乳化沥青稳定再生料基层

乳化沥青稳定再生集料基层性能研究Theresearchofcapabilityofscrapconcretebase-coursewithasphaltemulsion水泥混凝土路面在高等级重交通的道路得到较广泛的应用。截止2005年底，全国公路通车里程已达193.05万公里，其中高速公路通车里程达到4.1万公里[1]。其中有50%左右为水泥混凝土路面，大部分水泥混凝土路面即将达维修期；由于水泥混凝土路面本身的特点，只能通过对基层和混凝土路面的综合处置才能恢复其路用性能；因此混凝土道路的改建必将产生大量废弃的混凝土块。显然，若将大量被换下的旧混凝土板随意丢弃，它不仅侵占了大量的耕地，污染沿路的周边环境，即使将其掩埋也要消耗大量的资金。对社会造成非常大的危害。合理有效地处置废弃混凝土板是旧混凝土维修改造过程中必须考虑的问题；废弃混凝土板的再生利用，不仅能变废为宝，而且还能缓解道路改建对环境造成的不利影响，同时能降低工程造价，具有良好的社会效益和经济效益[2]。因此对废弃水泥混凝土的再生利用已经引起广泛的关注。试验采用不同的乳化沥青剂量，并采用掺加2%水泥和不掺水泥两种类型混合料进行对比试验，研究了乳化沥青稳定再生集料混合料的稳定度、流值、抗压强度等指标，以及油石比、掺加水泥对这些指标的影响。来证明乳化沥青稳定再生集料混合料是满足基层要求，是废弃混凝土再生利用的一个有效途径。1.材料性能研究试验取用哈尔滨—大庆高速公路的废弃水泥混凝土块，采用水泥做基层结合料；其中的粒料均要满足一定的要求。该指标主要包括颗粒级配和压碎值、洛杉矶磨耗、针片状颗粒含量等。前者表示了用于基层粒料粗细颗粒的分级搭配，后者综合反映了粒料的力学性质。表1采用普通颚式破碎机通过控制最大粒径的方法二次破碎而成的再生集料筛分结果；表2是主要路用指标检测结果，表3选用的试验级配；表4乳化沥青主要指标检测结果；分曲线见图1-1。水泥使用哈尔滨生产的天鹅牌325号水泥，各项指标均满足要求。表1再生集料筛分结果筛孔尺寸(mm)通过百分率(%%)LSM-25II型基层级配配范围(%)一次破碎二次破碎上限中值下限31.596.6100100100.010026.591.794100959019.062.185.709080701651.574.57660.55513.234.7536354459.518.944.295243344.754.1125.23728.5202.361.1415.42921.5141.180.34122211100.600.227.4181380.30.165.3151050.150.123.5127.530.0750.100.6470.03图1-1再生集料筛分曲线表2再生集料主要路用指标检测结果性质指标实测值规范要求压碎值(%)12.62≤30洛杉矶磨耗(%%)48.72—针片状含量(%%)9.6≤35坚固性(%)8.0≤25吸水率(%)5.69—表观密度(g//cm3)2.27—表3试验所选用的级配集料粒径(mmm)31.5199.54.752.360.60.075<0.075质量百比(%))0232921510.511.50表4乳化沥青主要指标蒸发残留物试验验蒸发残留物含量量(%)55针入度25℃、10g、5s、0.1mmm70延度5cm/mmin、15℃150cm软化点48℃溶解度(三氯乙乙稀)97.5%贮存稳定性5d5.0%1d1.0%低温贮存稳定性性(-5℃)无粗颗粒和结块块筛上剩余量(%%)0.3电荷+拌和实验>120s粘度-沥青标准粘度计计16.4与矿料粘附性试试验(裹附面积)>2/3由筛分情况可知，一次破碎的再生骨料中粗集料含量偏多，4.75mm以下集料含量不足5%，由下面的空隙率试验可知，一次破碎的再生骨料与大空隙集料级配比较接近；二次破碎的再生骨料粗、细颗粒比较均匀，但4.75mm以下集料含量仅25%，但满足大粒径沥青碎石混合料级配范围；试验级配采用大粒径沥青碎石混合料级配范围的中值。由此看来，废弃混凝土再生集料自身已具备了基本的路用性能，为其在道路工程中的实际应用打下了良好的基础。同时,废弃混凝土轧制成骨料的过程相对来说并不是一件困难的工作，轧制时只需将超限的粒径筛出重新加工即可,从而为废弃混凝土的再生利用提供了便利条件。2.乳化沥青稳定再生集料击实成型试验结果乳化沥青中基质沥青为盘锦100#沥青，实测沥青含量为45%。试验采用4%、4.5%、5%和5.5%等四个油石比，对应乳化沥青用量分别为8.9%、10%、11.1%和12.2%（乳化沥青质量/集料总质量）。采用大型马歇尔试验试件，利用击实法成型确定最佳油石比。利用振动压实成型的试件来测定模量和压力；对于每种类型、每个剂量都采用3个平行件。