關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧乳化瀝青 | 冷再生混合料 | 路用性能 | 耐久性

乳化瀝青冷再生技術(shù)是指將瀝青混合料回收料破碎、篩分后，以一定的比例與新集料、乳化瀝青及再生劑在常溫下拌和、攤鋪、碾壓形成瀝青路面結(jié)構(gòu)層，使其恢復(fù)路面原有使用性能的一種施工工藝。相較于熱再生技術(shù)，冷再生技術(shù)具有施工工藝簡單、污染物排放量小、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)[1]，是一種新興的資源利用方式。但通過大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生技術(shù)仍存在早期強(qiáng)度不高、耐久性差等問題[2]。

水性環(huán)氧乳化瀝青借助水性環(huán)氧樹脂對(duì)乳化瀝青進(jìn)行改性，固化破乳后形成以環(huán)氧樹脂為網(wǎng)絡(luò)骨架、瀝青均勻穿插于骨架中的環(huán)氧改性瀝青，具有環(huán)氧樹脂高黏結(jié)力和乳化瀝青施工便利的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在道路養(yǎng)護(hù)工程中[3-4]?；诖?，本文選用水性環(huán)氧乳化瀝青制備冷再生混合料，通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試路用性能，為其在公路工程中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

原材料

水性環(huán)氧乳化瀝青

乳化瀝青技術(shù)性能指標(biāo)見表1。水性環(huán)氧樹脂與固化劑均為實(shí)驗(yàn)室自制，配比為3∶2(質(zhì)量比)，技術(shù)性能指標(biāo)見表2。

集料與水泥

RAP料取自濟(jì)南市某道路翻修現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)抽提舊瀝青，性能指標(biāo)如表3所示。

由表3可知，原路面瀝青已老化。新集料選用粒徑范圍為9.5mm~19mm的石灰?guī)r。水泥為P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。新集料與水泥性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)。

水

試驗(yàn)用水為當(dāng)?shù)仫嬘盟?/p>

冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

本研究中RAP料占比為70%，加入1%(占集料總質(zhì)量的比例)的水泥提高冷再生混合料早期強(qiáng)度[5]。根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T5521-2019)，采用細(xì)粒式A乳化瀝青冷再生合成級(jí)配，級(jí)配范圍及合成級(jí)配見表4。

zui佳含水率的確定

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTG3430-2020)中T0131擊實(shí)試驗(yàn)確定水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的zui佳含水量。以乳化瀝青用量為4.0%，設(shè)計(jì)含水量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%共7組冷再生混合料，測(cè)定其干密度。不同含水率下冷再生混合料干密度如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著含水率的增加，冷再生混合料的干密度呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律。當(dāng)含水率為4.0%，此時(shí)冷再生混合料的干密度達(dá)到zui大值，為2.305g/cm3。

zui佳乳化瀝青用量的確定

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中T0716瀝青混合料劈裂試驗(yàn)，以劈裂強(qiáng)度峰值的均值確定zui佳乳化瀝青用量。以zui佳含水量為4.0%，設(shè)計(jì)水性環(huán)氧乳化瀝青用量為3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%共5組冷再生混合料。不同乳化瀝青摻量下冷再生混合料劈裂強(qiáng)度如圖2所示。

由圖2可知，劈裂強(qiáng)度隨乳化瀝青摻量的增加先增大后減小。且乳化瀝青摻量為4.3%時(shí)，劈裂強(qiáng)度取得zui大值。當(dāng)乳化瀝青用量不大于4.3%時(shí)，隨著乳化瀝青用量的增加，破乳后的乳化瀝青、水泥等構(gòu)成黏結(jié)材料，填充集料間的空隙，降低骨料間的滑移，從而改善乳化瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度。當(dāng)乳化瀝青用量大于4.3%之后，隨著乳化瀝青用量的增加，冷再生混合料內(nèi)部依然存在大量未破乳的乳化瀝青，減弱了膠結(jié)料的黏結(jié)性，由此導(dǎo)致劈裂強(qiáng)度降低。

配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

以zui佳含水量為4.0%和zui佳乳化瀝青用量為4.3%，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，雙面擊實(shí)50次后105℃養(yǎng)生24h，再雙面擊實(shí)25次。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)進(jìn)行試驗(yàn)，冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表5所示。試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

