關(guān)鍵詞：道路工程 | 泡沫瀝青冷再生混合料 | 再生劑 | 疲勞特性 | 長(zhǎng)壽命瀝青路面

目前我國(guó)已建成了世界上zui長(zhǎng)的高速公路網(wǎng)，公路建設(shè)水平穩(wěn)居世界先進(jìn)水平[1]。與此同時(shí)，我國(guó)也面臨著高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修里程長(zhǎng)、筑路材料資源緊缺等諸多問(wèn)題。按照瀝青路面設(shè)計(jì)壽命為15年計(jì)算，我國(guó)早期修建的瀝青路面陸續(xù)進(jìn)入大中修期。加之高速公路擴(kuò)容改擴(kuò)建和瀝青路面早發(fā)性損害問(wèn)題，導(dǎo)致公路建設(shè)環(huán)保要求與瀝青路面周期性重建時(shí)巨大資源消耗的矛盾日益突出[2-5]。在此背景下，將廢舊瀝青路面材料資源化再生利用于長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)層就顯得尤為重要。我國(guó)“十二五”、“十三五”公路養(yǎng)護(hù)發(fā)展綱要均要求將廢舊瀝青路面材料再生后應(yīng)用于路面結(jié)構(gòu)層，并規(guī)定了回收利用率下限值。2021年2月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》要求推動(dòng)廢舊路面、瀝青等材料的資源化利用，為加快瀝青路面再生技術(shù)的研究和工程實(shí)踐工作指明了方向。

境內(nèi)外大量文獻(xiàn)針對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料性能與冷再生路面結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)、泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度形成機(jī)理、路用性能、使用性能跟蹤檢測(cè)評(píng)價(jià)、綜合路用性能改善措施等開展了深入研究[2-10]，這為泡沫瀝青冷再生技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)，繼2008年頒發(fā)瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范之后，2019版瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范也已頒布實(shí)施，我國(guó)泡沫瀝青冷再生技術(shù)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段?，F(xiàn)行規(guī)范和研究成果認(rèn)為，在泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)、施工階段，由于RAP(舊瀝青路面回收料)沒(méi)有被預(yù)熱，RAP表面的老化瀝青并未發(fā)揮黏結(jié)作用，RAP僅作為“黑色集料”使用，并未考慮RAP中老化瀝青黏結(jié)強(qiáng)度恢復(fù)后對(duì)冷再生混合料力學(xué)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)[3-7]。

然而，山東、山西、陜西等地的泡沫瀝青冷再生實(shí)體工程跟蹤檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層在服役期間出現(xiàn)疲勞壽命和力學(xué)強(qiáng)度不減反增的現(xiàn)象[8-11]。如服役2~6年期間，劈裂強(qiáng)度、抗壓模量增長(zhǎng)幅度可達(dá)50%~200%。鉆芯取樣試驗(yàn)結(jié)果表明，泡沫瀝青冷再生混合料在服役期間存在強(qiáng)度明顯增長(zhǎng)的過(guò)程。這主要?dú)w結(jié)于3點(diǎn)：

(1)服役期間水泥繼續(xù)發(fā)生水化反應(yīng)，水硬性膠凝材料數(shù)量增多；

(2)行車荷載及上覆路面結(jié)構(gòu)層的二次壓密作用，提高了泡沫瀝青冷再生層的密實(shí)度和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

(3)RAP中老化瀝青數(shù)量可達(dá)到3.5%~6.5%，老化瀝青在再生混合料中數(shù)量龐大且分布范圍廣泛，根據(jù)瀝青的時(shí)-溫?fù)Q算原理，瀝青的流變性狀對(duì)溫度和時(shí)間有很大的依賴性，瀝青黏彈特性對(duì)溫度的敏感性決定了延長(zhǎng)時(shí)間與升高溫度對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響是等效的，瀝青在常溫長(zhǎng)時(shí)間下流淌的距離，可等效為高溫短時(shí)間內(nèi)的流淌距離，新舊瀝青長(zhǎng)達(dá)若干年的相互融合、滲透，長(zhǎng)時(shí)間作用相當(dāng)于對(duì)老化瀝青起到“加熱”的作用，新舊瀝青融合后，部分老化瀝青被激活，重新發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度，使得提供黏結(jié)強(qiáng)度的瀝青膠結(jié)料數(shù)量增多。

