水泥—乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

1、 1PART ONE 背景介紹背景介紹背景介紹土土木木工程工程 土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。 它既指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測、設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)活動，也指工程建設(shè)的對象。即建造在地上或地下、陸上或水中 ，直接或間接為人類生活、生產(chǎn)、軍事、科研服務(wù)的各種工程設(shè)施，例如房屋、道路、鐵路、管道、隧道、橋梁、運(yùn)河、堤壩、港口、電站、飛機(jī)場、海洋平臺、給水排水以及防護(hù)工程等。道路橋梁與渡河工程專業(yè)下設(shè)道路工程和橋梁工程兩個(gè)培養(yǎng)方向，分屬道路工程系和橋梁工程系管理。本專業(yè)培養(yǎng)具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、力學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，掌握道路工程及橋梁工程領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)的專業(yè)知識

2、，具有較強(qiáng)的動手能力，以及相當(dāng)?shù)娜宋纳鐣茖W(xué)、法律法規(guī)、經(jīng)濟(jì)管理及相關(guān)學(xué)科的基本理論知識，并了解國內(nèi)外最新專業(yè)理論與技術(shù)發(fā)展的高素質(zhì)人才。為了研究水泥-乳化瀝青冷再生混合料( CEAC RM) 中各材料對其初期強(qiáng)度及后期殘留強(qiáng)度的影響, 選用 2 種回收瀝青混合料( RAP) 的質(zhì)量分?jǐn)?shù), 按正交試驗(yàn)方法選取水泥用量、乳化瀝青用量和拌和水用量 3 個(gè)影響因素,在 3 個(gè)水平條件下進(jìn)行 CEAC RM 的配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn) ,并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了極差分析 。水泥-乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)水泥用量乳化瀝青用量拌和水用量乳化瀝青冷拌再生技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)效益方面均具有熱拌瀝青混合料無法比擬的優(yōu)

3、點(diǎn) ,根據(jù)其性能和工程要求, 可以作為高等級公路的中 、下面層或基層, 也可作為中、低交通量道路的面層 ,具有廣泛的應(yīng)用前景 。但是, 由于乳化瀝青再生混合料EARM的初期強(qiáng)度較低, 因而使其在工程中的應(yīng)用受到限制。為了有效解決這一問題, 借鑒水泥對乳化瀝青混合料的改善作用 ,采用在 EARM 中加入適量水泥的方法 ,提高 EARM 的初期強(qiáng)度及后期殘留強(qiáng)度。由于受回收瀝青混合料表面瀝青的影響,水泥對EARM 的作用與對乳化瀝青混合料的改性作用明顯不同, 所以不能簡單套用水泥乳化瀝青混合料的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。為此, 本文采用進(jìn)一步修正的馬歇爾試驗(yàn)方法, 按正交試驗(yàn)方法進(jìn)行水泥-乳化瀝青冷再生混合料配合

4、比設(shè)計(jì)試驗(yàn),分析水泥用量、乳化瀝青用量和拌和水用量等不同因素對再生混合料強(qiáng)度的影響結(jié)合料本文采用的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55 %,具體技術(shù)指標(biāo)如表 1 所示。水泥為秦嶺牌32 . 5 級普通硅酸鹽水泥,其主要技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)圓錐體（一般共載重150克，也有規(guī)定100克的）在5秒鐘內(nèi)沉入保溫在25時(shí)的潤滑脂試樣中的深度。單位是1/10毫米。針入度愈大表示潤滑脂愈軟，即稠度愈小；反之則表示潤滑脂愈硬，即稠度愈大。瀝青的針入度測定，不用標(biāo)準(zhǔn)圓錐體而用載重共100克的標(biāo)準(zhǔn)尖針。延度試驗(yàn)是將瀝青做成8字型標(biāo)準(zhǔn)試件，根據(jù)要求通常采用溫度為25C、15C、10C、5C，以50mm每分鐘（當(dāng)?shù)?/p>

