性沥青的技术标准。

1.2 配合比设计

根据《公路工程沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2000）推荐的热拌沥青混合料级配范围[6]，设计了AC-13型冷拌冷铺沥青混合料，其中水泥掺量取为矿料总质量的2%，其余填料采用矿粉。设计级配曲线如图1所示：

图1 设计级配曲线

依据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41）中乳化沥青冷再生混合料配合比设计方法[7]，通过击实试验确定最佳含水率为10%。进而变换不同的乳化沥青用量，采用马歇尔方法进行试件成型，双面击实50次后，在60℃烘箱中养生48hr，再双面击实25次，室温冷却至恒重后，通过测定其体积指标确定最佳乳化沥青用量为5.2%，空隙率为5.5%，矿料间隙率为17.2%，沥青饱和度为68.0%。

2. 冷拌冷铺沥青混合料劈裂强度试验

对设计的冷拌冷铺沥青混合料，分别测定了不同养生龄期（以二次击实成型后的室温空气养生时间为准）的劈裂强度和浸水劈裂强度，测试结果如表2所示：

表2 冷拌冷铺沥青混合料的劈裂强度与浸水劈裂强度

养生龄期 劈裂强度，MPa 浸水劈裂强度，MPa 干湿劈裂强度比，%

1d 0.52 0.41 77.6

2d 0.62 0.49 77.8

3d 0.73 0.58 79.7

4d 0.81 0.65 80.5

5d 0.92 0.77 83.9

6d 1.05 0.91 86.8

7d 1.17 1.01 86.6

由表2可以看出，冷拌冷铺沥青混合料的干湿劈裂强度均随着养生龄期的增加而增加，其中7d劈裂强度与热拌沥青混合料相当，干湿劈裂强度比均在75%以上，且也随着养生龄期的增加而增加。

3. 冷拌冷铺沥青混合料路用性能试验

根据《公路工程沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2000）对热拌沥青混合料路用性能的要求，分别以车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验评价了冷拌冷铺沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，养生龄期分别取为3d、5d和7d，其中车辙试验在60℃下进行、轮压0.7MPa，低温弯曲试验在-10℃下进行、加载速率为50mm/min，测试结果如表3所示：

表3 冷拌冷铺沥青混合料的路用性能测试结果

试验项目 养生龄期 测试结果

车辙试验动稳定度，次/mm 3d 3468

5d 3892

7d 4136

弯曲试验破坏应变，με 3d 2526

5d 2768

7d 2785

冻融劈裂试验冻融劈裂比，% 3d 78

5d 83

7d 86

由表3可以看出，冷拌冷铺沥青混合料的动稳定度、破坏应变和冻融劈裂比均随养生龄期的增加而增加，分析原因认为混合料中添加了水泥作为填料，随着养生龄期的增加，水泥在混合料中发生的水化反应更加充分，提高了混合料的强度与稳定性。一般而言，随着水泥水化反应的发生，混合料的刚度将提高，从而低温弯曲试验破坏应变会有所降低，但这种影响与水泥剂量有关，当水泥剂量较少时对混合料的低温性能将不会产生过大影响，而且，由于水泥的水化过程消耗了混合料中的自由水，也会对混合料的低温性能有所改善，表3的试验结果也体现了这一点。此外，表3中冷拌冷铺沥青混合料的路用性能测试结果满足现行规范中对热拌改性沥青混合料的技术要求，表明了冷拌冷铺沥青混合料的应用潜力。

4. 结论

本文开展了冷拌冷铺沥青混合料的设计与性能试验研究。劈裂试验结果表明，冷拌冷铺沥青混合料的干湿劈裂强度和劈裂强度比均随着养生龄期的增加而增加，7d劈裂强度与热拌沥青混合料相当。路用性能测试结果表明，冷拌冷铺沥青混合料的动稳定度、破坏应变和冻融劈裂比均随养生龄期的增加而增加，且满足现行规范中对改性热拌沥青混合料的技术要求，表明了冷拌冷铺沥青混合料的应用潜力。

参考文献：

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中华人民共和国交通运输部. 公路工程沥青路面施工技术规范[S]. 北京: 中华人民共和国交通运输部, 2004.

中华人民共和国交通运输部. 公路沥青路面再生技术规范[S]. 北京: 中华人民共和国交通运输部, 2008.