早强剂对乳化沥青冷再生混合料早期强度的影响

第41卷 第6期2017年12月武汉理工大学学报（交通科学与工程版）Journal of W uhan U niversity of Technology(Transportation Science =Engineering)Vol.41 No. 6Dec.2017早强剂对乳化沥青冷再生混合料早期强度的影响"孙建秀刘黎萍孙立军(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804)摘要：现行再生技术规范规定，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7[这增加了道路施工时间，对现有交通产生较大影响.为缩短冷再生混合料的施工工期，提高冷再生混合料的早期强度，文中尝试将不同种类的早强剂加入到乳化沥青混合料中，测试其不同养生时间下的劈裂强度，分析不同早强剂对混合料强度的影响.结果表明：复合早强剂对冷再生混合料早期强度的提升效果明显，同时仍能提高“二次热压实”后的强度.关键词：早强剂；早期强度；乳化沥青冷再生中图法分类号：U4140引 言文献[1]规定，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7 [或满足以下两个条件之一时即可摊铺上层结构：冷再生层含水率低于2J;再生层可以取出完整心样.严金海等[2]评价了不同水泥掺量下乳化沥青冷再生混合料的早期强度和后期性能，分析了早期强度和长期性能之间的关系.结果表明，水泥的加人可以提高混合料的早期强度，水稳定性，高温稳定性和低温抗裂性，得出早期强度与后期性能呈线性关系.林俊涛等）]研究了乳化沥青冷再生早期强度形成机理，主要影响因素等，通过直接拉伸试验确定冷再生混合料的强度发展曲线，结果显示，高湿度和低温会降低早期强度的形成，劈裂强度与含水量有很好的相关性，乳化沥青早期含水率低则劈裂高@早强剂是一种水泥混凝土添加剂，可以加快水泥的水化作用，提高水泥混凝土的早期强度）].将早强剂加人到乳化沥青冷再生混合料中，其主要作用是提高混合料的早期强度，缩短冷再生层的养生时间，耿九光等）]将早强剂掺人冷再生混收稿日期'017-09-15孙建秀（1991一）女，硕士生，主要研究领域为道路工程材料doi：10.3963%. issn.2095-3844. 2017. 06.030合料中，通过各项性能试验检测后得出，早强水泥 可以显著提高混合料的水稳定性和高温性能，低 温性能稍有下降.冷再生层在摊铺上覆热拌层时存在“二次热 压实”现象）].文中考虑实际成型过程中的“二次 热压实”现象，采用成型方法成型马歇尔试件，研 究不同早强剂对乳化沥青冷再生混合料劈裂强度 的影响[7].文中选用了三种不同厂家的早强剂，通过测 试不同养生时间下的劈裂强度，选定最佳的早强 剂类型和用量，同时分析不同早强剂的早强成分，给出早强剂的推荐类型和掺量.1原材料旧料采用某高速改扩建的铣刨料，分三档，分 别为0〜5 m m(细料），5〜10 m m(中料），10〜30 m m(粗料）.旧料可全部被利用.采用低温加热烘 干法实际测得R A P细料、中料和粗料的含水率分别为 0• 22%，0. 13%，0. 09J.采用抽提试验确定旧沥青混合料的沥青含量 为粗料3.52%，中料3.73%，细料6.54%.冷再 生混合料多将铣刨料作为“黑石头”来对待[8]，暂国家自然科学基金项目资助（51678443)• 1038 •武汉理工大学学报(交通科学与工程版"2017年第！1卷IA A :甲酸钙A不考虑回收的旧沥青混合料中的沥青老化程度.配设计的，掺入 粒/15〜25 mm的石灰岩碎石.碎石各项性能满足规.用产自高安的矿粉，其检测结果满足规范要求.水泥采用P • C 32.5级普通硅酸盐水泥，检见表1.表1 P • C 32.5级水泥检测结果检测项目技术要求检细度（0 jam )余量&10J 2. 7%初凝时间/min ,180272终凝时间/min ,360404安定性合格合格采用某公司提供的乳化沥青，各项指标见 2@用了三种不同厂家的早强剂，都为粉末状 ，见图1.表2乳化沥青技术指标试验技术实值破乳速度裂裂粒子电荷阳离子（十）阳子筛上残留物118 m m 筛）％)不大于0. 10. 