水泥对乳化沥青再生混合料早期性能影响研究

谢宝山

甘肃省远大路业集团有限公司

摘 要：工程中可改装水稳碎石拌和楼生产乳化沥青冷再生混合料，但不同拌和楼掺入粉料的顺序有所差异。针对乳化沥青厂拌冷再生技术，通过不同水泥用量和不同水泥掺和顺序对混合料的早期性能进行对比分析。研究结果表明：水泥用量较低时，水泥用量的增加有利于冷再生混合料的劈裂强度、高温稳定性及水稳定性的发展；掺入沥青后再掺入水泥对冷再生混合料的早期强度起抑制作用，但对混合料的水稳定性具有一定的促进作用；同时确定了依托项目最佳目标配比RAP(0～10 mm)∶RAP(10～20 mm)∶粗集料(10～20 mm)∶石屑(0～5 mm)∶矿粉=48∶30∶12∶8∶2,水泥以外掺的方式，用量为1.5%,乳化沥青用量为4.2%。

关键词：道路工程;乳化沥青冷再生混合料;早期性能;水泥;

目前，我国早期修建的沥青混凝土路面大部分进入了养护维修阶段，养护工作将带来大量的沥青混合料回收料(RAP)。再生利用在道路工程中的应用已成为一种趋势，再生技术不仅可以有效处理回收料，还能节约社会资源，降低修建费用，保护生态环境[1]。冷再生技术中旧料利用率可高达100%,因此乳化沥青冷再生技术可以充分解决RAP的堆放问题。已有研究表明[2,3,4,5,6],向冷再生混合料中加入一定用量的水泥，不仅能够调整混合料级配，减小空隙率，还能调整破乳时间，显著提高混合料的早期强度并改善其路用性能。周源[7]发现水泥的加入能够改善混合料的强度及水稳定性，但也会使混合料的抗疲劳性能降低，同时建议了水泥的用量不要超2%。王宏[8]发现水泥用量小于2%时，水泥的掺入对冷再生混合料的空隙率影响并不显著。魏唐中等[9,10]对不同水泥掺量下再生混合料的微观形貌等进行了对比分析，并结合了宏观试验，研究了再生混合料的强度形成机理，发现水泥水化反应生成的水化产物与破乳后的沥青相互交织，从而提高混合料的早期性能。

综上，水泥用量对乳化沥青冷再生混合料的影响方面研究已有许多，本研究鉴于工程中，可改装水稳碎石拌和楼生产乳化沥青冷再生混合料，但不同拌和楼掺入粉料的顺序有所差异，因此依托山西省临汾市国省道路面改造项目，拟针对不同的水泥掺和顺序对混合料早期强度形成的影响进行研究，对比了分别在掺入乳化沥青前后掺入水泥得到的混合料的早期性能，得出了水泥的掺入顺序对混合料各性能指标的影响程度大小。

1 原材料及试验方法

1.1原材料

1.1.1乳化沥青

本研究所用乳化沥青为慢裂阳离子型，其基本物理特性如表1所示。

表1 乳化沥青基本物理特性

1.1.2RAP

本研究所用RAP来自山西省临汾市省道临夏段面层回收料，铣刨深度为原有基层以上1 cm, 并对RAP进行二次破碎筛分，进行分档堆放处理，保证RAP的质量。依托项目RAP粒径在4.75 mm以下的砂当量高达94.69%,0～10 mm的含水率仅2.76%,RAP的筛分结果如表2所示。

表2 RAP筛分结果

1.1.3新集料

本研究所用新集料为0～5 mm和10～20 mm两档，两档集料的基本物理特性如表3所示，均符合规范设计要求。

表3 新料基本物理特性

1.1.4矿粉、水泥和水

本研究所用矿粉的表观密度为2.722 g/cm3,亲水系数为0.63,含水量为0.1%,均符合规范要求；水泥采用PC42.5水泥，基本物理特性如表4所示；水为洁净的自来水。

表4 水泥基本物理特性

1.2试验方法

本研究针对水泥对乳化沥青冷再生混合料的早期性能进行研究，采用不同的水泥用量和不同的水泥掺入方式分别对混合料的关键性能指标进行对比分析。

2 配合比设计

2.1级配设计

依托项目拟将再生混合料应用于下面层，道路荷载设计等级为重载交通，粗集料能起骨架支撑作用，因此采用中粒式级配设计以满足设计强度要求。根据集料筛分结果调整级配曲线得到初拟配合比RAP(0～10 mm)∶RAP(10～20 mm)∶新料(10～20 mm)∶石屑(0～5 mm)∶矿粉=48∶30∶12∶8∶2。合成级配结果和设计级配曲线分别如表5和图1所示。

表5 合成级配

图1 设计级配曲线

2.2击实试验

本研究以水泥为主要研究对象，因此水泥采用外掺方式掺入。水泥用量的增加会导致混合料干缩增加，从而产生严重收缩裂缝使其后期强度降低[3],因此选取了0.5%、1.0%、1.5%、2.0%等4个水泥用量进行试验，击实结果如表6所示。

表6 击实试验结果

2.3乳化沥青用量

本研究针对水泥对再生混合料的影响，因此统一乳化沥青用量，选取水泥用量为1.5%的击实结果对混合料的乳化沥青用量进行确定，根据一般规范要求，此时水泥在乳化沥青掺入前掺入。以含水率5.4%为基准，保持总用水量不变，在不同预拌水量和乳化沥青用量的组合下成型试件并进行试验，试验结果如图2所示。

图2 乳化沥青用量对劈裂强度和空隙率的影响

分析图2可知，混合料的劈裂强度随乳化沥青用量的增加先增大后减小，空隙率随乳化沥青用量的增加而降低，由此可确定乳化沥青最佳用量为4.2%。

3 水泥用量对混合料性能的影响分析

从混合料的关键性能指标入手，测试了不同水泥用量下混合料的空隙率(VV)、15℃劈裂强度(干ITS)、25℃劈裂强度(未冻ITS)、浸水劈裂强度(湿ITS)、冻融劈裂强度(冻ITS)以及动稳定度(DS),具体数据如表7所示。并计算了混合料的干湿劈裂强度比和冻融劈裂强度比TSR,对比图如图3所示。

表7 不同水泥用量混合料性能测试结果