5、溫采用1cm每分鐘）速度拉伸至斷裂時(shí)的長度（cm）,即為延度. 延度越大，表明瀝青的塑性越好。 軟化點(diǎn)（softening point），物質(zhì)軟化的溫度。主要指的是無定形聚合物開始變軟時(shí)的溫度?；厥諡r青混合料RA P 的品質(zhì)是整個(gè)再生路面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ), RAP采用河南某高速公路維修中的舊料 。經(jīng)抽提試驗(yàn),RA P 中瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 . 1 %, 回收瀝青性能如表2 所示 , RAP 抽提篩分結(jié)果見表 3 ,其級配有一部分不滿足要求 ,需添加新集料進(jìn)行調(diào)整 。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為了研究不同因素對 CEACRM 強(qiáng)度的影響,最終確定其配合比, 本文分別在 RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50 %和 20 %的條件下,

6、考慮水泥用量、乳化瀝青用量和拌和用水量 3 種因素，進(jìn)行正交設(shè)計(jì)試驗(yàn),因素水平的選取見表 4,所用級配類型為 AC-16 型 ,同時(shí)進(jìn)行 EARM 的對比試驗(yàn)。試件制作時(shí)，上下兩面擊實(shí)成型兩組試件 1.一組放在室溫( 20 )條件下進(jìn)行恒溫 、恒濕養(yǎng)生 ,在 20 條件下試壓 ; 2.另一組試件放在 60 恒溫 、恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)生 , 然后在 60 條件下試壓 。 3.這兩組試件分別反映混合料的初期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度 。擊實(shí)次數(shù)為 75次 ,分兩次進(jìn)行 ： 1.第一次擊實(shí)在混合料拌制入模時(shí)進(jìn)行 , 擊實(shí)次數(shù)為 50 次 ; 2.第二次擊實(shí)在水泥初凝時(shí)進(jìn)行( 水泥在 20 下 ,初凝時(shí)間一般為 3

7、h ; 在60 下 ,初凝時(shí)間一般為 1 h) , 擊實(shí)次數(shù)為 25 次 。 二次擊實(shí)后將試件脫模養(yǎng)生 ,并進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn) 。水泥用量對 CEACRM 強(qiáng)度的影響( 1) 從表 5、表 7 可以看出 , 在乳化瀝青用量一定的情況下 , RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20 %時(shí) , CEACRM的初期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有提高 , 說明水泥有利于混合料強(qiáng)度的形成 。當(dāng)工程需要較高的初期強(qiáng)度時(shí) ,可適當(dāng)提高水泥的用量 。但有研究認(rèn)為 , 當(dāng)水泥用量較高時(shí) ,混合料的疲勞性能較差 ; 水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 2 %時(shí) , 不會明顯降低其抗疲勞特性能 。因此 ,考慮 CEACRM 的綜合性能 , 水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)取2 %較

8、合適 。( 2) RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50 %時(shí) , CEACRM 的初期強(qiáng)度隨著水泥用量的增加而增大 , 且 CEAC RM 的初期強(qiáng)度普遍高于 EA RM 。從極差分析結(jié)果也可看出 ,水泥用量對 C EAC RM 初期強(qiáng)度的影響要大于乳化瀝青用量的影響 。分析其原因?yàn)?: 水泥的水化吸收了一定量的拌和水 , 加速了乳化瀝青的破乳 ,促進(jìn)了混合料強(qiáng)度的形成 ; 在新集料之間 , 水泥水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用也有利于強(qiáng)度的形成 ; 水泥石在新集料表面的聚集 , 在某種程度上改變了集料表面的粗糙度 ,提高了混合料的內(nèi)摩擦阻力 ; 隨著水泥水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行 ,混合料內(nèi)部相連的微孔 , 形成均勻 、密實(shí)

