0 引言

根据沥青路面再生技术的分析，冷再生具有大体量消耗废旧材料的优势，具有显著的低碳环保效益，且能消除原路面多种病害、缓解反射裂缝的产生^[1-3]。因而，在沥青路面改建和养护工程中逐渐受到重视。乳化沥青是冷再生应用中的一种主要结合料^[4-5]，与热拌沥青混合料相比，乳化沥青冷再生混合料的最终强度需乳化沥青破乳凝结才能形成，而该过程需要一定的时间^[6-7]。因此，在实体工程中需要进行养生。但经常由于施工路段交通量过大或无疏解通道，难以封闭7 d，甚至2~3 d都非常困难，需提前开放交通。此时，冷再生层强度未完全形成，在施工车辆和临时交通的作用下，面临产生松散、磨耗及坑槽等病害的风险。

关于乳化沥青冷再生混合料，吴超凡研究了其组成设计，提出了油石比的确定方法^[8]。魏唐中揭示了乳化沥青冷再生混合料强度的形成过程，明确了水泥和乳化沥青的作用效应^[9]。王之怡研究了乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能，提出了应变控制指标^[10]。综上，对于乳化沥青冷再生混合料目前还缺乏系统研究，控制指标单一，大多只关注冷再生混合料完全养生后的性能^[11-12]。我国现有再生规范对于冷再生混合料的设计技术要求也是基于试件经历60 ℃不少于40 h完全养生后的评价，缺乏初期强度评价方法和技术要求^[13]。目前，部分学者借鉴美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)中D7196-06试验，利用磨耗前后的质量损失来评价冷再生混合料的抗磨耗性能，以此来评定冷再生混合料的初期强度。但该标准未明确试验条件，如成型方式，养生条件(温度、相对湿度、时间)等，其次缺乏相应的技术要求，无法有效指导工程实际应用^[14-15]。

因此，本研究首先通过研究，提出乳化沥青冷再生混合料磨耗试验的关键参数，确定适用于我国的磨耗试验方法；其次分析不同乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、水泥剂量和级配条件下，冷再生混合料初期抗磨耗性能的变化规律，提出相应的技术要求；同时利用方差分析法，将不同试验条件导致的数据波动，以及试验误差导致的数据波动加以区分，以分析不同影响因素的显著性。最终为优化乳化沥青冷再生混合料配合比设计提供依据，从而实现加快开放交通和提高应用水平的目的。

1 试验 1.1 原材料

沥青混合料回收料(Reclaimed Asphalt Pavement, RAP)取自北京房山区新泗路，经检测，RAP砂当量为68.2%，满足现行《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008)大于50%的技术要求，含水率实测为1.53%，沥青含量为4.0%。为了减小RAP级配变异性对试验结果的影响，将RAP进行多级分档，分档筛孔分别为：2.36，4.75，9.5，13.2 mm。乳化沥青冷再生混合料共设计了粗、中、细3种级配，分别以A，B，C表示见表 1。

乳化沥青由室内制备，共选用了5种乳化剂，分别以WS，S，W，LS，KZ表示，其主要技术指标见表 2。

1.2 试验方案设计

图 1为试验仪器磨耗仪，关键结构有磨耗头、磨耗管和试件托盘，其技术参数可参考ASTM D7196—06的要求。

磨耗试验过程规定如下：首先成型冷再生混合料试件，试件高度应满足(66±2)mm，然后将试件放入温湿控制箱进行规定条件下的养生；养生结束后，取出试件，称取试件质量，将试件放入磨耗仪的试件托盘中，并固定在磨耗仪上；开动仪器，使磨耗头转动15 min后停止，试验在温度为(23±3)℃的环境下进行；然后称取试件质量，计算磨耗损失，见式(1)。一组试样有效个数不应少于3个，数据处理参照现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20)中(T0752)的要求，最后取平均值作为该混合料的磨耗损失，以评价乳化沥青冷再生混合料的初期抗磨耗性能。

(1)

式中，W为乳化沥青冷再生混合料磨耗损失；m_a为磨耗前的试件质量；m_b为磨耗后的试件质量。

本研究首先分析了旋转压实法和大型马歇尔击实法对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失的影响，以此确定适合的成型方式；然后设计对比试验，确定磨耗试验的养生条件，包括养生温度、养生相对湿度和养生时间；最后研究不同乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、水泥剂量和矿料级配对磨耗损失的影响，以此确定磨耗损失的技术要求。