有關(guān)泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能研究方面[12-15]，既有研究成果大多是基于應(yīng)力控制加載模式且應(yīng)變水平較高，疲勞試驗(yàn)加載次數(shù)僅幾百至幾千次，疲勞壽命較小，與實(shí)際冷再生結(jié)構(gòu)層承受幾千萬(wàn)次車輛荷載疲勞作用次數(shù)相差較大。并且已有應(yīng)力控制加載模式在大應(yīng)力水平下的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性大，應(yīng)力控制模式與瀝青穩(wěn)定類材料實(shí)際受力狀態(tài)差異較大，因此較難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料的真實(shí)抗疲勞性能。因此，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能，有必要進(jìn)行微應(yīng)變水平下的控制應(yīng)變加載模式疲勞試驗(yàn)。

鑒于此，為了模擬老化瀝青恢復(fù)黏結(jié)強(qiáng)度后，以及新舊瀝青長(zhǎng)時(shí)間融合后，泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能增長(zhǎng)規(guī)律，基于微應(yīng)變水平下的4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，研究再生劑、RAP摻量和模擬服役時(shí)間對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能的影響，擬合回歸泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞方程，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化長(zhǎng)壽命泡沫瀝青冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)。

試驗(yàn)原材料與方案

原材料

(1)RAP：RAP來(lái)源于河北某高速公路改擴(kuò)建工程，瀝青路面分層銑刨后獲取RAP，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室自然晾干。RAP主要技術(shù)指標(biāo)見表1。按照J(rèn)TG/T5521-2019中泡沫瀝青冷再生混合料礦料級(jí)配(中粒式)要求，逐檔篩分后備用。

(2)新集料：新添加集料為10~20mm石灰?guī)r碎石與0~5mm石灰?guī)r機(jī)制砂，品質(zhì)符合JTG F40-2004規(guī)范要求。

(3)泡沫瀝青：采用Ａ-90基質(zhì)瀝青制備泡沫瀝青，發(fā)泡試驗(yàn)結(jié)果見表2。測(cè)試zui佳發(fā)泡溫度為165℃、發(fā)泡用水量為2%條件下的泡沫瀝青膨脹率為24(倍)、半衰期為24.5s，符合JTG/T5521-2019要求。

(4)再生劑：再生劑主要成分為芳烴油、增塑劑(DOP)，技術(shù)指標(biāo)見表3。

(5)水泥與水：采用PO.42.5普通硅酸鹽水泥和實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。

試驗(yàn)方案

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，泡沫瀝青冷再生混合料中的RAP摻量一般為70%~100%。試驗(yàn)研究采用80%、100%兩種RAP摻量。為了恢復(fù)RAP中老化瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度，初選的再生劑摻量為RAP質(zhì)量的0.6%、0.9%、1.2%、1.5%。然后按照J(rèn)TG/T5521-2019，基于劈裂試驗(yàn)確定zui佳的再生劑摻量，并驗(yàn)證再生劑泡沫瀝青冷再生混合料的力學(xué)性能、路用性能。為了模擬再生劑對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能的影響，將再生劑泡沫瀝青冷再生混合料在室內(nèi)放置一定時(shí)間，基于4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，研究再生劑與RAP長(zhǎng)時(shí)間作用后泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞耐久性。

泡沫瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)

為了避免礦料級(jí)配變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)研究采用相同礦料級(jí)配(見表4)。水泥摻量為1.2%(水泥不參與合成級(jí)配)。配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表5所示。

再生劑泡沫瀝青冷再生混合料制備工藝

在拌和階段，將再生劑與50%的拌和用水混合均勻，然后將再生劑和水混合液體與RAP進(jìn)行預(yù)拌120s，加入新集料和水泥攪拌60s后，再加入剩余50%拌和用水?dāng)嚢?0s，后噴入設(shè)計(jì)用量的泡沫瀝青繼續(xù)攪拌120s，完成再生劑泡沫瀝青冷再生混合料拌和。普通泡沫瀝青冷再生制備時(shí)僅少了添加再生劑的過(guò)程。

