滞留含水率对乳化沥青混合料性能的影响分析

黄修贤

摘要：文章调整了马歇尔试验和车辙试验的试件成型方法，利用马歇尔试验、高温和低温性能等试验确定了滞留含水率的合理范围，并分析了滞留含水率对乳化沥青混合料长期服役性能的影响。试验结果表明：当滞留含水率<12%时，乳化沥青混合料的水稳定性、高温和低温性能均满足规范要求;在长期服役性能方面，随着滞留含水率的增大，乳化沥青混合料的性能衰变速度加快。

关键词：混合料;乳化沥青;滞留水;范围;服役性能

中图分类号：U416.217文献标识码：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.011

文章编号：1673-4874（2021）01-0040-04

0引言

乳化沥青是道路养护中常用的胶结料，常用在同步碎石封层、稀浆封层和乳化沥青碎石封层中。近年来，生态环保型沥青混合料备受关注，乳化沥青混合料应用于道路面层的研究日益增多。乳化沥青混合料可在常温下拌和、运输、摊铺，与热拌沥青混合料和温拌沥青混合料相比，可减少大量的能耗和气体排放，且适用于长距离运输[1-3]。在以往的研究中，学者们比较关注冷拌沥青混合料的性能特性和改善措施，其生产工艺和力学强度都得到了大幅度提高和优化。Heriot-WaR大学研究表明：密级配乳化沥青混合料的抗压回弹模量最好，可达到面层的性能要求[4]。周海生等分析了含水量（包括乳化沥青中的水和外掺水）对乳化沥青混合料性能影响，结果表明：含水量与混合料的级配存在一定的关系，水对乳化沥青混合料的成型和强度有较大的影响[5-6]。郭扬等验证了纤维可降低冷拌沥青混合料的温度敏感性，提升其疲劳性能[7]。赵志超等将水泥加入到冷拌沥青混合料中，得到强度高、稳定性好的沥青混合料[8]。刘鹏等通过室外养生和烘箱加速养生对比，确定混合料的室内养生条件，并通过添加水泥使乳化沥青混合料的力学性能满足道路面层的需求[9]。孙斌等研究表明，冷再生混合料的含水率随着时间的延长而降低，空隙率和劈裂强度也随着含水率降低而增大，其中大马歇尔试件的含水率变化明显高于小马歇尔试件[10]。亢丽敏等将水泥掺加到乳化沥青混合料中，探究其强度形成机理，结果表明：水泥会增加乳化沥青混合料的早期强度，水会降低混合料的内摩阻力[11]。

由以上文献可知，目前国内外的研究主要关注乳化沥青混合料的强度和水对其路用性能的影响。然而，乳化沥青是一种水和沥青的混合物（水包油或油包水），在混合料拌和、摊铺和养生后，一部分水不能挥发会滞留在混合料中，这样会影响沥青混合料的性能。滞留含水率的合理范围和其对混合料长期性能的影响尚未明确，故本文将探讨滞留含水率在乳化沥青混合料的合理范围，及其对长期性能的影响。

1原材料

1.1乳化沥青

乳化沥青由乳化剂和SBS改性沥青自制而成，其技术指标均满足规范要求，如表1所示。

1.2集料

试验中所用的粗集料为石灰岩，细集料为机制砂，其技术指标均满足《公路工程集料试验规程》的要求[12]。

1.3级配与胶结剂含量

本文利用密级配混合料（AC-13）探讨冷拌沥青混合料的性能，其级配如表2所示。经马歇尔试验可知AC-13冷拌沥青混合料的最佳乳化沥青的用量为8.85%，AC-13热拌沥青混合料的最佳沥青掺量为4.65%。

1.4水和水泥的含量

水可使集料湿润，以促进混合料的拌和，故需掺入一定量的水，但過多的水会影响混合料压实和性能，故本文以冷拌沥青混合料的马歇尔稳定度来确定水的最佳掺量（如图1所示）。冷拌沥青混合料早期强度低，为提高其早期强度，并消耗混合料中的水促使乳化沥青破乳，本文将水泥以不同含量（0.5%、1.0%、1.5%和2.0%）掺加到混合料中，以马歇尔稳定度和破坏应变为控制指标，以确定水泥在混合料的掺量（如图2所示）。

2滞留水含量对冷拌沥青混合料性能的影响

在水化反应和养生结束后，乳化沥青中的水和外掺水会有一部分滞留在混合料中，这些水会侵蚀沥青与石料接触面，引起沥青混合料的性能衰变，故本节探究滞留水含量对冷拌沥青混合料性能的影响。滞留水含量的计算如式（1）所示。

Z={T-（G-D）}/P（1）

式中：Z——滞留含水率（%）;

T——初始含水量（g），包括乳化沥青中的水和外掺水;

G——混合料初始总质量（g）;

P——混合料养生后的总质量（g）

2.1养护温度对滞留水含量的影响

为探知环境温度对混合料内部滞留含水率的影响，将击实后的试件放在烘箱中养生，养护温度分别为20℃、60℃和105℃，试件的滞留含水率随养护温度和时间的变化如图3所示。养护温度越高，试件滞留含水率越小，当滞留含水率<10%时，养生时间分别为5d（20℃）、2d（60℃）和1d（105℃）这说明滞留含水率与养生期间的蒸发量有很大的关系，故在温度较高的季节铺筑乳化沥青混合料有利于路面快速形成强度。因为高温会导致试件中的水分快速蒸发，乳化沥青快速破乳形成强度，也会减少水分对沥青与石料交界面的侵蚀。