0625 C 赛博特粘度V s7〜10053残留物含量/%,6263@1蒸发残溶解度/%,97@598@2留物针入度（5 °C )/0. 1 mm 50 〜30081@0延度（5 °C)/cm,2/3>2/3a ) 1号厚强剂b ) 2号星强减水剂 c) 3号_早强剂图1三种早强剂采用X R D技术分析了三种不同早强剂的主要早分，试验见图2.2040 60802040 60 802040 60 80角度八2幻 角度八2幻 角度八2幻a ) 1号早强剂b ) 2号早强减水剂c ) 3号复合早强剂图2三种早强剂的X R D 结果由图2可知，1号早强剂的主要成分为甲酸 隹丐，2号早强剂的成分为硫酸钠，3号早强剂的主分 盐与盐$盐的物.2冷再生混合料配合比设计2%级配设计冷再生混合料各档料掺量为：R A P (0〜5m m):R A P (5〜10 m m ):R A P (10〜30 m m ):新集 料（15〜25 m m ):矿粉=32: 20: 38: 8: 2，级配设计见3@表3冷再生混合料级配设计结果通过下列筛孔（mm )集料的质量分数/J31@526@513@24. 752. 360. 30. 075合成级配10099@271.836. 219@53. 42. 0级配上限100100806045207级配下限10090602525312%确定最佳含水量按确定的RA P和矿粉的掺配比，乳化沥青用量取3 J ，按预加含水量2. 5 J ，3. 0 J ，3. 5 J ， !.0%，！. 5 J 变化，依据文献[9]进行重型击实试验，最大干密度对应的总含水量即为最佳含 .包含R A P $化沥青中的含t及外加水量，确定最佳总含水量为3. 6%.2. 3确定最佳乳化沥青用量同乳化沥青用量下混合料的空隙率和15°C 劈裂，试验见表！.化沥青的 佳用 3 5J表4最佳乳化沥青用量检测结果乳化毛体积 大理劈裂湿劈裂湿劈青/ I率//裂 ：% 密度密％ MPaMPa比/%3. 0 2. 252 2. 494 9.7 0. 67 0. 6394. 03. 3 2. 263 2. 485 9.0 0. 75 0. 69 92. 03.6 2.268 2.477 8.4 0.82 0.75 91.53.9 2.262 2.463 8.2 0.73 0.67 91.84.2 2.257 2.453 8.0 0.68 0.64 94.1指标/ / 9-14 ,0.5/ ,75综上，文中最终确定的乳化沥青冷再生混合 料目标配合比为：R A P (0〜5m m):R A P (5〜10m m):R A P (10〜30m m ):新集料（10〜20 m m ):矿粉：水泥：乳化沥青= 32:18: 38:10:2:1. 5:3. 5,化沥青均，最佳含水量为3.6%.第#期孙建秀，等:早强剂对乳化沥青冷再生混合料早期强度的影响• 1039 •3试验方案3.1试验变量早强剂类型（三种"早强剂掺量（0, 1J ，2J )，养生时间（1，2,3,7d )3.2试验方法采用文献[10]中的乳化沥青冷再生混合料 “二次击实”成型方法，利用“一次击实”成型马歇 尔试件，按照文献[11]的劈裂试验测试其劈裂强 度作为早期强度评价指标；“二次击实”成型马歇 尔试件测定劈裂强度作为乳化沥青冷再生混合料 后期强度评价指标.需要说明的是，文中的目的是提高二次热压实之前的混合料强度，因而仅按照文献）]中成型方法进行一次击实，常温放置1d后脱模，继续常温养生不同的时间测定其强度的变化.同时，由于早强剂主要作用于水泥，且掺量较少（以水泥掺量 的百分比确定"因而在试验前应首先手动预拌水 泥和早强剂，实现水泥和早强剂的充分均勻混合.4试验结果及分析4.1不同早强剂对混合料早期强度的影响采用15°C 劈裂强度指标评价乳化沥青冷再 生混合料的早期强度，不同早强剂、不同掺量、不 同养生期下的混合料强度见图3.由图3a )可知，随着养生时间的增加，冷再生图3不同早强剂在不同养生期下的劈裂强度混合料的强度逐渐提高；早强剂掺量1J 时劈裂 强度低于掺量为2 J 的强度；但该早强剂在1 d 和 2 d 养生期内并未提高混合料的强度，反而使混 合料强度下降，在3 d 和7 d 养生期时，掺早强剂 的混劈裂高于早混的#但变化较 # 早3d 后早用#提高早期# 用于 化沥青冷再生混合料中.