luda 文章来源：微信公众号"沥青路面”
引言
随着全球环境问题的日益凸显，低碳经济已成为人类发展的关注焦点，而交通领域的节能减排成为低碳经济的重点，在国家发展循环经济、走可持续发展道路战略方针的指引下，沥青路面再生技术受到广泛关注。乳化沥青冷再生技术是指将沥青路面经过铣刨、翻挖、回收、破碎和筛分后，加入一定比例的乳化沥青、新集料(如需要)和水，经过拌和、摊铺和碾压等工艺，形成满足一定性能要求的路面结构层的一种路面养护维修技术。其具有便捷节能、环保高质、高效低价、旧料利用率高、使用寿命长等多项技术优势。随着我国公路养护所面临的新形势与挑战，以及我国公路建设、养护中的环境保护与可持续发展问题的日益凸显。橡胶粉属于废旧材料，目前各国已经开展了大量橡胶粉改性沥青及其混合料性能方面的研究，结果表明，胶粉橡胶沥青具有粘度高、温度稳定性好，橡胶沥青的抗老化性能，与其对应的基质沥青相比更为优秀;橡胶沥青与非改性沥青相比，对于疲劳损伤具有更好的自愈合能力，从而具有更长的疲劳寿命，寿命周期费用分析表明，橡胶沥青通常是经济有效的。目前国外已经开展了部分橡胶粉改性乳化沥青方面的研究，总体仍处于起步阶段，但鲜见将橡胶粉改性乳化沥青用于生产乳化沥青冷再生混合料方面的研究，本文研究了不同胶粉掺量情况下橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料的强度特性、路用性能及抗疲劳性能，并结合实体工程运用，推荐了用于乳化沥青冷再生混合料的适宜性橡胶粉掺量，为橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料在国内外的推广应用提供借鉴。
原材料及橡胶粉改性乳化沥青制备
基质沥青选用Shell70A级道路石油沥青，经检测沥青各项性能指标均满足现行施工技术规范要求。试验选用SBS改性乳化沥青和普通乳化沥青作为对照试验。RAP取自陕西某高速公路大中修施工现场，根据RAP筛分试验结果，确定需要添加新集料来调整混合料级配，10～20mm石灰岩碎石掺量为10%，RAP掺量为80%，机制砂掺量为10%，确定混合料合成级配见表1。试验选用的水泥为耀县普通硅酸盐水泥PO32．5，水泥以外掺的形式添加，掺量为1．5%。首先制备橡胶粉改性沥青，制备乳化沥青时选用阿克苏MQK—1M(乳化剂B)慢裂慢凝阳离子乳化剂。乳化沥青由乳化剂、盐酸调节剂经室内DALWORTH小型胶体磨制备而成。
试验结果表明:①不同橡胶粉掺量的乳化沥青其各项性能指标均满足现行《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41—2008)要求，橡胶粉改性沥青可用于生产乳化沥青冷再生混合料。②随着橡胶粉掺量增大，乳化沥青蒸发残留物的延度呈先增大后减小的变化趋势，软化点指标随橡胶粉掺量的增大而增大，这与掺加橡胶粉后橡胶粉改性沥青针入度和软化点试验结果相类似，可见掺加橡胶粉会改善乳化沥青的高、低温性能。③随着橡胶粉掺量增大，改性乳化沥青的1d、7d常温储存稳定性变差，尤其橡胶粉掺量超过22%后1d、5d储存稳定性显著增大，以此确定橡胶粉掺量不宜超过22%。④以15℃延度和25℃弹性恢复率作为评价指标，相比SBS改性乳化沥青，橡胶粉改性乳化沥青具有良好的储存稳定性，且具有更高的柔韧性和弹性。
橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料配合比设计
按照《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41—2008)技术要求，采用修正马歇尔法进行乳化沥青冷再生混合料配合比设计。采用重型击实试验确定乳化沥青冷再生混合料最佳拌合用水量为3．8%，以干劈裂强度最大，同时兼顾干湿劈裂强度比较大的原则确定最佳乳化沥青用量。
试验结果表明:①在最佳拌合用水量和最佳乳化沥青用量情况下，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料的干劈裂强度均大于0．66MPa，干湿劈裂强度比均大于90%，冻融劈裂强度比均大于为80%、空隙率为11%～13%，满足规范劈裂强度＞0．5MPa(下面层)、干湿劈裂强度比＞75%、冻融劈裂强度比＞70%、空隙率9%～14%的要求。②随着橡胶粉掺量增大，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料干ITS和马歇尔稳定度呈先增大后减小的趋势，以峰值劈裂强度确定最佳橡胶粉掺量为20%，在此橡胶粉掺量下，相比SBS改性乳化沥青冷再生混合料，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度和马歇尔稳定度均较大。③与普通乳化沥青冷再生混合料相比，掺加橡胶粉后冷再生混合料空隙率增大，随着橡胶粉掺量增大，空隙率呈增大趋势，这与橡胶粉改性沥青增柔作用及压实后弹性恢复有关，因此橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料在施工过程应确保足够的压实度。
