尹光凯，丁灿(长安大学公路学院，陕西西安　710064)



二灰冷再生废旧沥青路面材料技术研究

尹光凯，丁灿
(长安大学公路学院，陕西西安710064)

摘要:研究以二灰(生石灰和粉煤灰)为稳定剂的废旧沥青路面材料冷再生技术，通过击实试验确定冷再生混合料的最佳水的质量分数和最大干密度。对冷再生混合料进行无侧限抗压强度试验，给出推荐配合比，并对选定的一组试件的劈裂强度、抗压回弹模量进行研究，分析冷再生混合料的强度增长规律。试验结果表明:以二灰为稳定剂的废旧沥青路面材料有良好的强度，能够满足道路半刚性基层材料强度要求。

关键词:废旧沥青路面材料;生石灰;粉煤灰;冷再生;配合比

近年来我国的公路建设发展迅速，高速公路总里程位居世界前列。在已经建成的高速公路中，沥青路面占有较大的比例。每年，需要对大量的沥青路面进行翻修处理，最常用的措施是铣刨旧面层后铺设新面层［1－2］，这造成材料浪费、污染环境等问题。而回收再利用废旧沥青路面材料( Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，可以节约大量砂石材料，减少工程投资，有利于节约资源和保护环境。我国绝大多数城市道路采用的是沥青面层下铺设以无机结合料为稳定剂的半刚性基层［3－4］，如能将废弃沥青混合料加工成满足路面基层要求的再生集料，是解决城市废弃沥青混合料的一个很有效的方法［5－6］。20世纪初，美国开始对路面冷再生技术进行研究，如今冷再生技术已相对成熟［7］。我国于20世纪80年代开始进行冷再生技术研究，已取得一定成果，其中向RAP材料中添加一定稳定剂，形成的稳定冷再生材料可满足一定性能要求并适用于道路基层中［8－10］，而且冷再生材料已经得到逐步推广与应用。同时沥青路面冷再生技术具有常温施工、能源消耗低、施工方便等特点，冷再生技术的研究与使用具有良好的社会和环境经济效益和社会效益［11－12］。

1冷再生原材料性质

原材料的性质指标对RAP材料冷再生后的性能有较大的影响，需要对试验原材料性质进行检测分析。选用二灰(生石灰和粉煤灰)作为冷再生混合料稳定剂并对其性质进行检测，并对旧沥青路面材料进行筛分分析。

1．1无机结合料

选用适当类型的生石灰、粉煤灰作为稳定剂，根据文献［13］的要求，对生石灰和粉煤灰的主要质量技术指标进行检测。生石灰中氧化镁的质量分数为12．8%、氧化钙的质量分数为55．2%，因此试验用生石灰为I级镁质生石灰。粉煤灰的检测结果见表1。由表1可以看出，粉煤灰各项指标均符合要求。

1．2 RAP材料性质

对于选定的沥青路面大修路段，使用冷再生机对旧沥青面层进行铣刨，经过铣刨破碎后的RAP材料的成分较复杂，除了常规的粗集料、细集料，还有老化的沥青块等，且材料最大粒径一般＜30 mm，拣除未能彻底粉碎的大块颗粒，选用标准筛对废旧沥青路面材料进行筛分分析。筛分试验结果见表2，并与文献［14］要求的再生沥青路面材料范围进行比较。

表1粉煤灰检测结果

表2废旧沥青路面材料筛分结果

由表2看出，废旧沥青路面材料( RAP)筛分试验结果符合规范要求的级配范围。

2再生混合料配合比设计

二灰的质量分数为15%～25%时，二灰冷再生旧沥青路面混合料有较好的强度，为了更好地分析二灰冷再生旧沥青路面材料的性质，选取m(生石灰)∶m(粉煤灰)∶m( RAP) 4组配合比，分别为8∶16．5 ∶75. 5、6∶15∶79、6∶12∶82、4．8∶9．8∶85．4进行试验。

