摘要
以回收沥青路面材料（RAP）和回收水泥稳定碎石层材料（RAC）为主要集料，选取适宜级配的碎石作为新集料，设计出级配接近规范规定级配范围中值的泡沫沥青、乳化沥青和水泥稳定冷再生混合料，并确定了各冷再生混合料的适宜配比。RAP与RAC占冷再生混合料的80％。在得到各冷再生混合料抗压回弹模量的基础上，进一步给出了泡沫沥青、乳化沥青冷再生混合料的动态模量，为其推广应用提供了试验基础。
关键词
RAP
沥青路面再生
冷再生混合料
动态模量
沥青路面长期服役性能不断衰减，导致不能满足路用性能要求，但可以作为一种再生路用材料用于公路的维修或建设。在公路维修或建设时，常采用沥青路面再生技术，对需要维修或废弃的沥青路面进行铣刨、翻挖、破碎、筛分等处理，通过掺加一定的新集料、新沥青和再生剂等，拌和后形成能满足路用性能要求的再生混合料，用于重新铺筑路面面层或基层。沥青路面再生包括面层再生和基层再生，尽管再生混合料的性能略低于其原始状态值，但仍能满足路用性能要求。目前，在公路路面的维修和扩建中，泡沫沥青冷再生混合料、乳化沥青冷再生混合料及无机结合料稳定冷再生混合料的应用效果均比较理想。中国每年因公路维修和改造而产生大量的旧沥青混合料，通过冷再生技术将沥青路面面层和基层的旧料用于路面的维修和建造，既可节省大量筑路材料，降低工程造价，又可减少环境污染，有利于经济和资源的循环可持续发展。该文将结合已有研究成果，对旧沥青路面冷再生混合料性能进行研究。
原材料
回收沥青路面材料(RAP)的性能
对现场回收沥青路面材料(RAP)进行筛分与物理参数测试，并与其抽提旧沥青后的矿料集料进行对比，RAP及其抽提集料的筛分结果如表1所示，旧沥青的物理参数如表2所示。
回收水泥稳定碎石层材料(RAC)的性能
现场回收水泥稳定碎石层材料(RAC)的筛分结果如表3所示。
再生剂
(1)水泥：P.C.32.5级复合硅酸盐水泥。
(2)泡沫沥青：基质沥青为70#沥青，其性能指标如表4所示。泡沫沥青发泡温度为℃、发泡用水量为2％，泡沫沥青膨胀率为13.7倍、半衰期为12s。
(3)乳化沥青：采用慢裂快凝型阳离子乳化沥青，其性能指标如表5所示。
试验方法
泡沫沥青与乳化沥青冷再生混合料的设计：根据JTGF41－《公路沥青路面再生技术规范》及现行JTJ－《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，进行配合比设计，确定最佳含水率、最佳沥青用量，并测试冷再生混合料的抗压强度和抗压回弹模量。试件的成型、养生等首先满足JTGF41－《公路沥青路面再生技术规范》的要求。
沥青冷再生混合料的动态模量试验：采用AASHTOTP－62动态模量试验方法，在无围压的条件下，选择单轴压缩试验的方式，施加连续正弦荷载，测试不同温度、不同荷载频率下的动态模量。试验温度分别为4、15、25、40℃，每一温度下分别测试25、20、10、5、1、0.5、0.1Ｈｚ不同荷载频率下的动态模量。
水泥稳定冷再生混合料的设计：根据JTG－《公路路面基层施工技术规范》及现行JTGE51－《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》，确定最佳含水量和最大干密度，通过无侧限抗压强度试验和劈裂试验确定适宜的水泥掺量，并测试抗压回弹模量。将成型后的试件室温条件下放置，直至相应龄期。
冷再生混合料的设计及性能
冷再生配合集料的配合比研究