再生劑泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能與路用性能

確定zui佳再生劑摻量

按照J(rèn)TG/T5521-2019要求測(cè)試劈裂強(qiáng)度(ITS)與凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)，結(jié)果見表6。

表6結(jié)果表明，再生劑的添加，顯著提高了泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度比。

隨著再生劑摻量的zeng大，80%RAP、100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料的ITS、TSR出現(xiàn)先zeng大后減小趨勢(shì)，在0.8%~1.0%再生劑摻量下，泡沫瀝青冷再生混合料的ITS、TSR達(dá)到峰值。以峰值ITS確定80%RAP、100%RAP對(duì)應(yīng)的zui佳再生劑摻量分別為0.9%、1.0%。

分析其原因?yàn)?，根?jù)老化瀝青再生的“相容性理論”和“組分調(diào)節(jié)理論”，再生劑的滲透、彌補(bǔ)輕質(zhì)組分、溶解和稀釋瀝青質(zhì)功能，一方面，能夠提高老化瀝青各組分的相容性、減小各組分間的溶解度參數(shù)差、彌補(bǔ)老化瀝青中缺失的輕質(zhì)組分，從而恢復(fù)RAP中老化瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度，使老化瀝青部分起到了新瀝青膠結(jié)料的黏結(jié)作用；另一方面，從劈裂試件破壞界面來(lái)看(見圖1)，隨著再生劑摻量zeng大，分布在劈裂試件破壞界面上的泡沫瀝青面積zeng大、獨(dú)立“點(diǎn)焊”狀泡沫瀝青膠結(jié)料團(tuán)聚面積zeng大，泡沫瀝青冷再生混合料破壞界面形成類似瀝青膜裹附狀態(tài)，破壞界面外觀接近乳化瀝青冷再生混合料，這是再生劑稀釋“點(diǎn)焊”狀泡沫瀝青和溶解RAP中老化瀝青所致，使能夠提供黏結(jié)強(qiáng)度的泡沫瀝青數(shù)量zeng大，進(jìn)而使黏聚力zeng大。此外，當(dāng)再生劑摻量超過(guò)1.0%后，隨著再生劑摻量進(jìn)一步zeng大，由于常溫狀態(tài)下再生劑滲透、還原老化瀝青的能力有限，未與老化瀝青充分融合的再生劑呈游離狀態(tài)，反而會(huì)過(guò)度稀釋泡沫瀝青和再生瀝青，導(dǎo)致泡沫瀝青“焊點(diǎn)”之間的聯(lián)接強(qiáng)度和再生瀝青黏度降低，同時(shí)游離狀態(tài)的再生劑削弱了泡沫瀝青砂漿的黏結(jié)強(qiáng)度與界面黏附強(qiáng)度，導(dǎo)致黏聚力降低，使劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比不增反減。

力學(xué)性能與路用性能試驗(yàn)

在0.9%、1.0%再生劑摻量下，驗(yàn)證再生劑對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能與路用性能的增強(qiáng)作用。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(試件直徑為100mm，高徑比為2:1，試驗(yàn)溫度為20℃，試驗(yàn)加載速率為1mm/min)、動(dòng)態(tài)壓縮模量試驗(yàn)(溫度為20℃，加載頻率為5Hz和10Hz)及高低溫路用性能試驗(yàn)(試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG E20-2011)結(jié)果見表7。

(1)摻加0.9%RA(添加劑)、1.0%RA后，泡沫瀝青冷再生混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高了35.8%、60.5%，5Hz動(dòng)態(tài)壓縮模量提高了21.6%、29.9%，10Hz動(dòng)態(tài)壓縮模量提高了17.3%、27.2%，60℃動(dòng)穩(wěn)定度提高了34.3%、37.7%，-10℃彎曲應(yīng)變提高了41.6%、61.1%，zeng大RAP摻量后泡沫瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度與路用性能均有一定程度降低。這主要是因?yàn)楦鶕?jù)瀝青的時(shí)-溫等效原理，在常溫、短時(shí)間內(nèi)，由于普通泡沫瀝青冷再生混合料中RAP表面黏附的老化瀝青砂漿較難發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度，RAP被近似看作“黑色集料”，由于級(jí)配退化，RAP自身棱角性、砂當(dāng)量和力學(xué)性能相對(duì)新集料均較差，導(dǎo)致RAP摻量zeng大，泡沫瀝青冷再生混合料的力學(xué)性能和路用性能均有一定程度下降。

