冷拌冷铺沥青路面材料性能研究

冷拌冷铺沥青路面材料性能研究

王伟明 吴旷怀

广东建设职业技术学院 广州大学土木工程学院

摘 要：针对目前冷拌料早期强度低、黏结性差、耐久性不足等问题，基于先改性后乳化的方法，采用自制降黏剂降低乳化难度，自制沥青含量高(70%)、性能优良的SBS改性乳化沥青，以CAVF法设计混合料级配，依据裹附试验和修正马歇尔试验确定混合料最佳液体用量和最佳乳液用量，同时添加少剂量的水泥，从而制备一种性能优良的冷拌冷铺沥青路面材料。马歇尔、劈裂、车辙、低温弯曲、冻融劈裂等系列路用性能试验结果表明：其强度形成较快、强度较高，高低温性能良好，抗水损害能力强，但水泥的掺入会降低低温性能，掺量应控制在3%内，最佳掺量为1%。

关键词：沥青路面;冷拌冷铺;路用性能;SBS复合改性乳化沥青;

基金：广东省普通高校青年创新人才项目（自然科学），项目编号2018GkQNCX127;

无论是热拌还是温拌沥青混合料，在施工中都将消耗大量的燃料，排放的烟尘、废气及热量都严重影响环境。而冷拌冷铺沥青路面材料可在常温下施工，具有节能减排、环保低碳的特点。但在工程实践中常常将其用作微表处和稀浆封层，很少用于面层结构。究其原因是，早期的乳化沥青性能较差、黏结强度低导致混合料强度低、综合路用性能差。因此，如何提高乳化沥青混合料的高低温稳定性、抗水损害和抗变形能力，成为冷拌路面材料发展的方向，其中水泥乳化沥青和水性环氧乳化沥青混合料的研究成为热点[1,2,3,4]。乳化沥青混合料强度的形成实际是乳液破乳、水分蒸发的过程，而水泥的主要作用是促进乳液尽快破乳，通过水泥水化反应提高混合料早期强度并填充水分蒸发后形成的空隙，因此沥青的黏结力作用依然是混合料强度的主要组成部分。

1 自制SBS复合改性乳化沥青

SBS复合改性乳化沥青的制备主要分为两个阶段：SBS改性阶段；乳化阶段。

(1)SBS改性阶段：

在基质沥青中依次加入LG051型SBS改性剂、自制有机降黏剂、HMD-2型改性沥青稳定剂，经专门搅拌设备机械搅拌、剪切、发育等过程后完成SBS复合改性沥青的制作。

(2)乳化阶段：

在水中添加某公司的PC系列乳化剂和PVA(稳定剂)、CaCl2(稳定剂)、HCl(调节pH值)制备皂液，皂液和SBS复合改性沥青经专门的乳化沥青机胶体磨分散乳化、加压冷却后形成SBS复合改性乳化沥青。

自制SBS复合改性乳化沥青基本性能见表1。表1中的常规SBS改性乳化沥青为在市面上购买的广东某公司生产的用于微表处的SBS改性乳化沥青。由表1的数据可知，SBS复合改性乳化沥青总体性能较常规的SBS改性乳化沥青优良，且符合现行路面施工技术规范要求。

表1 乳化沥青基本性能

2 材料设计

表2 混合料级配

以裹附试验确定混合料最佳液体用量(OTLC)。OTLC是乳化沥青含水量、集料含水量以及混合料外加用水之和，以完全裹附集料、无多余浆液流淌作为标准。如达不到该标准，即以0.2%～0.4%为变量酌情增减水量。以表2中的级配数据拌和，经试拌后，混合料的OTLC值为4.3%。外加用水量依据该值进行调整，如表3所示。

表3 修正马歇尔试验的OTLC值

以上述级配设计、OTLC值及成型方法通过马歇尔试验法确定最佳乳液用量为8.4%。

3 路用性能

3.1强度

依据上述级配、OTLC值及最佳乳液用量确定方法，成型水泥掺量为0～4%的相关试件，按现行规范[8]进行马歇尔试验和劈裂试验。其中：L1组表征前期强度，马歇尔试验温度为25℃;L2组表征后期强度，马歇尔试验温度为60℃。劈裂试验温度统一为15℃。试验结果见表4。

表4 马歇尔和劈裂试验强度

由表4可知，两组试件随着水泥用量的增加，马歇尔稳定度和劈裂强度都随之增加。水泥的掺入，无论是前期还是后期，水化产物的形成都增强了材料的强度。同时需要注意的是，如不掺加水泥，乳化沥青混合料的最终强度(L2数值)仍低于8 kN。这表明掺入水泥提高冷拌料强度的必要性。马歇尔试验L2的数据低于L1,主要是由于L1的试验温度较L2低所致。

3.2高温性能

以车辙试验评价其高温性能，试验温度为60℃,试件为L2组的养护条件，试验结果见表5。

表5 车辙试验结果

3.3低温性能

以小梁低温弯曲试验评价其低温性能，试件为L2组的养护条件，试验温度为-10℃,试验结果如表6所示。

表6 小梁低温弯曲试验结果

由表6数据可知，随着水泥掺量的增加，最大弯拉应变值不断降低，低温性能下降，当掺量为3%时已不能满足规范要求。这表明水泥的掺入会降低材料的低温变形能力，使得材料变脆。从低温稳定性的角度考虑，应控制水泥用量。

3.4抗水损害性能

以浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价其抗水损害性能，试件为L2组的养护条件，试验结果见表7。

表7 浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果