为研究RAP－RAC冷再生配合集料的配比，试验分别选取RAP:RAC配合比依次为1:9、3:7、5:5、7:3、9:1的5组配合集料(依次编号为RA1、RA2、RA3、RA4、RA5)，进行冷再生配合集料设计，试验结果如图1所示。
由图1可知：各配合比下冷再生配合集料的级配离散性较大，细料明显偏少，普遍低于级配范围下限，不满足规范规定级配范围。冷再生配合集料中粗料比例过大，将会影响冷再生混合料初期强度，造成冷再生混合料设计的不合理，同时不利于其性能的发挥。因此，需要对冷再生配合集料进行进一步的级配设计。
沥青冷再生混合料的设计及性能
(1)冷再生混合料的级配设计
沥青冷再生混合料设计中，细料(尤其是小于0.ｍｍ的填料)含量决定了沥青冷再生混合料的强度、稳定性、工作性等性能。水泥、矿粉等水硬性填料有助于增加沥青冷再生混合料的马歇尔稳定度、间接拉伸强度和回弹模量，从而提高其抗水损坏性能和抵抗永久变形能力。在冷再生配合集料配合比研究的基础上，通过添加一定级配的新集料，对泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的级配进行设计，试验设计及结果如表6、7和图2、3所示。
由图2、3可知：冷再生混合料的级配基本落在规范规定级配范围之内，其中FA4组的级配更接近泡沫沥青冷再生混合料级配范围的中值，EA4组的级配更接近乳化沥青冷再生混合料级配范围的中值。这两组冷再生混合料中，RAP均占56％，而冷再生集料均占到80％。后续泡沫沥青和乳化沥青冷再生混合料的试验研究分别以FA4组级配和EA4组级配为试验级配。
(2)最佳含水率OWC
使用3％泡沫沥青的FA4组泡沫沥青冷再生混合料及使用4％乳化沥青的EA4组乳化沥青冷再生混合料的干密度－含水率关系曲线如图4所示。
FA4组泡沫沥青冷再生混合料最大干密度为2..22g/cm3，最佳含水率为6.4％。EA4组乳化沥青冷再生混合料最大干密度为2.22g/cm3，最佳含水率为5.75％。
(3)最佳沥青用量
①最佳泡沫沥青用量OAC
针对FA4组泡沫沥青冷再生混合料，选取5个不同的泡沫沥青用量(分别为2.2％、2.7％、3.2％、3.7％、4.2％),取最佳含水率的70％为拌和用水量，进行15℃劈裂试验、浸水24ｈ的劈裂试验及冻融劈裂试验，试验结果如图5所示。
由图5可知：泡沫沥青用量为2.7％～4.2％时，泡沫沥青冷再生混合料的劈裂试验、冻融劈裂试验结果均满足公路基层、底基层的技术要求，最佳泡沫沥青用量为3.2％。
②最佳乳化沥青用量OEC
针对EA4组乳化沥青冷再生混合料，选取5个不同的乳化沥青用量(2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％)，以最佳含水率减去乳化沥青中自身的含水量，作为拌和用水量，进行15℃劈裂试验、浸水24ｈ的劈裂试验及冻融劈裂试验，试验结果如图6所示。
由图6可知：乳化沥青用量为2.5％～4.5％时，乳化沥青冷再生混合料的劈裂试验、冻融劈裂试验结果均满足公路基层、底基层的技术要求，最佳乳化沥青用量为4.0％。
(4)抗压强度与模量
沥青混合料抗压回弹模量是路面结构设计的重要参数之一。在路面结构设计中，静态的抗压回弹模量因可操作性强而被推广使用，但其并不能反映实际路面的受力状态，而动态模量更符合实际路面结构的受力情况，能更合理地反映沥青混合料的特性。根据FA4组级配泡沫沥青冷再生混合料、EA4组级配乳化沥青冷再生混合料的设计结果，分别测试其抗压强度、抗压回弹模量及动态模量，试验结果如表8、9所示。
