關鍵詞：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構層，使其恢復路面原有使用性能的一種施工工藝。相較于熱再生技術，冷再生技術具有施工工藝簡單、污染物排放量小、成本低、生產效率高等優(yōu)點[1]，是一種新興的資源利用方式。但通過大量實踐經驗發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青冷再生技術仍存在早期強度不高、耐久性差等問題[2]。

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

原材料

水性環(huán)氧乳化瀝青

乳化瀝青技術性能指標見表1。水性環(huán)氧樹脂與固化劑均為實驗室自制，配比為3∶2(質量比)，技術性能指標見表2。

集料與水泥

RAP料取自濟南市某道路翻修現(xiàn)場。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)抽提舊瀝青，性能指標如表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規(guī)范》(JTG F40-2004)。

水

試驗用水為當?shù)仫嬘盟?/p>

冷再生混合料配合比設計

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

zui佳含水率的確定

根據《公路土工試驗規(guī)程》(JTG3430-2020)中T0131擊實試驗確定水性環(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%，設計含水量為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。當含水率為4.0%，此時冷再生混合料的干密度達到zui大值，為2.305g/cm3。

zui佳乳化瀝青用量的確定

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中T0716瀝青混合料劈裂試驗，以劈裂強度峰值的均值確定zui佳乳化瀝青用量。以zui佳含水量為4.0%，設計水性環(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度如圖2所示。

由圖2可知，劈裂強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，劈裂強度取得zui大值。當乳化瀝青用量不大于4.3%時，隨著乳化瀝青用量的增加，破乳后的乳化瀝青、水泥等構成黏結材料，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度。當乳化瀝青用量大于4.3%之后，隨著乳化瀝青用量的增加，冷再生混合料內部依然存在大量未破乳的乳化瀝青，減弱了膠結料的黏結性，由此導致劈裂強度降低。

配合比設計結果

以zui佳含水量為4.0%和zui佳乳化瀝青用量為4.3%，成型標準馬歇爾試件，雙面擊實50次后105℃養(yǎng)生24h，再雙面擊實25次。根據《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40-2004)進行試驗，冷再生混合料配合比設計結果如表5所示。試驗結果均滿足規(guī)范要求。

冷再生混合料路用性能

高溫穩(wěn)定性

對不同水性環(huán)氧樹脂摻量下的冷再生混合料進行車轍試驗，以動穩(wěn)定度評價其高溫穩(wěn)定性。試驗溫度設置為60℃，輪壓為0.7MPa，試驗結果如圖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)氧樹脂在混合料內部固化形成空間網狀結構，且摻量越大，該結構強度就越大，在高溫條件下冷再生混合料抵抗車轍能力就越強[6]。當水性環(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，這是因為混合料內部的環(huán)氧樹脂空間網狀結構基本形成，繼續(xù)加大水性環(huán)氧樹脂摻量對該結構強度的提高效果不明顯。此時，冷再生混合料動穩(wěn)定度已超過5000次/mm，遠超《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

對不同水性環(huán)氧樹脂摻量下的冷再生混合料進行低溫彎曲試驗，以zui大彎拉應變評價其低溫性能。試件為標準車轍板切割試件，試件尺寸為250mm×30mm×35mm。設置試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，試驗結果如圖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變呈現(xiàn)減小的趨勢，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]，導致混合料脆性增大，在低溫條件下，更易發(fā)生脆性斷裂。當水性環(huán)氧樹脂摻量為20%時，相較于普通乳化瀝青冷再生混合料，彎拉應變只下降13.4%，說明水性環(huán)氧樹脂的摻入對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評價水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料的水穩(wěn)定性。采用馬歇爾擊實法成型圓柱體試件，雙面各擊實50次。試驗溫度為25℃，加載速率為50mm/min，試驗結果如表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部形成交聯(lián)網狀結構，可提高冷再生混合料的剛度，同時也具有一定的抗水損害能力。當水性環(huán)氧摻量為5%時，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，以每小時試件質量損失率，評價水性環(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方法成型試件。試驗輪載為0.7MPa，加載速率為3600次/h，試驗結果如圖6所示。

