水泥改性乳化沥青再生混合料路用性能研究

中国高速公路以沥青路面为主，道路交通的复杂化和轴载的增加使得道路路面病害在旧路中越来越明显，工程建设者逐渐认识到道路维修问题存在的严重性。目前比较符合可持续发展战略的方法是将旧路面铣刨后回收再利用。因此，沥青混合料的再生技术和再生材料的性能研究成为许多专家学者的重要研究课题。沥青混合料再生技术主要包括冷再生和热再生，二者又分别包括厂拌再生和就地再生技术。然而，采用乳化沥青再生，通常采用厂拌，与水泥稳定碎石类基层材料的生产工艺较为类似。笔者针对水泥改性乳化沥青再生混合料路用性能进行研究，首先对制备乳化沥青原材料的基本性能进行测试，建立配方方案。然后制备改性沥青混合料，对其高温稳定性、低温抗裂性以及抗水损害性能进行分析，并对水泥在乳化沥青再

生混合料中的作用机理进行分析。

原材料性能

沥青性能

选用克拉玛依90#基质沥青(其基本性能符合相关规范要求)用于制备乳化沥青。乳化沥青采用胺类乳化剂，选用氯化钙和聚乙烯醇作为添加剂，目的在于增强粘结性、提高沥青的平滑性和稳定性能，根据乳化沥青温度确认方法，乳化剂加热至53℃，沥青130℃进行搅拌能够满足要求。根据材料性能将pH值调至2。

水泥基本性能

采用P．O．42.5水泥作为改性剂添加到乳化沥青中，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》相关试验方法对水泥的基本性能指标进行测试。

旧路面材料

水泥改性乳化沥青再生混合料选用云南昆玉高速公路具有代表性的铣刨料进行试验，经过旧料的含水量试验可知：铣刨的沥青混合料含水量在0.31%~0.48%之间，含水量较小，抽提结果显示，旧料沥青含量在4.0%~4.4%之间，因此重点考虑材料在高温条件下的性能。

此外，采用阿布森法对铣刨料中的沥青进行回收并通过针入度、延度、软化点等指标评价沥青老化性能，从测试结果看：老化沥青的针入度小，软化点高，延度较低，说明其老化相对比较严重。

高温稳定性能试验

根据旧料基本性能，确定再生沥青混合料的级配，3.2%，根据试验情况，采用双面击实试验所得试件的性能优于单次击实成型的试件。根据此次试验研究的基本目的，对不同水泥和乳化沥青掺量的混合料的路用性能进行试验研究，。

。根据中国乳化沥青再生材料相关技术规范要求，在40℃条件下进行试验，分别在乳化沥青中掺1%、2%、3%、4%共4种水泥剂量，以乳化沥青含量为2%、3%、4%、5%、6%共5种用量下制作试验试件，，以评价不同水泥掺量和乳化沥青下的高温性能。

可知：当水泥掺量为1%、2%、3%、4%时的稳定度最大值所对应的沥青用量分别为4.92%、4.48%、4.18%、3.83%。当乳化沥青用量相同时，，水泥掺量为1%时的最小稳定度为3.72kN，最大稳定度出现在掺量为4%的12.58kN，当水泥含量从1%增加到2%时，稳定度增长幅度相对较小，然而当水泥掺量逐渐增加到3%时，。这是因为当水泥用量较小时，水泥在乳化沥青混合料中形成的水泥石网络尚不明显，不能充分发挥其粘结性能，当水泥达到3%后，其性能逐渐凸显，增强了混合料在高温条件下的稳定性能。相同乳化沥青掺量下，随着水泥掺量的变化。

可知：乳化沥青较少时，随着水泥含量的增加，其稳定度变化比较明显，而当乳化沥青用量在4%~6%之间时，，这是因为当沥青用量较小时，其中的水泥成分起到较大的粘结作用，而沥青用量较大时，沥青发挥的粘结性能较强，其中的水泥含量越小，则越不能形成水泥石网络结构，水泥发挥的粘结作用较弱，乳化沥青对强度的形成起到主导作用。二者合理使用，乳化沥青中的水泥有利于减少最佳乳化沥青用量，一定程度上不仅能够增强沥青与集料之间的粘结性能，还可以节约沥青用量，降低成本。