由表9可知：同一荷载频率下，沥青冷再生混合料的动态模量随试验温度的升高而减小，而同一温度下，沥青冷再生混合料的动态模量随荷载频率的增加而增大。相较于抗压回弹模量，动态模量更能反映沥青冷再生混合料在不同试验条件下的特性。
水泥稳定冷再生混合料的设计及性能
(1)冷再生混合料的级配设计
在冷再生配合集料配合比研究的基础上，通过添加一定级配的新集料，对水泥稳定冷再生混合料的级配进行设计，试验设计及结果分别见表10、图7。
由图7可知：水泥稳定冷再生混合料的级配基本落在规范规定级配范围之内，其中CS3组的级配更接近规范规定级配范围的中值。此时，RAP的掺配比为40％，冷再生集料的掺配比为80％。后续试验研究均以CS3组级配为试验级配。
(2)最佳含水量和最大干密度
针对CS3组水泥稳定冷再生混合料，选取5个不同的水泥用量(3％、4％、5％、6％、7％)，确定各水泥用量下的最佳含水量和最大干密度，试验结果如图8所示。由图8可知：随着水泥用量的增加，冷再生混合料的最佳含水量和最大干密度整体均呈现增加的趋势。水泥与水接触后会发生水化，尽管初始阶段的水化程度比较低，但随着水泥用量的增加，水化反应需水量也会增加，使冷再生混合料的最佳含水量随之增加；另外，尽管水泥在早期水化程度低，不能产生大量的水化产物，但水泥及其水化产物的填充作用仍增加了试件的密实度，从而使试件最大干密度增加。
(3)无侧限抗压强度和劈裂强度
在最佳含水量和最大干密度试验结果基础上，测试无侧限抗压强度和劈裂强度，试验结果如图9所示。
由图9可以看出：水泥稳定冷再生混合料的无侧限抗压强度和劈裂强度均随水泥用量的增加而增大，并随养生龄期的延长而增加，强度的发展符合水泥稳定类材料强度发展的规律。7d无侧限抗压强度满足水泥稳定冷再生混合料用作高速公路和一级公路基层的技术要求。考虑到水泥用量偏大易造成收缩开裂，综合施工方面的因素，水泥掺量以4％为宜。
(4)抗压回弹模量
根据CS3组级配水泥稳定冷再生混合料的设计结果，采用静压法成型试样并进行养生，养生条件为试件成型后，室温放置，直至相应龄期，测试抗压回弹模量，试验结果如表11所示。
由表11可知：随着水泥用量的增加及养生龄期的延长，抗压回弹模量不断增大，并与无侧限抗压强度和劈裂强度的发展规律相一致。基层的回弹模量应适中且应与面层相匹配。回弹模量过小的基层会使面层因拉应力或拉应变过大而过早开裂；回弹模量过大，则基层极易因干缩和温缩而开裂，降低抗裂性能。
结论
(1)以RAP:RAC＝7:3的冷再生集料，选择适宜级配的碎石作为新集料，按照冷再生集料:碎石:水泥＝80:18.5:1.5的配合比，分别在OWC＝6.4％、OAC＝3.2％，以及OWC＝5.75％、OEC＝4.0％的配比下，设计的泡沫沥青冷再生混合料与乳化沥青冷再生混合料，性能满足公路基层、底基层的技术要求；冷再生混合料中，RAP占56％，冷再生集料占80％。
(2)以RAP:RAC＝5:5的冷再生集料，选择适宜级配的碎石作为新集料，按照冷再生集料:碎石＝80:20的配合比，在水泥用量4％、最佳含水量6.0％的条件下，水泥稳定冷再生混合料的性能满足高速公路和一级公路基层的技术要求；RAP占冷再生混合料的40％，冷再生集料占80％。
(3)相同条件下，沥青冷再生混合料的动态模量随试验温度的升高而减小，并随荷载频率的增加而增大；水泥用量的增加及养生龄期的延长均可增加水泥稳定冷再生混合料的抗压回弹模量，强度的发展符合水泥稳定类材料强度发展的规律。
全文完。首发于《中外公路》年12月第38卷。作者简介：付涛，男，高级工程师.Ｅ－ｍａｉｌ：＠ｑｑ.ｃｏｍ。登陆