由圖6可看出，在相同加載時間下，冷再生混合料質量損失率隨水性環(huán)氧樹脂摻量的增加而逐漸減小，使得耐久性逐漸提升；且隨著加載時間的增加，水性環(huán)氧乳化瀝青冷再生混合料質量損失率的斜率逐漸減小。當水性環(huán)氧樹脂摻量超過10%時，質量損失率遠低于普通乳化瀝青冷再生混合料，此時水性環(huán)氧樹脂在冷再生混合料內部已形成骨架結構。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，通過擊實試驗確定zui佳含水量為4%，通過瀝青混合料劈裂試驗確定zui佳乳化瀝青用量為4.3%，zui佳配合比設計結果滿足規(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)通過室內試驗得出，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：

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

[2]李志剛,汪德才,李麗娟,等.填料含量對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冷再生混合料性能的影響研究[J].硅酸鹽通報,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計及性能研究[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

文章轉載于瀝青路面公眾號，我司部分文章來源于網絡，未能與原作者取得聯(lián)系，如涉及版權問題請與我們聯(lián)系，我們會及時處理刪除

通常的車轍測試設備，僅對路面材料進行非常慢速的加載測量，不能模擬真實交通情況，不能模擬真實車輪碾壓，也不能進行反復加載。相比之下，PaveMLS11這一套路面加速加載測試設備，可在路面上進行實際加載。通過PAVETEST?操作軟件，PaveMLS11的荷載可進行成比例計算加載，以確保輪壓和真實路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載保持同一水平。因此，PaveMLS11的試驗結果可用于模擬常規(guī)的真實荷載狀態(tài)，設備可直接用于研究路面上層125mm厚的瀝青層路面性能（無論是實驗室路面還是現(xiàn)場路面）。因此，此小型加速加載設備對于研究現(xiàn)場真實路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載下路面性能研究，具有非常寶貴的價值。

縮小比例的加速加載設備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、橫向擺動在內的荷載應用及老化PaveMLS11對路面材料/瀝青混合料的突出研究效果，可用于預測和評價路面車轍等性能。如果相對于常規(guī)的加速加載試驗狀態(tài)，需要和普通車轍測試設備一樣評估慢速加載時路面性能的狀況，PaveMLS11也可以簡單實現(xiàn)，只需調整它的加載速度即可，然而加載方向卻始終模擬真實行車狀態(tài)而進行單向的加載模式。

PaveMLS11小型加速加載設備，采用標準卡車輪胎的1/3比例尺寸輪胎進行加載，安裝有4個加載輪，測試長度接近1.1m，可施加7200次/每小時加載。作用于300mm直徑試樣上的荷載可至2.7kN（短時間可達2.9kN），輪壓700kPa（短時間可達800kPa）。

產品特點

▍設備配置有橫向移動系統(tǒng)，可以模擬實際路面輪跡帶上輪跡的正態(tài)分布，橫移寬度左右可達各75mm

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

▍特殊巧妙的荷載單元設計結構，使得路面不平的情況下加載輪對地荷載依然是穩(wěn)定的

▍設備有本地手動和遠程自動兩種控制方式 ，在遠程模式下軟件可以記錄設備高度，環(huán)境溫度，路面溫度和道路內部溫度及加載速度、次數(shù)等信息

▍設備配置有胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，在發(fā)生爆胎或者胎壓不足的情況設備自動警報并停機

▍設備有多種試驗方式，可以在實際道路上進行試驗，也可以使用配置的大尺寸震動輪碾成型機，在實驗室內成型試驗道路進行試驗，或者在實際道路上取芯，將芯樣放置在實驗室底座內進行試驗，或者直接將實際道路取樣到實驗室內進行試驗

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

▍小型加速加載設備配置斷面儀，可以在加載后測量路面車轍，同時可以利用車轍與加載次數(shù)的關系預測實際道路車轍發(fā)展規(guī)律

▍設備通體由不銹鋼構成，以防止潮濕環(huán)境下的腐蝕

了解更多產品信息，獲取產品資料，歡迎垂詢TIPTOP卓致力天

服務熱線 | 400-633-0508    郵箱：tiptop@tiptoptest.com