橡胶粉改性的乳化沥青冷再生混合料强度特性
早期强度
我国《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41—2008)对乳化沥青冷再生混合料开放交通条件进行了规定，要求冷再生层在加铺上层结构前必须进行养生，养生时间不宜少于7d，由于对乳化沥青冷再生混合料早期开放交通条件把握不准确导致沥青路面出现车辙等病害，究其原因主要是现行规范配合比设计中只注重了乳化沥青冷再生混合料的中长期强度，较少涉及混合料早期强度。实践证明，工程应用过程中出现问题最多的往往是混合料早期强度形成阶段。本文将成型的双层车辙板试件在一定温度和湿度(20℃，相对湿度90%)的养生环境内进行模拟养生1～7d，进行强度测试和钻取芯样试验。
试验结果表明:在20℃相对湿度50%条件下，随着养生时间增加，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料劈裂强度呈指数函数关系增大，拟合关系良好。相同养生时间内随着橡胶粉掺量增大，乳化沥青冷再生混合料劈裂强度呈先增大后减小的变化趋势，在20%～22%橡胶粉掺量时劈裂强度达到峰值。相比而言，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料的劈裂强度远大于普通乳化沥青冷再生混合料，20%和22%橡胶粉掺量的乳化沥青冷再生混合料早期强度大于SBS改性乳化沥青冷再生混合料。20%橡胶粉掺量的改性乳化沥青冷再生混合料在20℃、90%湿度环境条件下养生3d即可取出完整的芯样，钻芯试验结果与SBS改性乳化沥青冷再生混合料相差不大，可见采用橡胶粉改性乳化沥青可提高冷再生混合料的早期强度，这对加快施工进度和减少冷再生层早期病害有利。
抗压回弹模量
抗压回弹模量是进行路面结构设计时选取材料设计参数的重要依据，是计算路面结构弯沉与层底弯拉应力(应变)的关键参数。抗压回弹模量试件制备:静压法成型150mm(直径)×150(高)圆柱体试件，半封闭置于60℃鼓风烘箱养生3对，养生结束后测试件无侧限抗压强度和抗压回弹模量，试验方法严格按照现行沥青及沥青混合料试验规程执行。
试验结果表明:橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料的抗压强度和抗压回弹模量均大于普通乳化沥青冷再生混合料。随着橡胶粉掺量增大，改性乳化沥青冷再生混合料抗压回弹模量和无侧向抗压强度呈先增大后减小的变化趋势，在20%橡胶粉掺量时抗压强度和抗压回弹模量均出现峰值，掺橡胶粉后乳化沥青冷再生混合料的抗压回弹模量900～1200MPa。与SBS改性乳化沥青冷再生混合料相比，20%橡胶粉掺量的乳化沥青冷再生混合料抗压强度为3．19MPa，大于SBS改性乳化沥青冷再生抗压回弹模量2．92MPa，抗压回弹模量也大于SBS改性乳化沥青冷再生混合料。可见采用橡胶粉改性乳化沥青所生产的冷再生混合料具有较高的强度和较好的柔韧性。
橡胶粉改性的乳化沥青冷再生混合料路用性能
按照现行施工规范要求采用车辙试验评价沥青混合料的高温稳定性，采用－10℃小梁弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性，采用浸水马歇尔和冻融劈裂试验评价复合改性沥青混合料的水稳定性。车辙试验参数为:试验温度60℃，试验轮行走速率(42±1)次/min，试件尺寸为300mm(长)×300mm(宽)×100mm(高);低温弯曲试验参数为:试验温度为－10℃，加载速率为50mm/min，试验时采用单点加载方式。
车辙试验结果表明:随着橡胶粉掺量增大，改性乳化沥青混合料车辙试验动稳定度呈先增大后减小的变化趋势，可见采用橡胶粉改性乳化沥青方案可改善冷再生混合料的高温稳定性，20%橡胶粉掺量的乳化沥青冷再生具有较好的抗高温变形能力，其车辙试验动稳定度优于SBS改性乳化沥青冷再生混合料。低温弯曲试验结果表明，随着橡胶粉掺量增大，改性乳化沥青冷再生混合料抗弯拉强度和弯曲应变均增大，20%橡胶粉掺量的改性乳化沥青冷再生混合料的弯拉应变可达到甚至超过SBS改性乳化沥青，掺加橡胶粉显著降低了沥青混合料的劲度模量，提高了混合料的低温抗裂性，这主要橡胶粉改性沥青增强了沥青混合料的抗破坏强度，增强了沥青混合料的释放荷载的能力有关。
