利用再生料鋪筑的路面結(jié)構(gòu)與普通路面結(jié)構(gòu)沒(méi)有區(qū)別甚至路用性能更好。而Zaumanis等對(duì)RAP摻量在40%以上的混合料進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，混合料在保持路用性能較好的情況下具有顯zhu的經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度、水穩(wěn)定性能和抗yong久變形能力。而我國(guó)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(qiáng)度及疲勞性能。水泥因具有較高的性價(jià)比在冷再生技術(shù)中被廣泛應(yīng)用，對(duì)此研究學(xué)者也從微觀和宏觀方面對(duì)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(guò)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(jìn)乳化瀝青團(tuán)聚破乳。楊彥海等人也通過(guò)掃描電鏡測(cè)試了水泥對(duì)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(guò)工業(yè)CT無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究了水泥摻量對(duì)冷再生混合料的細(xì)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?cè)矫黠@,增da水泥摻量將對(duì)乳化瀝青冷再生混合料的密實(shí)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(duì)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(duì)冷再生混合料高溫性能的影響zui為顯zhu，RAP摻量對(duì)其水穩(wěn)性能的影響zui大。黃磊以再生舊料殘余價(jià)值為指標(biāo)研究了水泥乳化瀝青冷再生混合料在循環(huán)再生過(guò)程中路用性能的衰變規(guī)律。耿九光等人采用正交試驗(yàn)的方法研究了冷再生混合料中各材料對(duì)其初期強(qiáng)度和后期殘留強(qiáng)度的影響，指出各材料對(duì)冷再生料力學(xué)性能的影響程度因RAP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而異。劉偉勝等人對(duì)乳化型冷拌冷鋪瀝青混合料的靜、動(dòng)態(tài)回彈模量進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明溫度和頻率對(duì)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(duì)其微觀及宏觀的影響研究，對(duì)老化后冷再生混合料的性能研究鮮有報(bào)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(yàn)機(jī)對(duì)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(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)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(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為房山瀝青廠A-70號(hào)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(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求，如見(jiàn)表1所示。

本試驗(yàn)采用的舊料來(lái)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(jí)，礦料性質(zhì)均符合要求?；旌狭喜捎肁C-25型級(jí)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(guò)率如表2所示，混合料油石比為4%，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)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(zhǎng)期老化采用的是將切割成型的試件放入85℃烘箱中進(jìn)行為期5天的長(zhǎng)期老化，然后自然冷卻至室溫備用。

試驗(yàn)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(duì)兩種冷再生混合料進(jìn)行自然養(yǎng)生24h后、室溫放置1個(gè)月后和長(zhǎng)期老化后三種狀態(tài)下的混合料微觀試驗(yàn)分析。

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

微觀試驗(yàn)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(gè)月后（考慮水泥養(yǎng)護(hù)成型期一般為28天）和長(zhǎng)期老化后三種狀態(tài)下的掃描電鏡試驗(yàn)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(jìn)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(qiáng)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(gè)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(gè)憎水過(guò)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(dāng)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(jìn)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(shí)，強(qiáng)度逐漸提高；同時(shí)水化反應(yīng)中熱量的釋放也促進(jìn)了其余游離水的蒸發(fā)，水分蒸發(fā)后形成了微孔隙，可見(jiàn)水泥對(duì)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(bǔ)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(zhǎng)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(guò)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(huì)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(duì)抗裂性能有著負(fù)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(shí)，這種結(jié)構(gòu)整體上提高了混合料的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果分析

動(dòng)態(tài)模量和相位角分析

動(dòng)態(tài)模量是評(píng)價(jià)瀝青混合料抵抗變形總能力的指標(biāo)，動(dòng)態(tài)模量越大，說(shuō)明瀝青混合料的高溫抗變形能力越強(qiáng)。相位角是表征材料黏彈性的指標(biāo)，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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)態(tài)模量和相位角隨溫度的升高，變化趨勢(shì)相似，其中動(dòng)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(shuō)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(shí)，混合料的動(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(guò)程中，相位角值增加量分別為Ⅰ型冷再生老化前10.79℃、長(zhǎng)期老化8.92℃，老化前后相差1.87℃，Ⅱ型冷再生老化前11.22℃、長(zhǎng)期老化8.02℃，老化前后相差3.20℃，這說(shuō)明溫度的變化對(duì)兩種冷再生混合料相位角的影響相差不大，但對(duì)于Ⅱ型冷再生混合料，老化作用比溫度對(duì)δ的影響更大。

（4）當(dāng)加載頻率（0.1Hz、1Hz）較低時(shí)，隨溫度的升高，動(dòng)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(dāng)溫度升高到一定值時(shí)，膠結(jié)料對(duì)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(dòng)態(tài)模量下降減緩，相位角增加變緩[14-15]；當(dāng)在中高等頻率（10Hz、25Hz）時(shí)，隨溫度的升高，動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)模量和相位角隨頻率的增da變化規(guī)律相似，即動(dòng)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(shuō)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(dòng)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(duì)混合料作用的時(shí)間變短，混合料受到剪力產(chǎn)生的變形就越小，所以動(dòng)態(tài)模量呈上升的趨勢(shì)，相位角呈下降的趨勢(shì)。

（3）在0.1~25Hz范圍內(nèi)，比較不同溫度下動(dòng)態(tài)模量和相位角的變化量，在5℃時(shí)動(dòng)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(shí)動(dòng)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(shí)動(dòng)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(shí)動(dòng)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(dòng)態(tài)模量增da和相位角減小的趨勢(shì)均明顯減緩，加載頻率對(duì)混合料的影響逐漸減小，溫度的影響逐漸增da，這說(shuō)明在0.1~25Hz范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，由加載頻率對(duì)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(bào)告中指出，將E*/sinδ作為評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫抗車轍變形能力的指標(biāo)，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(qiáng)。對(duì)老化前后兩種冷再生混合料分別在20℃和10Hz條件下進(jìn)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(shì)，加載頻率的增da，表現(xiàn)出荷載對(duì)路面作用的時(shí)間減少，從而使變形來(lái)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(shì)，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(shuō)明溫度越高瀝青混合料的高溫性能越差，這與實(shí)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(duì)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(shí)，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(qiáng)度，所以E*/sinδ值下降變緩并趨于平緩，這說(shuō)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(biāo)均明顯大于老化前，這說(shuō)明老化作用對(duì)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(gè)溫度和頻率范圍內(nèi)均大于Ⅱ型冷再生，說(shuō)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(chǔ)存模量與損失模量分析

儲(chǔ)存模量E'表征瀝青混合料在變形過(guò)程中能量的儲(chǔ)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(guò)程中能量的散失，是E*的不可恢復(fù)的黏性部分，當(dāng)在高溫條件下，瀝青混合料應(yīng)具有較高的儲(chǔ)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(zhǎng)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(shuō)明混合料中的儲(chǔ)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(shí)際的情況是一致的，在相對(duì)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(qiáng)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(shuō)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(duì)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(qiáng)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(shí)，強(qiáng)度逐漸提高。

（2）長(zhǎng)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(duì)集料的黏附性和抗開裂性能有著負(fù)面影響。

（3）在低溫（5℃）時(shí)，加載頻率對(duì)冷再生混合料的動(dòng)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(biāo)E*/sinδ下降變緩并趨于平緩，說(shuō)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(chǔ)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(hù)技術(shù)國(guó)家工程研究中心；中公高科養(yǎng)護(hù)科技股份有限公司

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