高温车辙试验

高温条件下，渠化交通和荷载的增加容易使路面受力疲劳后发生塑性变形，产生车辙。高温车辙试验测定的动稳定度是评价沥青混合料高温稳定性能的重要指标。在温度为60℃条件下以每1mm变形的标准轴载作用次数作为动稳定度评价其高温性能。

可知：在水泥含量为2%的条件下，乳化沥青用量为2%时的动稳定度为2624次/mm，随着乳化沥青含量的增加，动稳定度呈现先增大后降低的变化趋势，从2%增加到3%时，动稳定度逐渐增加，当乳化沥青含量超过4%时，动稳定度急剧下降，乳化沥青含量超过5%接近6%时，其动稳定度已经小于800次/mm，已经低于普通热拌沥青对高温抗车辙性能的基本要求，根据工程实际情况，适当增加水泥含量和减少乳化沥青含量，一定程度上能够增强沥青和集料之间的粘结性能，能够增强再生沥青混合料的抗车辙能力。从试验结果看，考虑到乳化沥青含量对高温性能的影响，乳化沥青的最佳含量建议不低于2.5%且不超过4%。由于水泥在乳化沥青再生混合料中通过水化作用形成一定的水泥石网状结构，起到一定的加固作用。此外水泥自身的化学成分也有利于增强与集料的粘附性能，提高其高温稳定性。

低温抗裂性能

采用低温弯曲试验来评价水泥改性乳化沥青再生混合料的低温抗裂性能，根据沥青混合料相关试验规程，在水泥掺量分别为1%、2%、3%、4%共4种用量下，乳化沥青含量为2%、3%、4%、5%、6%时制作车辙板试件，按照长×宽×高为(250±2.0)mm×(30±2.0)mm×(35±2.0)mm制作棱柱形小梁，将其放入跨径为(200±0.5)mm的试验机上，将温度控制为-10℃、以50mm/min的加载速率进行试验。

可知：沥青混合料抗弯拉强度总体随着乳化沥青含量的增加逐渐增大，其中水泥含量为3%和4%时的增长幅度较为平稳，从总体上看，水泥改性乳化沥青混合料的弯拉强度在1.74~4.08MPa之间变化，特别是水泥用量为2%时，曲线变化规律性较差，乳化沥青含量在2%~3%之间时，弯拉强度逐渐增加，在乳化沥青含量为4%时又呈现一个较低的强度，随后逐渐增大，乳化沥青含量在3%~4%之间时，其抗弯拉强度变化幅度不明显，但是，用量低于2.5%或者高于5%之后，其力学性能较差。

乳化沥青再生混合料的弯拉强度是评价其路用性能的重要指标。该文对5种不同乳化沥青用量的再生混合料在4种水泥掺量下进行沥青混合料抗弯拉强度试验。

可知：随着水泥含量的增加，其抗弯拉强度逐渐降低，说明水泥用量过大，将不利于乳化沥青再生材料抵抗低温破坏能力。由于水泥属于水硬性材料，在低温条件下具有一定的脆性，掺量越多，在再生沥青混合料中形成的水泥石越多，水泥石的脆性表现越为明显，乳化沥青的低温柔性优势不能得以施展，材料的低温性能越差，但是由于水泥的加入有利于提高乳化沥青混合料的高温稳定性能。水泥和乳化沥青之间的相互作用对再生混合料路用性能的提高具有一定制约性，不同指标受到影响的方向略显矛盾。所以对水泥和乳化沥青的用量需考虑一个最佳掺量范围，兼顾彼此性能，才能在不影响乳化沥青的前提下发挥水泥的效果。为进一步评价低温条件的抗裂性能，对小梁弯曲试验的破坏应变进行测试。

可知：不同水泥和乳化沥青含量下的破坏应变在1608~4003με之间，水泥掺量超过2%时，除开乳化沥青用量较大情况的破坏应变能够满足规范要求外，其余均不满足《公路沥青路面施工技术规范》中对沥青混合料关于低温破坏应变规定的2600με的要求。因此，过量的水泥掺量对混合料的低温性能会产生一定的负面影响，建议水泥掺量不高于2%，才能兼顾乳化沥青混合料的高低温性能。

