利用再生料鋪筑的路面結(jié)構(gòu)與普通路面結(jié)構(gòu)沒有區(qū)別甚至路用性能更好。而Zaumanis等對RAP摻量在40%以上的混合料進行了優(yōu)化設(shè)計，混合料在保持路用性能較好的情況下具有顯zhu的經(jīng)濟效益。在提升冷再生混合料性能方面，Niazi研究了以粉末狀波蘭特水泥、粉末狀石灰、石灰漿為外摻劑的乳化瀝青冷再生混合料，結(jié)果表明，摻加石灰和水泥均能提高冷再生混合料的穩(wěn)定度、回彈模量、拉伸強度、水穩(wěn)定性能和抗yong久變形能力。而我國研究學(xué)者也發(fā)現(xiàn)，在乳化瀝青冷再生混合料中加入適量活性填料(如水泥、石灰等)，可顯zhu改善其早期強度及疲勞性能。水泥因具有較高的性價比在冷再生技術(shù)中被廣泛應(yīng)用，對此研究學(xué)者也從微觀和宏觀方面對水泥乳化瀝青冷再生混合料展開了大量的研究，微觀方面：魏唐中等人借助環(huán)境掃描電鏡分析了水泥乳化瀝青膠漿中的水化反應(yīng)、乳化瀝青破乳過程，結(jié)果表明：乳化瀝青延緩了水泥的早期水化，而水泥可促進乳化瀝青團聚破乳。楊彥海等人也通過掃描電鏡測試了水泥對乳化瀝青冷再生材料性能的影響，結(jié)果表明水泥的水化產(chǎn)物在膠漿中形成纖維狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有“加筋”作用。王宏通過工業(yè)CT無損檢測技術(shù)研究了水泥摻量對冷再生混合料的細微觀空隙分布影響,結(jié)果表明：水泥摻量越大，空隙形狀改變越明顯,增da水泥摻量將對乳化瀝青冷再生混合料的密實度產(chǎn)生顯zhu影響。宏觀方面：呂政樺等人研究了乳化瀝青用量、水泥摻量及RAP摻量對冷再生混合料性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：乳化瀝青用量和水泥摻量對冷再生混合料高溫性能的影響zui為顯zhu，RAP摻量對其水穩(wěn)性能的影響zui大。黃磊以再生舊料殘余價值為指標研究了水泥乳化瀝青冷再生混合料在循環(huán)再生過程中路用性能的衰變規(guī)律。耿九光等人采用正交試驗的方法研究了冷再生混合料中各材料對其初期強度和后期殘留強度的影響，指出各材料對冷再生料力學(xué)性能的影響程度因RAP 質(zhì)量分數(shù)的不同而異。劉偉勝等人對乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料的靜、動態(tài)回彈模量進行試驗分析，結(jié)果表明溫度和頻率對冷拌冷鋪瀝青混合料影響較大。綜上，現(xiàn)有研究主要集中于冷再生混合料中水泥摻量、RAP摻量對其微觀及宏觀的影響研究，對老化后冷再生混合料的性能研究鮮有報道，老化前后混合料性能及微觀結(jié)構(gòu)也有待深入探討。

鑒于此，本文采用掃描電子顯微鏡和AMPT試驗機對乳化瀝青冷再生混合料老化前后的微觀結(jié)構(gòu)變化及不同溫度及頻率下的混合料動態(tài)力學(xué)性能進行分析研究，為深入研究混合料性能及優(yōu)化冷再生技術(shù)提供依據(jù)。

試驗材料與方法

試驗材料

本試驗采用的基質(zhì)瀝青為房山瀝青廠A-70號瀝青，乳化瀝青分別為自研乳化瀝青（Ⅰ型）和某品牌乳化瀝青（Ⅱ型），均為慢裂型，各項性能指標均符合要求，如見表1所示。

本試驗采用的舊料來自北京房山瀝青廠，新集料為石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r礦粉，水泥為普通32.5級，礦料性質(zhì)均符合要求。混合料采用AC-25型級配，各檔料摻加比例為10~30mm（新）：10~15mm（新）：0~5mm（新）：10~20mm（舊）：0~10mm（舊）：水泥=12：8：17.5：29：32：1.5，集料各篩孔通過率如表2所示，混合料油石比為4%，采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，并連同試模自然養(yǎng)生24h，再放入60℃烘箱中養(yǎng)生40h，后取出放在25℃室溫下冷卻8h。長期老化采用的是將切割成型的試件放入85℃烘箱中進行為期5天的長期老化，然后自然冷卻至室溫備用。