冷再生混合料路用性能

高溫穩(wěn)定性

對(duì)不同水性環(huán)氧樹脂摻量下的冷再生混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)其高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)溫度設(shè)置為60℃，輪壓為0.7MPa，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可看出，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨水性環(huán)氧樹脂摻量的增加而增大，使得高溫穩(wěn)定性提升。這是由于隨著水分的蒸發(fā)，水性環(huán)氧樹脂在混合料內(nèi)部固化形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且摻量越大，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大，在高溫條件下冷再生混合料抵抗車轍能力就越強(qiáng)[6]。當(dāng)水性環(huán)氧樹脂摻量超過10%以后，冷再生混合料高溫穩(wěn)定性提高幅度減小，這是因?yàn)榛旌狭蟽?nèi)部的環(huán)氧樹脂空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本形成，繼續(xù)加大水性環(huán)氧樹脂摻量對(duì)該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高效果不明顯。此時(shí)，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度已超過5000次/mm，遠(yuǎn)超《道路用水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料》(GB/T38990-2020)的要求。

低溫抗裂性

對(duì)不同水性環(huán)氧樹脂摻量下的冷再生混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，以zui大彎拉應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)其低溫性能。試件為標(biāo)準(zhǔn)車轍板切割試件，試件尺寸為250mm×30mm×35mm。設(shè)置試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著水性環(huán)氧樹脂摻量的增加，冷再生混合料彎拉應(yīng)變呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，使得低溫抗裂性降低。這是由于環(huán)氧樹脂為3大熱固性樹脂之一，增加了混合料的剛度[7]，導(dǎo)致混合料脆性增大，在低溫條件下，更易發(fā)生脆性斷裂。當(dāng)水性環(huán)氧樹脂摻量為20%時(shí)，相較于普通乳化瀝青冷再生混合料，彎拉應(yīng)變只下降13.4%，說明水性環(huán)氧樹脂的摻入對(duì)冷再生混合料低溫抗裂性消極影響較小。

水穩(wěn)定性

采用瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性。采用馬歇爾擊實(shí)法成型圓柱體試件，雙面各擊實(shí)50次。試驗(yàn)溫度為25℃，加載速率為50mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如表6、圖5所示。

從圖5可以看出，冷再生混合料TSR隨水性環(huán)氧樹脂摻量增加而增加，使得水穩(wěn)定性逐漸提高。這一方面是由于水性環(huán)氧樹脂可提高集料間的黏附性，從而提高了冷再生混合料對(duì)水的抵抗能力；另一方面是由于水性環(huán)氧樹脂固化后在混合料內(nèi)部形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可提高冷再生混合料的剛度，同時(shí)也具有一定的抗水損害能力。當(dāng)水性環(huán)氧摻量為5%時(shí)，冷再生混合料TSR已超過80%，符合《道路用水性環(huán)氧樹脂乳化瀝青混合料》(GB/T38990-2020)要求。

耐久性

通過四輪加載磨耗試驗(yàn)，以每小時(shí)試件質(zhì)量損失率，評(píng)價(jià)水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的耐久性。以瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法成型試件。試驗(yàn)輪載為0.7MPa，加載速率為3600次/h，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可看出，在相同加載時(shí)間下，冷再生混合料質(zhì)量損失率隨水性環(huán)氧樹脂摻量的增加而逐漸減小，使得耐久性逐漸提升；且隨著加載時(shí)間的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料質(zhì)量損失率的斜率逐漸減小。當(dāng)水性環(huán)氧樹脂摻量超過10%時(shí)，質(zhì)量損失率遠(yuǎn)低于普通乳化瀝青冷再生混合料，此時(shí)水性環(huán)氧樹脂在冷再生混合料內(nèi)部已形成骨架結(jié)構(gòu)。綜合考慮，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的zui佳水性環(huán)氧樹脂摻量為10%。

結(jié)語

(1)采用自制水性環(huán)氧體系制備70%RAP摻量的水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定zui佳含水量為4%，通過瀝青混合料劈裂試驗(yàn)確定zui佳乳化瀝青用量為4.3%，zui佳配合比設(shè)計(jì)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

(2)水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料相較于普通乳化瀝青混合料有著更好的路用性能，且隨著水性環(huán)氧樹脂摻量的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐久性逐漸提高；低溫抗裂性逐漸降低，但降幅不大。

(3)通過室內(nèi)試驗(yàn)得出，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料中水性環(huán)氧樹脂zui佳摻量為10%。

參考文獻(xiàn)：

[1]李強(qiáng),許傲,陳浩,等.級(jí)配和水泥摻量對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料路用性能的影響[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2021,18(2):402-407.

[2]李志剛,汪德才,李麗娟,等.填料含量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料宏微觀性能的影響[[J].公路,2020,65(11):27-32.

[3]何永泰,鄭南翔,徐安.水性環(huán)氧樹脂-SBR復(fù)合改性乳化瀝青性能研究[J].公路,2021,66(3):27-34.

[4]侯蕓,董元帥,樊云龍,等.基于微觀角度水性環(huán)氧乳化瀝青固化機(jī)理研究[J].公路,2020,65(9):245-250.

[5]丁新東,曹新明.乳化瀝青和水泥摻量對(duì)冷再生混合料性能的影響研究[J].硅酸鹽通報(bào),2020,39(2):459-465.

