旧沥青混凝土对水泥稳定再生混合料性能的影响

范同前，陈亚雄，乔向军

(1.河南中州路桥建设有限公司， 河南 周口 466000；2.嘉兴市高新交通技术测评研究院， 浙江 嘉兴 314001；3.包头市市政设计研究院， 内蒙古 包头 014030)

0 引 言

针对半刚性基层沥青路面的开裂、破碎等结构性病害，传统的基层维修方法主要是挖除法和采用无机稳定剂对单一结构层进行再生，这些方法需铣刨、运输铣刨废料，不仅提高了工程造价，而且造成了极大的资源浪费和环境污染。随着筑养路机械的升级和新材料研究的发展，出现了新型的水泥稳定全深式路面就地再生基层技术，即预先在原路面撒布水泥和新石料，就地再生机组将老路的沥青面层和基层(或部分基层)以及新添加材料一并铣刨拌合，然后碾压成型，使之成为新路面的结构层，实现了半刚性基层沥青路面结构性病害的一体化解决，较好地弥补了以往维修工艺的不足，符合道路维修新的发展方向[1-5]。

全深式水泥就地再生基层材料包括旧沥青面层材料和半刚性基层材料，该技术的关键问题是旧沥青混凝土对再生混合料路用性能的影响，即旧沥青面层和半刚性基层材料通过水泥稳定后形成再生混合料，如何满足新道路基层的使用要求[6]。本文通过室内外试验，分析旧沥青混凝土的老化程度和掺量对再生混合料性能的影响规律，为该技术的推广应用提供参考。

1 试验准备

1.1 原材料

原材料包括旧沥青面层材料和半刚性基层材料，试验中半刚性基层材料选取水泥稳定碎石基层铣刨料为基准料。沥青面层材料选取某大修道路项目中C、D、E三个路段的旧沥青面层铣刨料，通过抽提法测定计算旧沥青混凝土中的沥青含量，并采用蒸馏法提取旧沥青，测定旧沥青的针入度，用以分析其老化程度，试验结果如表1所示。水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，添加的水为饮用水。

表1 旧沥青性质

从试验结果来看，A1中沥青老化程度较轻，A3中沥青老化程度较重。为了便于对比试验分析，分别以A1、A2、A3代表轻度、中度、重度老化的旧沥青混凝土。

1.2 材料组合方案

对C、D、E三个路段的旧沥青路面采用就地再生机分别进行6 cm旧沥青面层与16 cm水稳基层、6 cm旧沥青面层与9 cm水稳基层、8 cm旧沥青面层与8 cm水稳基层的铣刨，相当于再生混合料中旧沥青混凝土的掺量分别为27%、40%和50%，再生材料的组合方案见表2。其中B1代表半刚性基层材料。

1.3 级 配

将铣刨后的再生集料风干，通过水洗法筛分再风干，各组合方案均符合《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F 41—2008)中1号级配。

表2 材料组合方案

1.4 试件成型与养护

配好9种混合料，根据击实结果确定的最佳含水量添加自来水，水泥剂量(质量掺量)为5%。拌合后，按照试验操作规范，部分采用静压法成型150 mm×150 mm圆柱体试件，作为无侧限抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量试验试件，部分制成尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的梁式试件，采用静压成型，每种配合比各成型2组，分别用于测试7 d、28 d失水率和干缩应变。圆柱体试件和梁式试件均在相对湿度为96%、温度为20 ℃±2 ℃的养护室内进行养护，在到达养护时间的前一天，将试件在水中浸泡24 h，从水中取出后用软布吸去试件表面可见水。试件完成养护即可进行相关性能的试验。

2 力学性能研究

2.1 抗压性能

为了分析再生混合料的抗压性能，采用无侧限抗压强度指标进行评价。将试件放在路面材料强度试验机升降台上，加压速度取0.1～0.2 kN·s-1，在室温20 ℃±2 ℃下进行抗压强度试验。测试了C、D、E三个类型9组再生混合料,7 d和 28 d的无侧限抗压强度试验结果如图1、2所示。

图1 再生混合料7 d无侧限抗压强度

图2 再生混合料28 d无侧限抗压强度

由图1、2可知，再生混合料中旧沥青混凝土掺入的比例越大，再生混合料的无侧限抗压强度越小，不同龄期条件下具有相同的规律性。即旧沥青混凝土掺量较高时，老化程度因素对再生混合料抗压强度影响较大，反之则较小。因为旧沥青老化程度越高，越接近硬质材料，复合材料模量提高，再生混合料抗压强度提高，此时掺量因素的影响变弱；对于老化程度较低的旧沥青混凝土，沥青与集料在常温条件下不能产生胶结作用，阻碍了集料之间的水泥水化反应，因此，旧沥青混凝土掺量越高，混合料的强度降低越明显。