(2)雙因素方差分析結(jié)果表明，添加再生劑對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能和路用性能的影響比RAP更顯著，添加再生劑能彌補(bǔ)RAP摻量zeng大后對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能和路用性能產(chǎn)生的負(fù)面影響。這主要是因?yàn)?，RAP摻量越大，泡沫瀝青冷再生混合中的老化瀝青數(shù)量越多，再生劑還原老化瀝青后，能夠提供黏結(jié)強(qiáng)度的瀝青膠結(jié)料數(shù)量也越多。

(3)再生劑的添加，顯著提高了泡沫瀝青冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度，改善了冷再生混合料高溫抗車轍和低溫抗開裂等路用性能，再生劑泡沫瀝青冷再生混合料表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫抗車轍性能、抗水損害性能，動(dòng)態(tài)壓縮模量也滿足JTG/T5221-2019冷再生混合料力學(xué)參數(shù)要求。尤其是添加再生劑后，改善了泡沫瀝青冷再生混合料的低溫彎曲應(yīng)變。再生劑的添加，能夠彌補(bǔ)因zeng大RAP摻量后導(dǎo)致的泡沫瀝青冷再生混合料力學(xué)性能和路用性能下降的問(wèn)題，使泡沫瀝青冷再生混合料能夠保持較高的力學(xué)強(qiáng)度和較優(yōu)異的路用性能。這主要是因?yàn)椋偕鷦┘せ罾匣癁r青的黏結(jié)強(qiáng)度后，使泡沫瀝青冷再生混合料由泡沫瀝青“點(diǎn)焊”狀黏結(jié)的半松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻茷r青油膜均勻裹附板體狀態(tài)，綜合路用性能接近熱拌瀝青混凝土，從而滿足高速公路下面層的路用要求。

再生劑泡沫瀝青冷再生混合料疲勞性能

采用4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生劑泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞性能。輪碾法成型尺寸為450mm×300mm×100mm的車轍板試件，室溫放置0~60個(gè)月后，切割成380(長(zhǎng))×63.5(寬)×50mm(高)梁式試件，每組準(zhǔn)備4個(gè)平行試件。控制疲勞試驗(yàn)溫度為20℃，3分點(diǎn)加載(4點(diǎn)彎曲)的應(yīng)變水平為150με、200με、250με、300με，加載頻率為10Hz，并設(shè)置疲勞試驗(yàn)終止條件為梁式試件勁度模量下降到初始勁度模量的50%。采用4點(diǎn)彎曲劈裂試驗(yàn)裝置，根據(jù)設(shè)定的試驗(yàn)終止條件，利用***數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)輸出勁度模量隨加載次數(shù)的衰減曲線及疲勞壽命。

RAP和再生劑對(duì)疲勞壽命的影響

成型車轍板，切割成梁式試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。疲勞壽命匯總結(jié)果見表8、表9。

由表8、表9試驗(yàn)結(jié)果分析如下：

(1)泡沫瀝青冷再生混合料的勁度模量與疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異系數(shù)不超過(guò)6.5%，試驗(yàn)離散性小，采用4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)?zāi)茌^為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。

(2)摻加再生劑前后，隨著RAP摻量和應(yīng)變水平的zeng大，泡沫瀝青冷再生混合料的勁度模量降低，在相同RAP摻量下，應(yīng)變水平由150με大至300με，勁度模量降低幅度超過(guò)了50%。荷載條件對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料勁度模量的影響比zeng大RAP摻量更顯著。在相同RAP摻量下，摻加再生劑有助于提高泡沫瀝青冷再生混合料的勁度模量。