2.2滞留含水率对冷拌沥青混合料性能的影响

为了探究滞留含水率对冷拌沥青混合料性能的影响，按照第1节得到的最佳乳化沥青掺量、外掺水量和水泥掺量拌制沥青混合料。为了得到不同滞留含水率的试件，养生条件调整为20℃，试件含水率分别为0、4%、8%、12%、16%、20%、24%和28%。

2.2.1马歇尔试验

采用马歇尔试验方法评价冷拌沥青混合料的水稳定性，因乳化沥青混合料在击实后未形成强度，故需对试件的制作方法进行调整。其制作过程为：（1）单面击实50次;（2）静置2h;（3）双面各击实25次。得到的残留稳定度和冻融劈裂强度比（TSR）见图4。如图4所示，随着滞留含水率增大，冷拌沥青混合料的残留稳定度和TSR均下降，当滞留含水率>12%时，冷拌沥青混合料的残留稳定度和TSR均不满足规范的要求（80%）。综上，冷拌沥青混合料中的滞留含水率应<12%。

2.2.2高温和低温性能

分别采用高温车辙试验和低温小梁试验评价冷拌沥青混合料的高温性能和低温性能。车辙板制作过程修改为：（1）双向碾压24次;（2）静置2h;（3）碾压12次。得到的试验结果见图5。由图5可知，随着滞留含水率增加，动稳定度和破坏应变都下降，当滞留含水率>16%时，动稳定度不满足规范要求（2000次/mm），当滞留含水率>12%时，破坏应变不满足规范要求（2500με）。综上，当滞留含水率<12%时，冷拌沥青混合料的高温稳定性和低温稳定性均满足规范要求。

3耐久性试验

由上一节可知当滞留含水率<12%时，乳化沥青混合料的马歇尔稳定度、高温和低温性能均满足规范的要求，现在本节中将探讨滞留含水率（0、4%、8%和12%）与混合料耐久性的关系，并与热拌沥青混合料进行对比。

（1）水损害

采用多次冻融循环试验评价乳化沥青混合料的长期水损害，得到的试验数据见图6。由图6可知，随着滞留含水率的增大，乳化沥青混合料的TSR减小，冻融循环次数为1时，乳化沥青混合料的TSR值相差不大。但随着冻融循环次数增加，乳化沥青混合料的TSR与热拌沥青混合料的差值越来越大，例如当冻融循环次数为5时，乳化沥青混合料（滞留含水率为0 和12%）的TSR分别为45.6%和20.4%，热拌沥青混合料的TSR为50.3%，故当滞留含水率为0时，乳化沥青混合料的TSR与热拌沥青混合料的相差无几，随着滞留含水率的增加，乳化沥青混合料的长期水稳定性越差。

（2）长期老化性

将马歇尔试件放在紫外线下进行乳化沥青混合料的长期老化性能试验，然后测试其马歇尔稳定度，得到的试验数据见图7。由图7可知，随着滞留含水率增大，乳化沥青混合料的抗老化性能下降，例如当紫外线老化时间为4周时，滞留含水率为0的乳化沥青混合料稳定度是滞留含水率为12%的1.76倍。综上，随着滞留含水率的增加，乳化沥青混合料的长期老化性能下降。

（3）长期老化后的高温性能

将不同滞留含水率的车辙板放在紫外线下老化，然后测试其动稳定度，得到的试验数据见图8。由图8可知，当滞留含水率为0和4%时，乳化沥青混合料的动稳定度与热拌沥青混合料的相差不大，且随着滞留含水率的增大，乳化沥青混合料的动稳定度下降。例如：当紫外线老化时间为4周时，滞留含水率为0的乳化沥青混合料动稳定度是滞留含水率为12%的1.69倍。综上，随着滞留含水率的增加，乳化沥青混合料的长期高温稳定性能下降。

4结语

（1）沥青混合料中的水会引起混合料的性能衰变，本文提出了滞留含水率的概念，用以评价混合料中的含水率。当烘箱的温度为20℃时，混合料的含水率蒸发较慢，通过调整养护时间可得到具有不同滞留含水率的试件。

（2）随着滞留含水率的增大，乳化沥青混合料的马歇尔稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度和破坏应变都逐渐减小。当滞留含水率>12%时，冷拌沥青混合料的残留稳定度和TSR均不满足规范的要求（80%）;当滞留含水率>16%时，动稳定度不满足规范要求（2000次/mm）。综上，当滞留含水率<12% 时，乳化沥青混合料的性能均满足规范的要求。

（3）在长期服役性方面，随着滞留含水率的增大，乳化沥青混合料的性能衰变速度变快。例如，紫外线老化时间为4周时，滞留含水率为0的乳化沥青混合料稳定度和动稳定度分别是滞留含水率为12%的1.76和1.69倍。综上，滞留含水率越低，乳化沥青混合料的性能越接近热拌沥青混合料，性能越好。

参考文献

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