旧沥青混合料颗粒团强度测试分析
旧沥青混合料颗粒团强度测试分析
徐银1 杨恒敏2
1.河南省中原路桥建设（集团）有限公司 河南 南阳 473000；
2.南阳市公路工程处 河南 南阳 473000
摘要：本文对旧沥青混合料颗粒团进行了表面积分析和强度测试，由旧沥青混合料颗粒团比表面积测试结果可以看出，在再生混合料中，存在大量的旧料颗粒团内部的表面积，此部分表面积一般不会被新胶结料粘结，而只是依靠原有的老化沥青起到粘结作用，因此有必要对此部分的强度进行测试，以评价旧颗粒团在再生混合料中的作用。
关键词：旧沥青混合料；颗粒团；强度测试
在沥青铣刨料中含有大量的旧料颗粒团，当进行冷再生时，旧沥青混合料颗粒团也是以整体型式存在于再生混合料中。当再生混合料受力时，旧料颗粒团作为一个独立单元体，其分担荷载的能力主要来源于颗粒团内部的原有强度；因此旧料颗粒团内残留强度的大小直接决定了再生混合料的强度。
1 旧料颗粒团比表面积分析
在铣刨料中含有大量的旧料颗粒团，这从图1中就可以明显看出，旧料经三氯乙烯抽提后，其级配明显变细。表明抽提过程中，三氯乙烯将大量颗粒团溶解开了。
图1 抽提前后旧料级配的变化
为了进一步定量分析旧料中颗粒团的含量，对旧料抽提前后的比表面积进行了计算，计算结果如表1所示。比表面积在一定程度上反映了颗粒的分散程度，从表1中可以看出，旧料在抽提前，其总的比表面积较小，相同的旧料经抽提后，其比表面积迅速增加，抽提后的比表面积是抽提前的三倍多。
抽提前旧料的比表面积是旧沥青混合料经铣刨破碎后形成的新表面，当进行冷再生处理时，所添加的乳化沥青、水泥等胶结料就黏附于此表面积上，将大小不同的旧料颗粒团粘结成整体。而抽提后所获得的比表面积，是旧料中全部集料表面积之和，其中既包括了铣刨破碎形成的新表面，也包括了旧料颗粒团中仍由旧沥青黏结着的原有比表面积。当冷再生混合料受力时，无论是新胶结料粘结的表面还是旧沥青黏结的表面，均有可能在荷载的作用下产生破坏。而由表1的计算结果可以看出，此时新胶结料所粘结的表面积仅占总表面积的30%左右，也就是说，在冷再生混合料中，大量的界面是由路面中原有的老化沥青黏结着。
在冷再生过程中，为了调整再生混合料的级配并提高再生混合料的性能，通常需要添加一定量的新料。根据实际工程数据，采用78%的旧料添加20%的新料，并添加2%的矿粉，重新计算其混合料的比表面积，计算结果如表1所示。可以看出，由于新集料及矿粉的加入，混合料中的比表面积明显增加；经与抽提后的级配对比，可以看出，此时混合料的比表面积占混合料中总比表面积的比例提高到了60%左右。而由旧沥青粘结的表面积在混合料总表面积中仍占据了40%左右的比例，表明在冷再生混合料中，即使添加了新料，旧料颗粒团对整个再生混合料的影响也是不可忽视的。
表1 不同混合料的比表面积
|
筛孔尺寸(mm) |
19 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
集料比表面总和SA(m2/kg) |
新界面所占比例 |
|
|
表面积系数FAi |
0.0041 |
0.0041 |
0.0082 |
0.0164 |
0.0287 |
0.0614 |
0.1229 |
0.3277 |
/ |
||
|
旧料抽提前 |
通过百分率Pi(%) |
100 |
39.4 |
20.1 |
10.7 |
5.8 |
1.7 |
0.7 |
0.1 |
/ |
30.7% |
|
比表面FAi×Pi (m2/kg) |
0.4100 |
0.1615 |
0.1648 |
0.1755 |
0.1665 |
0.1044 |
0.0860 |
0.0328 |
1.3015 |
||
|
旧料抽提后 |
通过百分率Pi(%) |
100 |
45.1 |
28.6 |
20.2 |
12.7 |
8.6 |
7.1 |
4 |
/ |
|
|
比表面FAi×Pi (m2/kg) |