由图3b )可知，该早强减水剂在掺量为1J 时 1 d 养生期下混合料强度可提高47 J ，但在2 d 养 期时于早的 混#明该早强剂具有一定的早强作用，但其对强度的 增加具有不稳定性，可能是因为试验时未考虑其 减水效果，导致强度变化不稳定.由图3c )可知，3号早强剂可以显著提高混合 料的早期强度，掺量1J 时，1 d 强度提升53%，掺 量2 J 时，1 d 强度可提升62 J ，3 d 强度提升 20%，且添加早强剂后，在养生期内，强度都呈增 加趋势.因此，3号早强剂可以作为用于提升冷再 生混合料早期强度的添加剂，其在不同养生期内 对冷再生混合料强度提升效果稳定、明显.1%早 强剂掺量的混合料2 d 强度与不掺早强剂的混合 料3 d 强度相同，2%早强剂掺量的混合料2 d 养 后显高于 添 早的混3d 的#的下可以实现缩短工期的目的.水泥在乳化沥青冷再生混合料的作用为：① 水泥水化作用消耗水分，加速乳化沥青的破乳，进 而加速强度的形成；②水泥水化产物可以作为粘 结料，作为冷再生混合料的强度组成部分;③未参 与水化反应的水泥作为填料，起填充作用.早强剂 的加入可以促进水泥水化作用的进行，使原本起 填料作用的水泥可以参与水化反应，进而增加了 最终水化产物的数量；同时，更多的水化作用消耗 更多的水分，可以加速乳化沥青的破乳，破乳后的 乳化沥青和水泥水化产物相互渗透，粘结作用提 升，进而提高了混合料的早期强度.4.2早强剂对“二次击实”后冷再生混合料强度的!! 用 “实” 法 型 试 # 照 献[10]测试其15 °C 劈裂强度，试验结果见图4.无早强剂1号早强剂2号早强剂3号早强剂早强剂类型图4不同早强剂对冷再生混合料“二次击实”后强度的影响0• 0• 0• 0• 0• o . C76 5 4 3 2 1o - o - o - o - o - o .c•1040 •武汉理工大学学报（交通科学与工程版"2017年第41卷由图4可知，三种早强剂均会提高“二次击实”成型后冷再生混合料的强度，说明“二次击实”不会对混合料中加速形成的水化产物造成不利影响.1号早强剂的提升效果最明显，但是，考虑到早强剂的添加目的是提高混合料的早期强度，综上，最终选择3号复合早强剂作为冷再生混合料的添加剂.5 结束语由不同早强剂对冷再生混合料不同养生时间下的强度影响可知，早强剂可以用于乳化沥青冷再生混合料中，加快水泥的水化反应，提升混合料的早期强度，同时可以提高混合料的后期强度.由不同养生时间的强度结果分析可知，并不是所有的早强剂都可以用于冷再生混合料中，不同早强剂的早强作用受乳化沥青等复杂影响会有不同的效果，文中建议应选用无机盐复合早强剂，尽量避免采用甲酸盐类早强剂.建议早强剂的用量为水泥用量的2%.在乳化沥青冷再生混合料中掺人早强剂是提升混合料早期强度，缩短施工工期的有效方法，可以应用于冷再生项目中.加人早强剂对混合料的各项性能的影响将在后期试验中进行验证.参考文献中华人民共和国交通运输部.公路沥青路面再生技术规范J T G F41 —2008[S].北京：人民交通出版社，2008.[2] Y A N J H，L I F，Z H U H，et al.Early strength andlong-term performance evaluation of asphalt emulsion cold-recycled mixtures[C].Transportation Research Board 95th Annual M eeting,Washington D C，U S A，2016.)]L IN J T，W E I T Z.Research on development mech­anism of early-stage strength for cold recycled asphalt m ixture using emulsion asphalt)].Construction and Building M aterials,2015(1)：137-142.)]姜梅芬，吕宪俊.混凝土早强剂的研究与应用进展)].硅酸盐通报，2014,33(10)'527-2533.)]耿九光，胡勇，石发进.乳化沥青冷再生混合料超早强技术研究）].中外公路，2016，36(4)'61-263.)]杨进，江涛，孙立军，等.考虑第二次压密的乳化沥青冷再生混合料室内试验方法研究）].公路工程，2010,35(1)76-79.)]许严.沥青混合料复方冷再生技术及结构设计方法研究[D].上海：同济大学，2014.)]