2.2 模 量

为了分析再生混合料的模量，本文采用抗压回弹模量指标进行评价。采用顶面法进行抗压回弹模量的测定，将试件放在万能试验机升降台上，千分表的表架固定在试验台上试件对称的两侧，试验时加载板上的计算单位压力用0.5～0.7 MPa，加压速度取0.1～0.2 kN·s-1，环境温度为20 ℃±2 ℃。测试了C、D、E三个类型9组再生混合料7 d和 28 d的抗压回弹模量，试验结果如图3、4所示。

图3 再生混合料7 d回弹模量

图4 再生混合料28 d回弹模量

从图3、4来看，在掺量方面，旧沥青混凝土老化程度相同时，随着旧沥青混凝土掺量的增加，再生混合料7 d和28 d回弹模量均呈现逐渐降低趋势。相比较可知，旧沥青混凝土重度老化时，再生混合料的回弹模量较高。从老化程度来看，旧沥青混凝土轻度老化时，旧沥青混凝土掺量从27%增加到40%和从40%增加到50%，再生混合料的7 d回弹模量分别降低了28.5%和16.1%，而相对旧沥青混凝土重度老化时，再生混合料的7 d回弹模量仅分别降低了8.1%和8.8%，说明当旧沥青混凝土重度老化时，掺量因素对再生混合料回弹模量的影响较大。当旧沥青混凝土轻度老化时，骨料表面的沥青具有一定柔性，其刚度远小于骨料的刚度，旧沥青混凝土与水稳碎石组成再生混合料的复合刚度小于纯碎石骨料的刚度，并且旧沥青混凝土掺量越高，再生混合料的刚度越小，导致水泥稳定再生混合料的抗压回弹模量呈现降低趋势。

2.3 干缩性能

本文通过干缩系数指标进行干缩性能再生混合料评价。试件在标准温度和湿度下养护7 d后，放入养护箱内，养护箱控制温度为20 ℃±1 ℃，相对湿度为60%±5%，试验中用混凝土收缩膨胀仪测量其初始长度，此后以间隔7 d和28 d定期测定其自由收缩值。测试了C、D、E三个类型9组再生混合料试件7 d和28 d的失水率和干缩应变，按相邻两测点测定的试件干缩应变除以含水量的公式计算出平均干缩系数，试验结果如图5、6所示。

图5 再生混合料7 d平均干缩系数

图6 再生混合料28 d平均干缩系数

从试验结果来看，旧沥青混凝土在轻、中、重度老化时，再生混合料平均干缩系数的变化规律保持一致，随着旧沥青混凝土掺量的增加，再生混合料的平均干缩系数逐渐减小。从旧沥青混凝土掺量来看，旧沥青混凝土掺量从27%增加到40%和从40%增加到50%，掺有轻度老化旧沥青混凝土的再生混合料7 d干缩系数降低率分别为3.5%和7.2%，而旧沥青混凝土重度老化时，7 d干缩系数降低率分别为17.3%和11.4%，说明沥青混凝土轻度老化时，掺量因素对干缩系数影响较大。

从老化程度方面来看，旧沥青混凝土掺量为27%，旧沥青混凝土从轻度到中度老化和从中度到重度老化时，再生混合料的28 d干缩系数分别增长了86%和0.7%。从轻度老化到中度老化，再生混合料的干缩系数增长幅度较大。旧沥青混凝土掺量为40%和50%时具有相同的规律性，说明旧沥青混凝土老化程度由轻度变为中度时，老化程度是影响再生混合料干缩性能的主要因素。因为旧沥青混凝土老化程度越高，旧沥青失去柔性硬化成“黑石头”的效应越明显，旧沥青混凝土利用自身的柔性降低集料之间收缩应变的能力减弱。因此，旧沥青混凝土掺量一定时，旧沥青混凝土由轻度转化为中度老化，再生混合料的干缩系数变化幅度较大。

3 结 语

本文通过室内试验研究了旧沥青混凝土掺量和老化程度对水泥稳定再生混合料性能的影响，主要结论如下。

(1)随着旧沥青混凝土掺量的增加，再生混合料的强度和模量逐渐降低，干缩性能提高。旧沥青混凝土老化程度较低时，掺量因素对再生混合料性能影响较大，相反，旧沥青混凝土老化程度较高，掺量因素影响较小。

(2)随着旧沥青混凝土老化程度的增加，再生混合料的强度和模量逐渐提高，干缩性能降低。老化程度高的旧沥青混凝土对再生混合料的强度和干缩系数影响较小，适宜采用水泥稳定全深式路面就地再生基层技术对旧路面进行改造。