試驗方法

微觀結(jié)構(gòu)分析采用日本JEOL公司生產(chǎn)的JSM-6010LA型掃描電子顯微鏡，分別對兩種冷再生混合料進行自然養(yǎng)生24h后、室溫放置1個月后和長期老化后三種狀態(tài)下的混合料微觀試驗分析。

動態(tài)模量試驗采用AMPT瀝青混合料性能試驗機，測定老化前后兩種冷再生混合料在四個溫度（5℃、20℃、35℃、50℃）和六個加載頻率（0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、25Hz）下的動態(tài)模量和相位角，加載波形為正弦波。

微觀試驗結(jié)果分析

老化前后兩種冷再生混合料分別在自然養(yǎng)生24h后、室溫放置1個月后（考慮水泥養(yǎng)護成型期一般為28天）和長期老化后三種狀態(tài)下的掃描電鏡試驗結(jié)果，如圖1所示。

圖1中（a）和（d）為冷再生混合料養(yǎng)生后的表面微觀結(jié)構(gòu)，可以看出：

（1）表面呈現(xiàn)出簇狀且相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是由于水泥與乳化瀝青中水發(fā)生的水化反應(yīng)形成的水化產(chǎn)物，水泥的添加促進了乳化瀝青的破乳，并與破乳后的瀝青相互滲透融合在一起；

（2）水泥形成的水化產(chǎn)物使破乳瀝青與再生料表面相互聯(lián)結(jié)，起到“加筋”的作用，加上破乳后瀝青與舊瀝青形成的黏聚力，使得冷再生混合料早期強度快速提升。

圖1中（b）和（e）為冷再生混合料在室溫（25℃）條件下放置一個月后的表面微觀結(jié)構(gòu)，可以看出混合料表面形成了微孔結(jié)構(gòu)，這是由于乳化瀝青在破乳期間是一個憎水過程，形成的瀝青膜裹覆在集料表面，而水分則成游離狀態(tài)分散在混合料體系中，當加入水泥后，水泥與一部分游離水反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物填充了水分占據(jù)的空間，隨著水化反應(yīng)的不斷進行，水化產(chǎn)物的數(shù)量不斷增加，使混合料結(jié)構(gòu)更加密實，強度逐漸提高；同時水化反應(yīng)中熱量的釋放也促進了其余游離水的蒸發(fā)，水分蒸發(fā)后形成了微孔隙，可見水泥對冷再生混合料內(nèi)部空隙的變化具有一定的改善作用，水泥的加入改善了冷再生混合料的受力環(huán)境，在一定程度上彌補了集料-膠漿以及膠漿內(nèi)部的界面缺陷。

圖1中（c）和（f）為冷再生混合料長期老化后的表面微觀結(jié)構(gòu)，可以看出表面粗糙呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔隙大小不一，老化前集料被包裹在膠漿中，結(jié)合緊密，孔徑較小，老化后膠漿變得粗糙，孔徑變大，這是由于混合料在老化程度的過程中，瀝青中輕質(zhì)組分逐漸減少，并伴隨著水泥水化產(chǎn)物的膨脹效應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)，使得膠漿結(jié)構(gòu)表面粗糙，部分空隙相互連通變大，這會導(dǎo)致膠漿與集料的有效接觸面積減小，黏附性降低，加上瀝青老化后變硬，對抗裂性能有著負面的影響。但膠漿結(jié)構(gòu)表面孔隙分布均勻，孔隙閉合，且混合料間的空隙被填充密實，這種結(jié)構(gòu)整體上提高了混合料的穩(wěn)定性和強度。

動態(tài)模量試驗結(jié)果分析

動態(tài)模量和相位角分析

動態(tài)模量是評價瀝青混合料抵抗變形總能力的指標，動態(tài)模量越大，說明瀝青混合料的高溫抗變形能力越強。相位角是表征材料黏彈性的指標，相位角越小，高溫性能越好。圖2、圖3分別是老化前后兩種冷再生瀝青混合料的動態(tài)模量和相位角與溫度和頻率間的變化規(guī)律（圖中O代表老化前Original，L代表長期老化Long-term aging）。

從圖2可以看出

（1）在不同的加載頻率作用下，老化前后兩種冷再生混合料的動態(tài)模量和相位角隨溫度的升高，變化趨勢相似，其中動態(tài)模量隨溫度逐漸減小，老化后比老化前增da，相位角隨溫度逐漸增da，老化后比老化前減小，這說明隨著溫度的升高，冷再生混合料中的彈性部分逐漸向黏性部分轉(zhuǎn)化，混合料接近黏性材料，從而使其恢復(fù)變形能力減弱，抗變形能力減小，老化后抗變形能力優(yōu)于老化前。