2 试件成型方式的确定

选用粗型级配A，以及由乳化剂WS制备的乳化沥青，根据现行《公路沥青路面再生技术规范》进行乳化沥青冷再生混合料配合比设计，确定水泥剂量为1.5%，乳化沥青用量为3.5%，最佳含水率为4.1%。马歇尔击实次数为双面各75次，通过试件高度预先调整装料质量，装料质量经反复试验，约为2 600 g；旋转压实次数同样通过试件高度来控制，经过预先试验，表明旋转压实30次较为合理。试件养生温度为25 ℃，养生相对相对湿度为70%，养生时间4 h下磨耗损失见表 3，本研究平行试件均为4个。

通过马歇尔击实法或旋转压实法成型试件均能立即脱模，并完整取出，由表 3可知两者磨耗损失并无明显差别。美国ASTM D7196—06推荐采用旋转压实仪成型试件，考虑马歇尔击实仪在我国的普遍性，决定采用大型马歇尔击实法(双面各击实75次)作为磨耗试验的试件成型方式。

3 养生条件的确定

养生条件对乳化沥青冷再生混合料的初期强度至关重要^[16-18]，而ASTM D7196—06并未作明确规定，因而限制了其应用。本研究将分析养生温度、养生湿度、养生时间这3个关键因素对冷再生混合料抗磨耗性能的影响，以确定适合的养生条件。试件成型均采用大型马歇尔击实法，级配类型为A，水泥用量为1.5%，乳化沥青由乳化剂WS制备，乳化沥青用量为3.5%，最佳含水率为4.1%。

3.1 养生温度的确定

设定养生相对湿度为70%，养生时间为4 h，不同养生温度条件下的磨耗损失见表 4。

由表 4可知，温度对乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失影响较大，随温度的升高，磨耗损失减小，表明提高温度可增强乳化沥青冷再生混合料的初期强度。由于磨耗试验是在室温下进行，温度过高或过低，都无法较好模拟其初期强度形成过程；美国ASTM D7196—06推荐温度为18~24 ℃，考虑我国现行沥青混合料试验规程中大多室温试验温度均为25 ℃，因此，拟定磨耗试验养生温度为25 ℃。

3.2 养生相对湿度的确定

养生相对相对湿度直接关系到水泥水化反应的进行，不同相对湿度条件下冷再生混合料的磨耗损失见表 5。养生温度统一为25 ℃，养生时间为4 h。

由表 5可知，随着相对湿度的增加，乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失逐渐增大。这主要是因为高湿环境下，减弱了冷再生混合料中水分的蒸发，影响了混合料强度的形成。相对湿度为40%时，磨耗损失仅0.4%，数值过小，可能无法有效区分不同类型乳化沥青冷再生混合料的抗磨耗性能，同时相对湿度过小，会影响水泥水化反应的进行。

表 6列举了我国由北向南部分省市的相对湿度情况。

由表 6可知，近3年来，这4个省市全年平均湿度为65.5%，6—9月平均相对湿度为71.4%。结合其他地区相对湿度情况，以及冷再生路面的施工期，相对湿度70%能较大范围覆盖我国主要省市。因此，拟定磨耗试验养生相对湿度为70%。

3.3 养生时间的确定

设定养生温度为25 ℃，养生相对湿度为70%，不同养生时间条件下的磨耗损失见表 7。

由表 7可知，养生时间对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失有较大影响。随养生时间的延长，冷再生混合料磨耗损失逐渐减小，表明其强度逐渐形成。由于本研究主要是评价乳化沥青冷再生混合料的初期强度，养生时间不宜过长，结合美国ASTM D7196—06推荐养生时间4 h，本研究拟定磨耗试验养生时间为4 h。

4 磨耗损失技术要求的确定

经上节研究，拟定乳化沥青冷再生混合料磨耗试验的成型方式：大型马歇尔击实法(双面各击实75次)；试件养生条件：温度为25 ℃，相对湿度为70%，时间为4 h。

试验条件统一后，对于乳化沥青冷再生混合料磨耗损失的影响主要包括：乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、矿料级配、水泥剂量等。本研究将对这几项关键因素进行分析，以制定冷再生混合料磨耗损失的技术要求。

4.1 乳化剂种类

不同乳化剂种类条件下乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失见表 8。级配类型为A，乳化沥青用量为3.5%，水泥剂量为1.5%，最佳含水率为4.1%。

由表 8可知，不同乳化剂对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失有影响，其中LS乳化剂的磨耗损失最大，明显大于其他乳化剂。其余4种乳化剂磨耗损失的平均值为3.3%。