2．1击实试验

对4组配合比的二灰冷再生旧沥青路面材料进行击实试验，确定最佳水的质量分数和最大干密度，如表3所示。

表3不同配合比的二灰冷再生混合料击实试验结果

由表3可以看出，4种类型配合比混合料随着RAP材料用量增加，冷再生混合料的最佳水的质量分数降低，最大干密度增大。主要是由于RAP材料密度较二灰大，且最佳水的质量分数小于生石灰和粉煤灰。

2．2无侧限抗压强度试验

根据击实试验确定的最佳水的质量分数和最大干密度，依据文献［15］中的方法成型圆柱形试件，每种配合比成型13个平行试件，然后在规定环境下养生，试件养生龄期采用7、28、60、90、180 d。为了保证试件内部温度达到要求的试验温度，在养生龄期的最后一天，将试件置于己达规定温度的恒温水槽中保温24 h。将已浸水一昼夜的试件从水中取出，用软的旧布吸去试件表面的可见水，将试件放在路面材料强度试验仪的升降台上，最后对试件进行无侧限饱水抗压强度试验［16］。试验结果见图1。

图1中4条曲线分别代表4种不同配合比的二灰冷再生混合料的抗压强度随龄期变化情况。可以得出，不管是早期强度还是后期强度，3#和2#试件的抗压强度明显高于1#和4#。3#试件的7 d抗压强度高于2#。后期强度都明显增加，3#和2#试件的抗压强度非常接近，但是3#依然高于2#。因此，由试验结果得出，3#试件的试件抗压强度最好，3#试件中RAP的质量分数高于2#，RAP材料得到高效利用，因此，选用3#试件的配合比。

图1不同配比抗压强度试验结果

3力学性能分析

3．1劈裂强度

图2劈裂强度随龄期变化

根据抗压强度试验确定了再生废旧沥青路面材料配合比，为了检验再生混合料抗拉破坏能力，依据此配合比成型圆柱体试件，对养生至不同龄期的试件进行劈裂强度检测，试验结果见图2。

由图2可以得出，采用3#配合比的二灰冷再生混合料具有较好的劈裂强度，且劈裂强度随着龄期的增加而增大，增长速率随着龄期的增加呈现减缓的趋势。7 d龄期时的劈裂强度达到0．166 MPa，90 d龄期时的劈裂强度为0．591 MPa，是7 d龄期的3. 56倍。180 d龄期的劈裂强度达到0．702 MPa，是7 d龄期的4. 22倍，是90 d龄期的1. 19倍，劈裂强度增长较大。数据表明，二灰冷再生混合料早期反应较快，在较短龄期内可以充分反应，90 d的劈裂强度达到180 d的0. 85倍。由此得出，添加二灰的RAP材料在早期养护龄期内( 28 d时)就能达到较高的劈裂强度，后期强度的增长速率逐渐减缓。

图3　抗压回弹模量随龄期变化

3．2抗压回弹模量

路面结构设计中常采用抗压回弹模量进行厚度计算与力学计算，因此抗压回弹模量是表征路面材料性能的一个重要指标，对冷再生的废旧沥青路面材料进行抗压回弹模量试验，分析其随养生龄期增长的变化规律，为添加生石灰和粉煤灰的RAP材料在基层使用提供指导。抗压回弹模量随龄期变化如图3所示。

图4冷再生混合料抗压强度与回弹模量的相关性

由图3可以看出，再生混合料的抗压回弹模量随龄期延长而增长，且增长速率逐渐减缓。随着二灰反应的结束，再生混合料的刚度基本稳定，增长不再明显。90 d的回弹模量变化趋势已趋于稳定，达到180 d时的87．83%。为了更好分析再生混合料刚度变化，结合无侧限抗压强度试验，对再生混合料的抗压强度与抗压回弹模量进行对数方程回归相关性分析，如图4所示。