(3)zeng大荷載應(yīng)變水平顯著降低了泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命，泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命對(duì)應(yīng)變水平變化ji為敏感。具體表現(xiàn)為，不摻加再生劑，150με微應(yīng)變水平下，80%、100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命約為20000000次；應(yīng)變水平zeng大至200με后，泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命約為1000000次；繼續(xù)zeng大應(yīng)變水平至300με，疲勞壽命下降至50000次。應(yīng)變水平由150με大至200με后疲勞壽命降幅接近90%，應(yīng)變水平由200με大至300με疲勞壽命衰減了約95%。摻加再生劑的泡沫瀝青冷再生混合料，在zeng大應(yīng)變水平后疲勞壽命隨應(yīng)變水平zeng大也有類似的衰減規(guī)律。

(4)相同應(yīng)變水平下，添加再生劑前后，zeng大RAP摻量均能改善泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。具體表現(xiàn)為，不摻加再生劑時(shí)在150με、200με、250με、300με應(yīng)變水平下，100%RAP摻量的泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命比80%RAP摻量下疲勞壽命分別zeng大了11.1%、16.0%、14.9%、8.6%。在150με應(yīng)變水平下，2種RAP摻量的泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命相差近200萬(wàn)次。分析其原因?yàn)?，zeng大RAP摻量后，泡沫瀝青冷再生混合料內(nèi)部總的瀝青含量zeng大，RAP材料性質(zhì)不同于新?lián)郊蛹?，裹附在RAP表面的老化瀝青砂漿其硬度介于泡沫瀝青砂漿與集料之間，在荷載作用下，老化瀝青砂漿可起到緩沖荷載和應(yīng)力吸收作用，從而有助于提高疲勞壽命。

(5)相較于普通泡沫瀝青冷再生混合料(不摻加再生劑)，摻加再生劑后，2種RAP摻量的泡沫瀝青冷再生混合料在各應(yīng)變水平下的疲勞壽命均顯著增加。具體表現(xiàn)為，在150με、200με、250με、300με應(yīng)變水平下，0.9%RA＋80%RAP泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命分別提高了33.9%、59.1%、36.4%、59.0%，1.0%RA＋100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命分別提高了28.8%、65.8%、57.4%、60.7%。

(6)根據(jù)疲勞試驗(yàn)結(jié)果，擬合回歸疲勞方程，結(jié)果見圖2。擬合結(jié)果表明，疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，隨著加載次數(shù)zeng大，泡沫瀝青冷再生混合料的殘留應(yīng)變逐漸減小，應(yīng)變(ε)與疲勞壽命(N)之間擬合優(yōu)化度R^2大于0.96，疲勞方程的數(shù)學(xué)擬合關(guān)系良好。根據(jù)疲勞極限概念，認(rèn)為在實(shí)際車輛荷載作用下，瀝青路面實(shí)際疲勞壽命達(dá)到5億次對(duì)應(yīng)的應(yīng)變水平，稱之為疲勞極限。將5億次疲勞壽命帶入疲勞方程，反算5億次疲勞壽命對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)變約為99.6με~103.3με。添加再生劑前后，泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞極限應(yīng)變較為接近，疲勞極限應(yīng)變約為100με。同時(shí)考慮到疲勞試驗(yàn)間歇時(shí)間、材料的自愈合功能等因素影響，估算室內(nèi)疲勞壽命約為實(shí)際冷再生路面結(jié)構(gòu)層的4~5倍。修正后，取室內(nèi)疲勞壽命達(dá)到1億次對(duì)應(yīng)的應(yīng)變水平為泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞極限。帶入疲勞方程，反算對(duì)應(yīng)的極限應(yīng)變?yōu)?20.7με~126.2με，因此可取疲勞極限應(yīng)變?yōu)?20με。但是目前關(guān)于室內(nèi)疲勞壽命與實(shí)際車輛荷載作用下疲勞壽命的對(duì)應(yīng)關(guān)系仍不明確，為安全起見，推jian泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞極限應(yīng)變?yōu)?00με。在此應(yīng)變水平下，泡沫瀝青冷再生路面符合長(zhǎng)壽命瀝青路面抗疲勞性能要求。