江涛.冷再生混合料冷用于重交通路面改建时若干关键问题研究[D].上海：同济大学，2008.)]交通部公路科学研究院.公路土工试验规程：JTG E40 —2007[S].北京：人民交通出版社，2010.[0]交通部公路科学研究院.公路工程沥青及沥青混合料试验规程J T G F40 —2011[S].北京：人民交通出版 #2011[1]浙江省质量技术监督局.沥青路面冷再生技术规程：D G/T J08-2185 —2015[S].杭州：浙江省质量技术监督局，2015.Effect of Early Strength Agent on Early Strength ofEmulsified Asphalt Cold Recycled MixtureS U N J ia n x iu L I U L ip in g S U N L iju n(K ey L a b o ra to ry of R o a d a n d Traffic E ngineering，M inistry of E ducatio n，Tongji U niversity，S h a n g h a i201804? C h in a')A b str a c t：A c c o rd in g to th e c u rre n t re g e n e r a tio n te c h n o lo g y s p e c if ic a t io n s，th e cold re c y c lin g la y e r m u s tbe m a in ta in e d b efo re p a v in g th e u p p e r la y e r of th e s t r u c t u r e，an d th e c u rin g tim e sh o u ld n o t th a n7 d，w h ic h in c re a s e s th e ro a d c o n stru c tio n tim e an d h a s a g r e a t in flu e n c e on th e e x is t in g traffic T o s h o rte n th e c o n stru c tio n p erio d of cold re c y c le d m ix tu r e an d im p ro v e t h e e a r ly s tr e n g t hc y c led m i x t u r e，d iffe re n t k in d s of e a r ly s tr e ng th a g e n ts a re a d d e d to th e e m u ls io n a s p h a lt m ix tu r e.T h e s p litt in g s tr e n g th of m ix t u r e s can be te s te d a t d iffe re n t c u rin g t i m e，a n d th e s tr e n g th in d iffe re n t e a r ly s tr e n g th a g e n ts is a n a ly z e d. T h e e x p e r im e n ta l r e s u lt s s h o w t h a t p o site e a r ly s tr e n g th a g e n t h a s o b v io u s p ro m o tio n effect on th e e a r ly s tr e n g th of cold r e c y c le d m ix­tu r e，a n d it also im p ro v e s th e s tr e n g th of t h e m i x t u r e a fte r “tw o th e r m a l c o m p a c tio n”.K ey w o r d s：e a r ly s tr e n g th a g e n t；e a r ly s t r e n g t h；e m u ls ifie d a s p h a lt cold re g e n e r a tio n。