大型马歇尔试验结果见表5和表6。表5不加水泥的乳化沥青稳定再生料马歇尔试验结果油石比(%)稳定度(kN)流值(0.1mm)密度(g/cm3)空隙率(%)间隙率(%)饱和度(%)马氏模数(kN/mm)4.05.9696.42.137.1328.753.00.624.56.4198.42.116.2828.859.30.655.08.8697.42.085.9729.462.90.915.56.6196.92.065.8530.065.50.68规范>5.020～45—3～6>1470～85—图2－1不加水泥试件各试验量曲线图2-2最佳油石比确定图由于再生料密度较小，马歇尔试件的表观密度比普通沥青碎石混合料马歇尔试件密度要小，普通沥青碎石混合料马歇尔试件密度通常在2.3g/cm3以上，而再生料马歇尔试件密度只有2.1g/cm3左右。表6加2%水泥的乳化沥青稳定再生料马歇尔试验结果油石比(%)稳定度(kN)流值(0.1mm)密度(g/cm3)空隙率(%)间隙率(%)饱和度(%)马氏模数(kN/mm)4.013.7198.32.126.0827.557.50.64.512.1187.32.125.6327.962.50.745.012.0096.82.114.7828.068.30.925.58.7895.62.075.1229.168.60.69规范>5.020～45—3～6>1470～85—再生料表面棱角突出，由再生料制作的马歇尔试件的空隙率能满足沥青路面设计规范3～6%的要求，但矿料间隙率偏大，普通沥青碎石混合料在20%左右，而再生料马歇尔试件矿料间隙率达30%，另外，本次试验的乳化沥青稳定再生料的沥青饱和度均不满足规范70-85%的要求，说明乳化沥青填充骨料空隙的比率较低。乳化沥青稳定再生料马歇尔试件的稳定度均满足大于5KN的要求，并且掺加2%水泥试件的稳定度明显比不加水泥时大，四个乳化沥青剂量试验中，最大提高了130%，最少的也提高了32%，平均提高了71%；但是，流值无论加不加水泥都比普通沥青碎石混合料大许多，达到95(0.1mm)以上，远大于20～45(0.1mm)的要求。说明混合料具备一定承载能力，但受力变形较大，由后面力学性能试验也可知，混合料具备一定强度,但模量不高。3.乳化沥青稳定再生集料振动成型试验结果基层材料应满足一定的力学性能，因此对乳化沥青稳定再生料进行了抗压强度和抗压模量的试验。本试验中对抗压强度和抗压模量试件采用振动压实成型方法，试件尺寸采用Φ150×100mm扁平试件，试验采用哈工大道路试验室振动成型机，参照哈工大王龙的研究成果[3]和实际工程中振动压路机的工作参数，以再生集料不发生破坏和成型后基层混合料的密度试件密度接近大马歇尔试件密度的振动时间作为振动控制时间，确定了试验的最佳工艺参数见表7，选用的水泥与击实试验的相同。表7振动压实成型仪的最佳工艺参数频率(Hz)配重(片数)振幅(mm)时间(秒)3041.0180表8抗压强度试验结果油石比(%)抗压强度(Mppa)抗压回弹模量((Mpa))无水泥加2%水泥无水泥加2%水泥3.50.701.161956224.00.801.173265304.50.851.244476005.00.701.37249680由力学性能试验结果可以看出，掺加水泥与不加水泥两种混合料有本质的区别，强度和模量都呈反趋势，说明乳化沥青中的水分与水泥作用对混合料力学性能有很大影响。掺加2%水泥后抗压强度平均提高了60%，而抗压模量则平均提高了120%。掺加水泥使乳化沥青稳定再生料具有半柔性的性质，作基层使用时可能会减小或不产生裂缝，因而提高基层疲劳性能，但疲劳性能尚需试验验证。表3-1抗压强度对比图表3-2抗压模量对比图结论：1)再生集料在道路基层中的应用是解决水泥混凝土道路改建时产生的废弃混凝土再利用的一个有效途径，通过控制最大粒径的方法，利用普通颚式粉碎机可轧制出各项指标能够符合路用要求的再生集料，备料相对简单实用。2)乳化沥青稳定再生料马歇尔试验的稳定度能够满足要求，但流值偏大，同时矿料间隙率也偏大，沥青饱和度不足；掺加2%水泥后，稳定度有较大提高，平均提高71%,但流值变化不大；用马歇尔试验方法评价乳化沥青稳定再生料或确定最佳油量不够合理。3)加水泥与不加水泥相比，乳化沥青稳定再生料的力学性能有本质的区别，变化趋势呈相反方向；掺加水泥对混合料的力学性能有较大提高，抗压强度平均提高60%,抗压模量平均提高120%；与马歇尔试验方法相比，力学试验方法更能反映作为承载层的基层的性能是否满足要求，并且变化趋势更加明显，因而试验认为力学方法比较合适。4)由于掺加水泥的混合料具有半柔性的性质，材料的疲劳性能有可能有较大提高，因此本试验认为对掺加水