模擬服役時(shí)間對(duì)疲勞壽命的影響

文獻(xiàn)[4]研究表明，由于服役過(guò)程中泡沫瀝青與老化瀝青長(zhǎng)期浸潤(rùn)作用及泡沫瀝青重分布作用，使得泡沫瀝青冷再生路面在服役過(guò)程中存在力學(xué)強(qiáng)度與疲勞性能增長(zhǎng)的過(guò)程。為了模擬泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層疲勞壽命增長(zhǎng)過(guò)程，將新成型泡沫瀝青冷再生混合料在室溫條件分別放置0~60個(gè)月。放置期間，不考慮車輛荷載疲勞損傷作用和上覆瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層的壓密作用，間隔12個(gè)月測(cè)試一次疲勞壽命，每組準(zhǔn)備4個(gè)平行試件。由于低應(yīng)變水平下的疲勞試驗(yàn)持續(xù)數(shù)月，室內(nèi)試驗(yàn)僅進(jìn)行300με水平下的疲勞壽命。結(jié)果匯總見表10、圖3。

由表10、圖3試驗(yàn)結(jié)果分析如下：

(1)無(wú)論是否添加再生劑，泡沫瀝青冷再生混合料在室內(nèi)放置期間都存在疲勞壽命增長(zhǎng)的過(guò)程。表現(xiàn)為，隨著放置時(shí)間延長(zhǎng)，疲勞壽命先快速zeng大然后趨于穩(wěn)定。分析其原因?yàn)?，根?jù)瀝青的時(shí)-溫?fù)Q算原理，在放置期間，RAP表面老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)作用雖然緩慢，但是新舊瀝青經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間作用后，泡沫瀝青與老化瀝青產(chǎn)生交融，尤其是添加再生劑后，再生劑加速了新舊瀝青之間的遷移、融合，舊瀝青吸收再生劑輕質(zhì)組分后性能恢復(fù)，舊瀝青發(fā)揮了黏結(jié)作用，黏聚力逐漸增長(zhǎng)，泡沫瀝青冷再生混合料的界面接觸狀態(tài)向熱拌瀝青混合料轉(zhuǎn)變。

(2)不考慮服役期間車輛荷載的疲勞荷載損傷作用，室內(nèi)放置5年后，對(duì)于80%RAP、100%RAP、0.9%RA＋80%RAP、1.0%RA＋80%RAP冷再生混合料，疲勞壽命分別為室內(nèi)新成型泡沫瀝青冷再生混合料的3.79倍、3.86倍、3.15倍、3.24倍。在長(zhǎng)時(shí)間作用下，新舊瀝青交融后，舊瀝青發(fā)揮了黏結(jié)作用，有助于進(jìn)一步提高泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。

(3)室內(nèi)放置5年后，100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命比80%RAP泡沫瀝青冷再生混合料提高了10.7%，0.9%RA＋80%RAP泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命比80%RAP泡沫瀝青冷再生混合料提高了31.9%，1.0%RA＋100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命比100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料提高了34.8%。zeng大RAP摻量或添加再生劑均能改善冷再生混合料的抗疲勞性能，將泡沫瀝青冷再生混合料中的RAP僅作為黑色集料，低估了泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。

長(zhǎng)壽命泡沫瀝青冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)極限應(yīng)變?cè)?，控制瀝青路面結(jié)構(gòu)層底的拉應(yīng)變小于極限應(yīng)變，就能實(shí)現(xiàn)瀝青路面結(jié)構(gòu)層不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性疲勞損傷破壞，從而達(dá)到長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)目標(biāo)。結(jié)合我國(guó)高速公路瀝青路面改建工程中冷再生混合料實(shí)際工況，上覆加鋪層采用國(guó)內(nèi)常用的100pxAC-13(或100pxSMA-13)改性瀝青混凝土＋150pxAC-20改性瀝青混凝土，變化下承層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石頂部的綜合回彈模量分別為200~1200MPa，計(jì)算疲勞極限應(yīng)變100με對(duì)應(yīng)的zui小泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層厚度。路面結(jié)構(gòu)層模量取值參照J(rèn)TG D50-2017規(guī)范中值，泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層動(dòng)態(tài)模量取5000MPa，控制泡沫瀝青冷再生混合料層底疲勞極限應(yīng)變?yōu)?00με，總結(jié)全國(guó)多省份半剛性基層破損形態(tài)與實(shí)測(cè)彎沉值，計(jì)算得到的長(zhǎng)壽命泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)組合方案見表11。