4.2 乳化剂剂量

乳化剂的剂量直接关系乳化沥青的性能。因此，本研究分析了乳化剂剂量对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失的影响，见表 9。级配类型为A，乳化剂选用WS，乳化沥青用量为3.5%，水泥剂量为1.5%，最佳含水率为4.1%。

由表 9可知，不同乳化剂剂量对乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失有影响，但差异不大。3种乳化剂剂量条件下的磨耗损失平均值为2.9%。

4.3 乳化沥青用量

不同乳化沥青用量条件下乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失见表 10。乳化剂选用WS，乳化剂剂量为2.4%，级配类型为A，水泥用量为1.5%，最佳含水率为4.1%。

由表 10可知，乳化沥青用量对冷再生混合料磨耗损失有影响，提高乳化沥青用量可以提高其抗磨耗性能。3种乳化沥青用量条件下乳化沥青冷再生混合料磨耗损失的平均值为3.1%。

4.4 水泥剂量

不同水泥剂量条件下乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失见表 11。乳化剂选用WS，乳化剂剂量为2.4%，级配类型为A，乳化沥青用量为3.5%，最佳含水率为4.1%。

由表 11可知，水泥剂量对乳化沥青冷再生混合料磨耗损失影响较大，水泥剂量过低，造成冷再生混合料初期强度下降明显。

4.5 矿料级配

不同级配条件下乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失见表 12。乳化剂选用WS，乳化剂剂量为2.4%，乳化沥青用量为3.5%，水泥用量为1.5%，

由表 12可知，不同级配条件下乳化沥青冷再生混合料磨耗损失存在差异，级配较粗时，磨耗损失较大，3种级配的磨耗损失平均值为2.6%。

我国实际工程应用中，乳化沥青冷再生混合料水泥剂量一般不超过1.5%，乳化沥青用量一般不低于3.0%，该两项指标过高或过低都会对混合料性能带来负面影响。前文4.4节表明，水泥剂量为1.5%时，磨耗损失为3.1%；4.3节表明，乳化沥青用量为3.0%时，磨耗损失为3.6%；结合4.1节结果，除LS乳化剂，其余4种乳化剂的磨耗损失的平均值为3.3%；加上矿料级配和乳化剂剂量试验结果，结合国内外资料调研，本研究拟定乳化沥青冷再生混合料的磨耗损失应不大于3.5%。

此外，不同因素条件下的磨耗损失标准差较小，表明磨耗试验可用于评价冷再生混合料的初期强度。

5 方差分析

表 13列出了乳化剂种类、乳化剂剂量、乳化沥青用量、水泥剂量和矿料级配对冷再生混合料磨耗损失的方差分析结果。其中，SS为离差平方和，DOF为自由度，MS为均方差，F为F分布的统计量，P为F值对应的概率，显著性水平为0.05。当P＜0.05时，表明该因素对试验结果有显著影响。

由表 13通过比较SS可知，乳化沥青冷再生混合料磨耗损失的影响因素依次为水泥剂量＞乳化剂种类＞矿料级配＞乳化沥青用量＞乳化剂剂量，水泥对乳化沥青冷再生混合料初期强度影响巨大。主要是因为：乳化沥青冷再生混合料掺入水泥后，水泥颗粒在较短时间内被乳化沥青裹覆，一定程度延缓水泥的水化反应，继而影响强度的形成，但水泥会加快乳化沥青的破乳，致使初期强度迅速增大，同时破乳沥青和水化物会形成加筋结构^[9]，使初期强度进一步增大。

由P值还可知，水泥剂量、乳化剂种类和矿料级配对磨耗损失影响显著。因此，在乳化沥青冷再生混合料配合比设计时，对于初期强度应重点考虑水泥剂量、乳化剂种类和矿料级配这3个影响因素。

6 结论

(1) 提出了适用于我国的乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能评价方法，明确了磨耗试验的关键参数；该方法试验结果偏差较小，简单、可靠。

(2) 提出了乳化沥青冷再生混合料初期抗磨耗性能的评价指标和技术要求，以磨耗损失不大于3.5%作为控制指标，可作为优化混合料配合比设计的依据。

(3) 乳化沥青冷再生混合料初期磨耗损失的影响因素依次为水泥剂量＞乳化剂种类＞矿料级配＞乳化沥青用量＞乳化剂剂量，其中水泥剂量、乳化剂种类和矿料级配对混合料初期强度影响显著。