（2）在加載頻率一定時，混合料的動態(tài)模量隨溫度的升高逐漸減小，這是由于溫度的升高，使結(jié)合料瀝青的勁度模量減小，發(fā)生黏性流動，導(dǎo)致混合料的黏結(jié)力降低，在荷載作用下，混合料中的骨架變形明顯，使混合料的回彈能力減弱，從而表現(xiàn)出動態(tài)模量隨溫度的升高而逐漸降低。

（3）比較兩種冷再生混合料相位角δ受溫度的影響情況，以10Hz加載頻率作用下為例，溫度從5℃升高到50℃的過程中，相位角值增加量分別為Ⅰ型冷再生老化前10.79℃、長期老化8.92℃，老化前后相差1.87℃，Ⅱ型冷再生老化前11.22℃、長期老化8.02℃，老化前后相差3.20℃，這說明溫度的變化對兩種冷再生混合料相位角的影響相差不大，但對于Ⅱ型冷再生混合料，老化作用比溫度對δ的影響更大。

（4）當加載頻率（0.1Hz、1Hz）較低時，隨溫度的升高，動態(tài)模量減小變緩，相位角增加變緩，這是由于低頻率作用下，混合料近似黏性材料，當溫度升高到一定值時，膠結(jié)料對黏度的影響不在起zhu導(dǎo)作用，而骨架作用變得突出，從而出現(xiàn)動態(tài)模量下降減緩，相位角增加變緩[14-15]；當在中高等頻率（10Hz、25Hz）時，隨溫度的升高，動態(tài)模量呈一定比例的減小，而相位角老化前在較高的溫度下增加開始變緩，這是由于在中高頻作用下，混合料主要體現(xiàn)彈性特性，隨著溫度的升高彈性比例逐漸減小，黏性比例逐漸增da，所以動態(tài)模量隨溫度的升高而呈一定比例的減小，而相位角的增加也變緩。

圖3為動態(tài)模量和相位角與頻率間的變化曲線，可以看出：

（1）在不同溫度下，老化前后兩種冷再生混合料的動態(tài)模量和相位角隨頻率的增da變化規(guī)律相似，即動態(tài)模量逐漸增da，老化后比老化前增da，相位角逐漸減小，老化后比老化前減小，說明兩種冷再生混合料都隨著頻率的增da、老化程度的加深，高溫抗變形能力得到提高。

（2）在同一溫度下，動態(tài)模量、相位角與頻率變化曲線的線性相關(guān)性良好，頻率的增da，即車荷載對混合料作用的時間變短，混合料受到剪力產(chǎn)生的變形就越小，所以動態(tài)模量呈上升的趨勢，相位角呈下降的趨勢。

（3）在0.1~25Hz范圍內(nèi)，比較不同溫度下動態(tài)模量和相位角的變化量，在5℃時動態(tài)模量增加量（約為O:4000，L:4200）、相位角減小量（約為O:3.8，L:3.2），在20℃時動態(tài)模量增加量（約為O:3800，L:4000）、相位角減小量（約為O:4.4，L:3.5），在35℃時動態(tài)模量增加量（約為O:2800，L:3000）、相位角減小量（約為O:1.6，L:2.7），在50℃時動態(tài)模量增加量（約為O:1900，L:2300）、相位角減小量（約為O:0.6，L:1.8），可以看出隨著溫度的升高，在0.1~25Hz范圍內(nèi)動態(tài)模量增da和相位角減小的趨勢均明顯減緩，加載頻率對混合料的影響逐漸減小，溫度的影響逐漸增da，這說明在0.1~25Hz范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，由加載頻率對混合料的主要影響逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟葹橹饕挠绊憽?/p>

車轍性能分析

在NCHRP的研究報告中指出，將E*/sinδ作為評價瀝青混合料高溫抗車轍變形能力的指標，可以更加客觀地反映出材料的車轍性能，E*/sinδ越大，表明瀝青混合料抵抗車轍變形的能力越強。對老化前后兩種冷再生混合料分別在20℃和10Hz條件下進行分析，如圖4所示。

（1）從圖4（a）可以看出，老化前后兩種冷再生混合料的E*/sinδ隨著頻率的增da，呈現(xiàn)出增da的趨勢，加載頻率的增da，表現(xiàn)出荷載對路面作用的時間減少，從而使變形來不及分散，路面不易產(chǎn)生車轍變形，因此隨著加載頻率的增da，瀝青混合料的高溫抗車轍能力越好。