根据图4中回归方程曲线，以抗压回弹模量为横坐标，抗压强度为纵坐标，分析二者的相关特性，相关系数R2= 0．990 4，相关性十分明显。同时表明，添加二灰的RAP材料回弹模量增长规律基本和抗压强度增长规律相似，这样即可用一个较易测量的指标推算或代替另一个指标，减轻工作量和节省时间。建议力学指标采用90 d养生龄期的设计参数，此时的劈裂强度、抗压强度、回弹模量均已达到180 d的85%以上。

4再生混合料微观分析

对于铣刨破碎后的废旧沥青路面材料，含有大量不同粒径的外部裹覆沥青的集料，这些外包沥青的集料形成骨架结构，添加二灰作为稳定剂填充混合料间隙，形成二灰稳定旧沥青路面复合材料。利用电子显微镜对3#试件进行扫描，试件按标准养生7、28 d，对获取的图像进行处理与分析。电镜扫描结果见图5。

图5Ⅲ型试件电镜扫描图

从二灰冷再生混合料养生7 d的电镜扫描图片可以看出，试件表面及内部孔洞较多，粉煤灰形成中空玻璃球体，粉煤灰颗粒依靠这些胶凝物有效粘聚在一起。由于龄期较短，生成物分布较分散，胶凝物之间相对独立，表面有少量纤维状晶体，胶结能力有待提高，早期强度不会很高。28 d电镜扫描图可以看出，大量胶凝物质覆满球体表面，纤维状晶体不断增加，并把相距较远的球体有效的连接起来，胶凝物与晶体相互依存，强化了整体性能并形成稳定的胶凝网状晶体结构，二灰冷再生混合料结构不断完善，强度得到提高。

5　结论

1)对于以二灰为稳定剂的RAP材料，采用4组二灰配合比，不同配合比的二灰RAP材料的强度都随龄期的增加而增大，且早期增加速率较大，后期增速减缓。随着生石灰和粉煤灰的质量分数的增加，混合料强度出现先增大后降低的变化规律，当配合比选用生石灰的质量分数为6%、粉煤灰的质量分数为12%、RAP的质量分数为82%，混合料强度最大。

2)采用无侧限抗压强度确定的配合比，对冷再生混合料进行劈裂强度试验，结果表明:二灰冷再生混合料具有良好的劈裂强度，劈裂强度随龄期的增加而增大，且强度的增长率随着龄期的增加呈现减缓的趋势; 3#试件的7 d抗压强度满足技术规范要求，设计的二灰冷再生混合料可应用于路面基层。

3)冷再生混合料的抗压回弹模量都随着龄期的增加而增大，且早期的增长率较大，后期逐渐变缓。回弹模量与抗压强度的线性相关性分析表明，回弹模量和抗压强度具有相似的增长规律。建议混合料的设计指标采用90 d养生龄期的力学指标。

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(责任编辑:郎伟锋)

Research on Cold Regeneration Technology of Old Asphalt Pavement Materials with Lime-Fly Ash

YIN Guangkai，DING Can
( School of Highway，Chang'an University，Xi'an 710064，China)

Abstract:In this paper，the cold regeneration technology of old asphalt pavement materials with two ashes ( lime and fly ash) as stabilizers is studied．The optimal water content of cold recycled mixture and the maximum dry density are determined through compaction tests．Also，the recommended mixture proportion is given based on the tests of the unconfined compressive strength of cold recycled mixture．Furthermore，the splitting strength and compression rebound modulus of selected specimens are examined to analyze the increasing law of the cold recycled mixture strength．The test results show that the two ashes as stabilizers of old asphalt pavement materials have the good strength，which can meet the strength requirements of road semi-rigid base materials．

Key words:old asphalt pavement material; lime; fly ash; cold regeneration; mixture proportion

作者简介:尹光凯( 1990—)，男，山东邹城人，硕士研究生，主要研究方向为道路与铁道工程．

收稿日期:2015－05－10

DOI:10．3969/j．issn．1672－0032．2015．02．010

文章编号:1672－0032( 2015) 02－0053－05

文献标志码:A

中图分类号:U414．75