0.4100 |
0.1849 |
0.2345 |
0.3313 |
0.3645 |
0.5280 |
0.8726 |
1.3108 |
4.2366 |
||
|
78%旧料+20%新料+2%矿粉抽提前 |
通过百分率Pi(%) |
100 |
41.732 |
22.458 |
14.386 |
10.484 |
5.146 |
5.066 |
3.938 |
/ |
60.7% |
|
比表面FAi×Pi (m2/kg) |
0.4100 |
0.1711 |
0.1842 |
0.2359 |
0.3009 |
0.3160 |
0.6226 |
1.2905 |
3.5311 |
||
|
78%旧料+20%新料+2%矿粉抽提后 |
通过百分率Pi(%) |
100 |
46.178 |
29.088 |
21.796 |
15.866 |
10.528 |
10.058 |
6.98 |
/ |
|
|
比表面FAi×Pi (m2/kg) |
0.4100 |
0.1893 |
0.2385 |
0.3575 |
0.4554 |
0.6464 |
1.2361 |
2.2873 |
5.8206 |
||
2 旧料颗粒团的残留强度测试分析
旧料颗粒团是由旧路面经铣刨而形成的，其颗粒大小不等、形状各异，目前还没有较为适宜的方法直接测试其强度，为此探索采用了砂浆胶结法。即采用固定配比的水泥砂浆，将不同比例的旧料颗粒团胶结在一起，并测试试件的劈裂强度，依据强度测试结果外推，当水泥砂浆量为零使的强度，以此强度来表征旧料颗粒团的强度。
试验中按水：水泥：砂=1：2：3比例配置水泥砂浆，铣刨料只取2.36mm~16mm粒径的。分别按重量比，砂浆：旧料=100:0、70：30、60：40、50：50制作马歇尔试件，试件振捣成型。试件首先在室温下养生两天（第一天脱模，对试件影响较大），每隔一段时间洒水潮湿养护。脱模后，放在水泥混凝土养护室养护三天。第五天测试件强度。强度测试结果如图2所示。
图2 水泥砂浆旧料颗粒团的强度
由图2可以看出，虽然由于旧料颗粒团具有较明显的离散型，所以导致试验结果的回归相关性并不高，但仍可以看出，随着砂浆比例的提高，试件的强度明显提高，也即试件的强度随旧料颗粒团含量的提高而下降。将回归曲线外推，可以获得当水泥掺量为零时，试件颗粒团的劈裂强度为0.62MPa。可以看出，按此方法所确定的颗粒团的强度虽然较低，但与现行规范中对冷再生混合料的劈裂强度较为接近；这在一定程度上表明了现行规范中对冷再生混合料确定的规定是有一定依据的。由冷再生混合料中旧料颗粒团的比表面积所占比例和强度的测试结果可以看出，由于在冷再生混合料中，旧料颗粒团的强度偏低而所占比例又偏高，因此冷再生混合料的强度不可能很高，也就不能对冷再生材料的强度提出过高要求。
为了进一步验证上述观点，采用相同级配的冷再生混合料和新集料，采用不同水泥用量制作试件，测试其劈裂强度，测试结果图3所示。
图3 不同水泥用量下，新料与旧料试件的强度
由图3可以看出，在级配相同、水泥相同、水泥用量相同、水灰比相同的条件下，采用旧料所制备的试件强度与采用新料制备的试件强度变化规律明显不同。可以看出，当采用新集料制备试件时，试件的强度随水泥剂量的增加而呈线性增加；但当用旧料制备试件是，试件的强度随水泥剂量的增加表现出明显的非线性，当水泥剂量小于2%时，试件的强度有明显的增加趋势，但当水泥剂量进一步增加时，试件的强度却出现了拐点，不再明显增加，试件的强度稳定在0.5MPa左右，与新集料试件的1MPa，相差了一倍。
3 结论
试验结果均表明，由于冷再生混合料是由旧料颗粒团构成，因此其强度构成明显不同于传统的道路工程材料；旧料颗粒团的固有强度，在很大程度上限制了冷再生混合料的强度。因此对于冷再生技术来讲，重要的不是对其强度提高过高的要求，而是针对其强度构成特性，获取优良的综合性能，同时根据其性能特点进行有针对性的结构设计。