[6]王清洲,馬小江,董利偉,等.冷拌冷鋪水性環(huán)氧乳化瀝青混合料性能研究[J].熱固性樹脂,2019,34(6):31-35

[7]王盤盤,王雙雙,甄少華.水性環(huán)氧樹脂改性乳化瀝青混合料的配比設(shè)計(jì)及性能研究[J].化工新型材料,2021,49(1):273-278.

全文完 發(fā)布于《公路 》2022年4月第4期

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通常的車轍測(cè)試設(shè)備，僅對(duì)路面材料進(jìn)行非常慢速的加載測(cè)量，不能模擬真實(shí)交通情況，不能模擬真實(shí)車輪碾壓，也不能進(jìn)行反復(fù)加載。相比之下，PaveMLS11這一套路面加速加載測(cè)試設(shè)備，可在路面上進(jìn)行實(shí)際加載。通過PAVETEST?操作軟件，PaveMLS11的荷載可進(jìn)行成比例計(jì)算加載，以確保輪壓和真實(shí)路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載保持同一水平。因此，PaveMLS11的試驗(yàn)結(jié)果可用于模擬常規(guī)的真實(shí)荷載狀態(tài)，設(shè)備可直接用于研究路面上層125mm厚的瀝青層路面性能（無論是實(shí)驗(yàn)室路面還是現(xiàn)場(chǎng)路面）。因此，此小型加速加載設(shè)備對(duì)于研究現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載下路面性能研究，具有非常寶貴的價(jià)值。

縮小比例的加速加載設(shè)備PaveMLS11，也可以用于研究瀝青材料面層的疲勞特性。如果具備某些條件，如：荷載頻率、溫度、橫向擺動(dòng)在內(nèi)的荷載應(yīng)用及老化PaveMLS11對(duì)路面材料/瀝青混合料的突出研究效果，可用于預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)路面車轍等性能。如果相對(duì)于常規(guī)的加速加載試驗(yàn)狀態(tài)，需要和普通車轍測(cè)試設(shè)備一樣評(píng)估慢速加載時(shí)路面性能的狀況，PaveMLS11也可以簡單實(shí)現(xiàn)，只需調(diào)整它的加載速度即可，然而加載方向卻始終模擬真實(shí)行車狀態(tài)而進(jìn)行單向的加載模式。

PaveMLS11小型加速加載設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)卡車輪胎的1/3比例尺寸輪胎進(jìn)行加載，安裝有4個(gè)加載輪，測(cè)試長度接近1.1m，可施加7200次/每小時(shí)加載。作用于300mm直徑試樣上的荷載可至2.7kN（短時(shí)間可達(dá)2.9kN），輪壓700kPa（短時(shí)間可達(dá)800kPa）。

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍設(shè)備配置有橫向移動(dòng)系統(tǒng)，可以模擬實(shí)際路面輪跡帶上輪跡的正態(tài)分布，橫移寬度左右可達(dá)各75mm

▍加載輪寬度80mm，在橫向移動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)后加載寬度可達(dá)230mm

▍特殊巧妙的荷載單元設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得路面不平的情況下加載輪對(duì)地荷載依然是穩(wěn)定的

▍設(shè)備有本地手動(dòng)和遠(yuǎn)程自動(dòng)兩種控制方式 ，在遠(yuǎn)程模式下軟件可以記錄設(shè)備高度，環(huán)境溫度，路面溫度和道路內(nèi)部溫度及加載速度、次數(shù)等信息

▍設(shè)備配置有胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在發(fā)生爆胎或者胎壓不足的情況設(shè)備自動(dòng)警報(bào)并停機(jī)

▍設(shè)備有多種試驗(yàn)方式，可以在實(shí)際道路上進(jìn)行試驗(yàn)，也可以使用配置的大尺寸震動(dòng)輪碾成型機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成型試驗(yàn)道路進(jìn)行試驗(yàn)，或者在實(shí)際道路上取芯，將芯樣放置在實(shí)驗(yàn)室底座內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，或者直接將實(shí)際道路取樣到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)

▍設(shè)備可以使用配置的溫控系統(tǒng)進(jìn)行多種溫度模式試驗(yàn)，可以進(jìn)行路面干式加熱試驗(yàn)，濕式水循環(huán)加熱試驗(yàn)，路面制冷低溫試驗(yàn)

▍小型加速加載設(shè)備配置斷面儀，可以在加載后測(cè)量路面車轍，同時(shí)可以利用車轍與加載次數(shù)的關(guān)系預(yù)測(cè)實(shí)際道路車轍發(fā)展規(guī)律

▍設(shè)備通體由不銹鋼構(gòu)成，以防止潮濕環(huán)境下的腐蝕

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