橡胶粉改性的乳化沥青冷再生混合料抗疲劳耐久性
目前许多学者对乳化沥青冷再生混合料的疲劳特性进行了了研究，也得到了许多有指导价值的结论。通常采用间接拉伸疲劳试验评价沥青混合料的抗疲劳耐久性，加载方式采用控制应力，这种疲劳试验很难模拟实际车辆荷载对路面的破坏作用，且试验数据离散性大。研究表明，四点弯曲控制应变疲劳试验方法过程中沥青混合料的受力状态更接近沥青路面的实际情况，且试验方法可操作性强，对沥青结合料敏感性强。本部分疲劳试验采用中四分点加载弯曲试验法，加载模式为应变控制方式，按照现行沥青及沥青混合料试验规程JTGE20—2011中的要求成型大车辙板试件，室温放置48h后切割尺寸为400mm×300mm×81mm小梁试件，在美国进口的MTS疲劳试验机上采用三点加载方式，试验选用200、300、400、500με共4个应变水平，试验温度为15℃。
试验结果表明，各应变水平下，18%、20%橡胶粉掺量的改性乳化沥青冷再生混合料疲劳性能相当，二者疲劳性能最好，SBS改性乳化沥青冷再生混合料疲劳性能次之，普通乳化沥青冷再生混合料疲劳性能最差，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料是普通乳化沥青冷再生混合料疲劳寿命的1．5倍，可见橡胶粉改性沥青冷再生混合料的疲劳性能要优于SBS改性乳化沥青冷再生混合料。分析橡胶粉对冷再生混合料疲劳性能的影响机理，掺加橡胶粉后柔韧性增强，当受到外界重复荷载时，橡胶粉改性沥青在冷再生混合料中通过银纹作用提高了混合料的整体柔性，橡胶粉改性沥青的柔性相当于在集料与沥青胶浆之间就存在着一个应力吸收缓冲层，沥青胶浆产生较大的弹性变形在混合料内部起到了卸荷作用。
实体工程运用
从目前国内高速公路上使用的厂拌乳化沥青冷再生典型的结构形式厚度120～1800mm，本课题结合2014年陕西省某高速公路大中修工程，在原有水泥稳定基层上进行了4cmSMA13+6cmAC20+12cm20%橡胶粉改性乳化沥青中粒式乳化沥青厂拌冷再生铺筑。生产配合比确定最佳橡胶粉改性乳化沥青用量为4．3%，拌合用水量为3．8%，水泥掺量为1．5%，RAP掺量为87%。厂拌橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料铺设长度为23．766km，施工季节选择在4月份，冷再生基层铺设完成后7d昼夜平均气温18～22℃，摊铺完成4d后钻芯完整率为98．6%，摊铺完成5d后开始铺筑上面层AC16改性沥青混凝土。
工程实践证明，采用橡胶粉改性乳化沥青生产冷再生混合料不需要对传统的拌合楼进行改造，而且压实度、平整度等各项指标均符合设计要求。施工阶段路用性能检测结果与实验室差别不大，通过长达2d的试验路检测，20%橡胶粉复合改性沥青混合料有效地减少了沥青路面的早期破坏，目前没有明显的车辙和开裂病害，路面使用状况良好，可见橡胶粉改性乳化沥青冷再生混凝土延长了道路的使用寿命，经济、社会效益显著。
结论
①采用橡胶粉改性沥青所生产的乳化沥青其各项技术性能均满足现行沥青路面再生技术规范的技术指标要求，将橡胶粉用于生产乳化沥青在技术上是可行的。随着橡胶粉掺量增大，乳化沥青蒸发残留物的延度呈先增大后减小的变化趋势，软化点指标随橡胶粉掺量的增大而增大，随着橡胶粉掺量增大，改性乳化沥青的1、7d常温储存稳定性变差，尤其橡胶粉掺量超过22%后1、5d储存稳定性显著增大，以此确定橡胶粉掺量不宜超过22%。相比SBS改性乳化沥青，橡胶粉改性乳化沥青具有良好的储存稳定性，且具有更高的柔韧性和弹性。
②20%橡胶粉掺量的改性乳化沥青冷再生混合料在20℃、90%湿度环境条件下养生3天即可取出完整的芯样，钻芯试验结果与SBS改性乳化沥青冷再生混合料相差不大，采用橡胶粉改性乳化沥青可提高冷再生混合料的早期强度提高早期强度，这对保证低温环境下的施工效率具有重要意义。
③随着橡胶粉掺量增大，橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料干ITS和马歇尔稳定度呈先增大后减小的趋势，以峰值劈裂强度确定最佳橡胶粉掺量为20%。橡胶粉改性乳化沥青冷再生混合料具有优良的路用性能，橡胶粉改性乳化沥青可显著改善冷再生混合料的低温抗裂性和抗疲劳耐久性。工程实践证明，将橡胶粉改性沥青用于生产冷再生混合料具有显著的经济和社会效益。