（2）從圖4（b）可以看出，隨著溫度的增加，E*/sinδ值都呈減小的趨勢，這是由于溫度的升高使瀝青分子間相互作用的能力下降，膠結(jié)料從彈性逐漸向黏性轉(zhuǎn)變，使E*/sinδ值減小，這說明溫度越高瀝青混合料的高溫性能越差，這與實際工程混合料在較高溫度下表現(xiàn)黏流態(tài)相符；另外，還可以看出E*/sinδ值的變化在20℃后下降明顯變緩，35℃后趨于平緩，這是由于溫度的升高，由瀝青對黏度的影響逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧瞎羌芷饅hu導(dǎo)作用，再加上水泥作用下膠漿將混合料間空隙填充密實，且表面形成微孔結(jié)構(gòu)，在應(yīng)力的作用下，吸收了部分能量，提高了強度，所以E*/sinδ值下降變緩并趨于平緩，這說明冷再生混合料可以在較高的溫度下仍保持一定的抗車轍性能。

（3）從圖4（a）、（b）可以看出，在不同溫度和不同頻率下，老化后的冷再生混合料車轍性能指標均明顯大于老化前，這說明老化作用對混合料的高溫性能產(chǎn)生了較大的影響，老化作用使瀝青中輕質(zhì)組分減少，重質(zhì)組分增加，表現(xiàn)出更好地彈性性能，所以高溫抗變形能力得到提高。Ⅰ型冷再生混合料的E*/sinδ值在整個溫度和頻率范圍內(nèi)均大于Ⅱ型冷再生，說明Ⅰ型冷再生混合料表現(xiàn)出更好的抗車轍性能，優(yōu)于Ⅱ型冷再生混合料。

儲存模量與損失模量分析

儲存模量E'表征瀝青混合料在變形過程中能量的儲存和釋放，是E*的可恢復(fù)的彈性部分，損失模量E''表征瀝青混合料在變形過程中能量的散失，是E*的不可恢復(fù)的黏性部分，當在高溫條件下，瀝青混合料應(yīng)具有較高的儲存模量以提高其高溫抗車轍的能力，而在低溫條件下，瀝青混合料應(yīng)具有較高的損失模量以提高其低溫抗開裂的能力。

圖5是老化前后兩種冷再生混合料的E'/E*、E''/E*與溫度間的變化規(guī)律，從圖5（a）、（b）中可以看出：

（1）在5℃-50℃范圍內(nèi)，兩種冷再生混合料在老化前和長期老化作用下，E'占E*的比例均明顯高于E''占E*的比例，這說明混合料中的儲存模量E'占zhu導(dǎo)作用，混合料可以在較高的溫度下表現(xiàn)出較好的彈性行為，從而表現(xiàn)出更好地抵抗高溫變形的能力，是有利于混合料高溫抗車轍變形的，這與上述車轍性能分析結(jié)果相一致。

（2）還可以看出隨著溫度的升高，E'占E*的比例略微減小，而E''占E*的比例逐漸增加，黏性成分增多，這與瀝青混合料實際的情況是一致的，在相對較低的溫度下，瀝青混合料處于彈性狀態(tài)，溫度的升高使瀝青混合料向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變，由于水泥的添加，改善了混合料間受力環(huán)境，提高了混合料的強度，所以可以在較寬的溫度范圍內(nèi)仍表現(xiàn)出較高的彈性性能和抗變形能力。

（3）比較老化前后E'/E*與E''/E*的比例變化情況可知，老化后E'/E*的比例增da，E''/E*的比例減小，說明老化后使混合料表現(xiàn)更好的抗高溫變形能力，但增da和減小的幅度不大，老化作用對其影響較小。

結(jié)論

（1）水泥在瀝青膠結(jié)料中形成簇狀且相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了混合料早期強度，隨著水化產(chǎn)物的增加，混合料內(nèi)部空隙得到了改善，結(jié)構(gòu)更加密實，強度逐漸提高。

（2）長期老化后，膠漿表面呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，膠漿與集料有效接觸面積減小，這對集料的黏附性和抗開裂性能有著負面影響。

（3）在低溫（5℃）時，加載頻率對冷再生混合料的動態(tài)模量和相位角影響較大，但隨著溫度的升高，受頻率影響逐漸變小，而受溫度影響逐漸增da。

（4）隨著溫度的升高，車轍性能指標E*/sinδ下降變緩并趨于平緩，說明冷再生混合料可以在較高的溫度下仍保持一定的抗車轍性能，Ⅰ型冷再生混合料抗車轍性能優(yōu)于Ⅱ型。

（5）老化前后兩種冷再生混合料中的儲存模量占比明顯高于損失模量占比，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的彈性性能和抗變形能力，且老化后變化不大，受老化作用影響較小。

作者：王子豪，郭留杰? 公路養(yǎng)護技術(shù)國家工程研究中心；中公高科養(yǎng)護科技股份有限公司

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