抗水损害性能

采用冻融劈裂试验测定沥青混合料的残留稳定度评价其抗水损害性能，制备试件的材料方案与其高温稳定性和低温抗裂性相同。

可知：当水泥用量为1%时，其残留稳定度在74.1%~79.3%之间变动。随着水泥掺量的增加，残留稳定度逐渐增大，当水泥掺量为2%、3%、4%时，最大残留稳定度分别为87.4%、89.1%、89.6%，只有当水泥掺量为1%和2%时，二者冻融前后的劈裂强度相差比较明显，残留稳定度提高较大，水泥掺量从2%增加到4%时，其残留稳定度提高幅度较小。从沥青混合料抗水损害试验结果可知乳化沥青掺量为3.2%，水泥用量为2%时，沥青混合料的残留稳定度满足规范要求。

抗压回弹模量试验

根据《公路沥青路面设计规范》相关规定，采用20℃抗压回弹模量分析路面弯沉，根据沥青混合料成型方法制备直径和高度均为(100±2)mm的试件进行单轴压缩试验测定其抗压强度和抗压回弹模量。

可知：当温度为20℃时，当水泥掺量不变时，随着乳化沥青用量的增加，抗压强度基本呈先增大后降低的趋势。其中，随着水泥从1%增加到4%，沥青混合料的单轴抗压强度逐渐上升，这说明水泥的掺入有利于提高混合料的抗压强度。

可知：水泥改性乳化沥青混合料的抗压回弹模量的变化范围在514.8~871.6MPa之间。比通常情况下的级配碎石要高很多，具有较高的承受荷载能力，沥青混合料作为一种柔性材料，在添加水泥后使其刚度增加，有利于提高路面的承载能力和使用性能。单从抗压回弹模量可知，水泥含量相对较高时的抗压强度和回弹模量都较大，但是考虑到沥青混合料的其他稳定性能，推荐水泥掺量在2%时较为适宜。

水泥的作用效应与效果分析

由于铣刨旧料中的集料在机械作用下进一步破碎裸露，与水泥之间发生较为复杂的物理作用和化学作用，其中物理作用主要是水泥颗粒与集料拌和均匀后产生物理吸附，在适当的湿度和温度下密实，形成一定的强度。水泥遇到水后发生水化反应，与材料中的有机质发生聚合反应形成凝结力。在乳化沥青中，水泥的水化反应放出的热量能够加快乳化沥青破乳后的水分蒸发，加速了混合料强度形成。从试验结果可知：水泥掺量2%时，随着乳化沥青含量的增加，再生沥青混合料的动稳定度从2624次/mm增加到3368次/mm最后又降低到212次/mm，变化幅度极大。水泥用量的变化，对其温度稳定性同样产生较大影响，水泥用量越大，其高温稳定性越好，其低温抗裂性能越差。水泥用量相对较大的情况下，沥青混合料的抗水损害性能得改善程度更为明显。

结论

通过对水泥改性乳化沥青再生混合料原材料性能测试、配比设计以及对其路用性能进行试验研究，得出以下结论：

(1)水泥的掺入能够有效提高水泥改性乳化沥青再生混合料的高温稳定性能和抗水损害性能，推荐水泥掺量为2%，此时，动稳定度>3300次/mm，残留稳定度>87%。

(2)水泥的掺入对乳化沥青再生混合料的低温抗裂性能产生负面影响。其掺量超过2%时，只有增加乳化沥青用量才能满足低温破坏应变>2600με的要求。

(3)添加水泥有利于提高混合料的抗压强度和抗压回弹模量，有利于降低路面弯沉，提高路面承载能力。

欢迎访问公众号官方网站——中国沥青路面网，中国最大、最权威的行业交流网站。网站定位决策者浏览的网站，为相关决策提供前瞻技术与信息支撑。我们愿意通过“中国沥青路面网”分享行业决策经验与相关资讯，共同提升行业水平。域名如下：www.asphaltpavement.cn；中文域名：沥青路面.中国，沥青路面.cn。行业QQ群号：193697702。