由表11可知，控制泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)變?yōu)?00με條件下，隨著下承層當(dāng)量模量的zeng大，泡沫瀝青冷再生混合料結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)層厚度逐漸減小，下承層模量高時(shí)加鋪泡沫瀝青冷再生結(jié)構(gòu)層厚度取小值。在高速公路大中修工程中，采用泡沫瀝青冷再生混合料組合熱拌瀝青混凝土，完全滿足長(zhǎng)壽命瀝青路面抗疲勞性能要求，這一點(diǎn)已在國(guó)內(nèi)多條高速公路改擴(kuò)建工程中得到實(shí)踐證明，充分體現(xiàn)了泡沫瀝青冷再生的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

(1)添加再生劑顯著提高了泡沫瀝青冷再生混合料的劈裂強(qiáng)度與凍融劈裂強(qiáng)度比，以峰值ITS確定80%RAP、100%RAP泡沫瀝青冷再生混合料的zui佳再生劑摻量分別為0.9%、1.0%。

(2)zeng大荷載應(yīng)變水平顯著降低了泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命，泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命對(duì)應(yīng)變水平變化ji為敏感。150με水平下，泡沫瀝青冷再生混合料的疲勞壽命達(dá)2×10^7次。4點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)泡沫瀝青冷再生混合料抗疲勞耐久性能。

(3)根據(jù)擬合回歸的疲勞方程，確定泡沫瀝青冷再生混合料的極限疲勞應(yīng)變?yōu)?00με。在高速公路大中修工程中，采用泡沫瀝青冷再生混合料組合熱拌瀝青混凝土，完全滿足長(zhǎng)壽命瀝青路面抗疲勞性能要求。

(4)添加再生劑、zeng大RAP摻量、增加室內(nèi)放置時(shí)間，均能改善泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。由于RAP中的老化瀝青發(fā)揮黏結(jié)強(qiáng)度，使得服役期間泡沫瀝青冷再生混合料疲勞壽命同樣存在增長(zhǎng)過(guò)程，將泡沫瀝青冷再生混合料中的RAP僅作為黑色集料，低估了泡沫瀝青冷再生混合料的抗疲勞性能。

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棱柱體小梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是 2011 年交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評(píng)價(jià)瀝青混合料疲勞性能和測(cè)量勁度模量的非常重要的試驗(yàn)方法。該方法可以在DTS多功能動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以使用單獨(dú)式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)。尤其對(duì)于試驗(yàn)任務(wù)量比較大的單位，因?yàn)槠谠囼?yàn)可能持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)，幾小時(shí)到幾天、甚至幾周。所以配備一套單獨(dú)式的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動(dòng)伺服四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī) (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達(dá)60Hz的準(zhǔn)確加載波形的氣動(dòng)伺服試驗(yàn)儀。四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測(cè)試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞損傷

▍AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)

▍EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn) (4PB-PR)

▍T0739-2011 瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)

產(chǎn)品特點(diǎn)

1.試樣通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù)定的夾緊力，并保證測(cè)試過(guò)程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時(shí)仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)電流控制

2.兩個(gè)夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點(diǎn)的夾緊和放松。四個(gè)試樣夾緊框可實(shí)現(xiàn)所有加載點(diǎn)和反力點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)

3.頂部夾緊塊的標(biāo)志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>

4.氣動(dòng)伺服系統(tǒng)使用底部氣動(dòng)加載作動(dòng)器，配備高性能氣動(dòng)伺服閥，PID閉環(huán)控制，運(yùn)行中的自適應(yīng)控制，可始終維持測(cè)試所需的應(yīng)力/應(yīng)變

5.薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量和控制荷載。主軸位移傳感器可實(shí)現(xiàn)中間加載框架的準(zhǔn)確定位

6.試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進(jìn)行控制并測(cè)量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測(cè)量部分變形的方法），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

7.基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡(jiǎn)單、效率高并符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

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