9、 、孔隙閉合的整體 , 提高了混合料的總體強(qiáng)度 。隨著水泥用量的增加 ,水泥的作用將隨之增強(qiáng) ,混合料的初期強(qiáng)度因而也得到提高（3）RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50 %時(shí) , CEAC RM 的后期強(qiáng)度亦隨著水泥用量的增加而增大 , 但后期強(qiáng)度低于 EARM 。其原因?yàn)?, 在 RAP 比例較高的情況下 ,水泥的水化產(chǎn)物并不能充分地在舊料表面起到膠粘作用 ,反而由于水泥石的生成阻礙了混合料的進(jìn)一步密實(shí) ,導(dǎo)致礦料間的距離增大 ,使瀝青的膠結(jié)作用不能得到充分發(fā)揮 。從極差分析結(jié)果可以看出 ,水泥用量對混合料后期強(qiáng)度的影響要小于乳化瀝青用量的影響 。這說明 , 只有隨著乳化瀝青用量的增加 ,才能有更多的瀝

10、青裹覆水泥的水化產(chǎn)物 , 從而能夠通過瀝青來完成水泥水化產(chǎn)物與舊料之間的粘結(jié) ; 但另一方面 , 這將直接導(dǎo)致了瀝青用量的增加 ,增加了工程投資 。因此 , 在 RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的情況下( 大于 50 % ) 不宜添加水泥 ; 若為了提高初期強(qiáng)度 ,水泥用量應(yīng)綜合成本因素來考慮 乳化瀝青用量對 CEACRM 強(qiáng)度的影響( 1) RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50 %時(shí) ,在水泥用量一定的情況下 , CEACRM 的強(qiáng)度隨著乳化瀝青用量的增加而增加 。從極差分析結(jié)果可以看出 , 乳化瀝青用量對 CEAC RM 初期強(qiáng)度的影響不如水泥 , 后期強(qiáng)度的影響要大于水泥 ,但兩者影響程度相近 ?？紤]成本因素

11、,乳化瀝青用量宜選擇較低值 ,只要能滿足對強(qiáng)度的要求即可 。( 2) RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20 %時(shí) ,在水泥用量一定的情況下 ,混合料的初期強(qiáng)度隨著乳化瀝青用量的增加而遞減 。因?yàn)槿榛癁r青用量增加 , 被瀝青裹覆的水泥量也就相應(yīng)增加 , 從而延緩了水泥的水化反應(yīng) ,減弱了水泥的膠結(jié)作用 。( 3)當(dāng)水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2 %、3 %時(shí) , CEACRM的后期強(qiáng)度隨著乳化瀝青用量的增加而遞減 ; 而當(dāng)水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1 %時(shí) ,CEACRM 的后期強(qiáng)度隨著乳化瀝青用量的增加而產(chǎn)生了波動 。為了更好地尋求其規(guī)律性 , 在水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1 %和 3 %的情況下 ,改變?nèi)榛癁r青的用量 ,對 CEACR

12、M 進(jìn)行了后期馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn) ,試驗(yàn)結(jié)果如圖 1 所示 。在進(jìn)行 CEACRM 配合比設(shè)計(jì)時(shí) ,可以根據(jù)圖 1 中曲線來確定乳化瀝青的最佳用量 ,尤其在水泥用量較低時(shí)更為合適 。拌和水用量對 CEACRM 強(qiáng)度的影響從極差分析結(jié)果可以看出 , 拌和水用量是對CEACRM 初期和后期穩(wěn)定度影響最小的一個(gè)因素 ,因此很難根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果來確定最佳拌和水用量 。為了確定拌和水用量 , 在水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %和乳化瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8 %的情況下 , 選用拌和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 4 . 5 %、5 . 0 %、5 . 5 %、6 . 0 %、 6 . 5 %的 5 種情況 ,成型馬歇爾試件 , 進(jìn)行后期馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn) ,結(jié)果如圖 2 所示。拌和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 . 5 %時(shí), 混合料不易拌和; 拌和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6 . 5 %時(shí), 含水量明顯偏多 ,不利于混合料的壓實(shí) 。因此, 拌和水用量的選擇, 可以簡化為由裹覆率試驗(yàn)確定。RAPRAP質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)較較低時(shí)低時(shí)RAPRAP質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)較較高時(shí)高時(shí)拌拌和