Performance Evaluation of Full Depth Reclamation Mixes Stabilized with Bitumen Emulsion
本研究为采用乳化沥青和1%水泥稳定的印度全深层再生混合料建立了一套标准化的配合比设计与厚度设计程序，确定了一种符合性能标准的特定阴离子乳化沥青配方，并基于弹性模量和永久应变测试为低交通量道路提供了厚度目录。
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道路是现代生活的动脉，承载着人员与货物的日常流动，然而在许多地方，我们轮胎下的路面已达到了其使用寿命的终点。当道路出现裂缝和破碎时，传统的应对方式是将其挖出并用新材料进行替换，这一过程会消耗大量的石料和能源。一种被称为全深处回收（full-depth reclamation）的更具可持续性的替代方案提供了一条不同的路径：工程人员不再将旧路运走，而是在原地将现有的沥青、碎石基层甚至下方的一部分土壤进行粉碎。这种破碎后的混合物随后被拌入一种粘结剂并进行压实，从而形成一个新的、坚固的基础。虽然这种方法在世界某些地区很常见，但印度的工程师们却面临着一个挑战：那里的标准做法依赖于掺入水泥来使道路硬化。水泥虽然坚固，但它也具有刚性和脆性，容易产生可能向上蔓延至新路面的裂缝。研究人员长期以来一直怀疑，使用液态沥青乳液（一种悬浮着微小沥青颗粒的水溶液）可以提供一种更具柔韧性、更抗裂的替代方案，但由于缺乏明确的配比规则，这项技术一直未得到广泛应用。
来自瓦拉纳尔国立理工学院和圣吉茨工程学院的工程师团队致力于填补这一空白，他们测试了是否可以仅利用现场材料，通过混合沥青乳液和少量的水泥，来重建一条受损的低流量道路。他们首先采集了旧路的粉碎残骸，其中包括磨损的沥血、碎石基层和路基土，并将其视为一个单一的、100%的回收原料。为了找到正确的配方，他们测试了三种不同类型的慢凝沥青乳液：两种带有负电荷，一种带有正电荷。传统观点认为，所需的乳液类型取决于土壤的化学性质；例如，酸性土壤通常需要带正电的乳液来粘附，而碱性土壤则需要带负电的乳液。本研究中的土壤富含铁和硅，这通常指向需要带正电的粘结剂。然而，研究人员并未将乳液的选择视为基于化学性质的猜测，而是将其视为一项关于性能的实际测试。
团队将回收的道路粉尘与每种乳液混合，并加入足够的水和极少量的水泥以帮助混合物凝固。随后，他们对这些样本进行了严格测试，检查它们在干燥时结合得如何、在浸泡在水中后保留了多少强度，以及在重复载荷下抵抗开裂的能力如何。结果令人惊讶。带正电的乳液——尽管其化学性质似乎是土壤所要求的——却未能有效地将混合物结合在一起；它未能很好地包裹颗粒，且在潮湿时损失了过多的强度。其中一种带负电的乳液产生了一种非常坚固的干混合物，但在暴露于水分时会出现显著的碎裂。只有第二种带负电的乳液（其沥青重量占比约为64%）通过了所有测试。这种特定的混合物（含有5.02%的乳液和1%的水泥）在干态和湿态条件下都达到了必要的强度，证明了原本附着在旧路颗粒上的陈年沥青对粘结过程的影响比原始土壤化学性质更为显著。
确定了正确的混合比例后，研究人员开始了解这种新材料在交通压力下的表现。他们测量了稳定路基的刚度，发现其在693至1399兆帕之间波动，平均值表明该材料能够有效地分散载荷。他们还测试了材料在重压下产生永久变形（即车辙）的情况。测试显示，该材料在适度压力下表现良好，但随着压力增加，开始出现明显的变形，工程师在设计道路厚度时必须考虑到这一点。利用这些测得的特性，团队制定了一份工程师设计指南。该指南针对不同交通量（从轻型局部使用到较重的农村运输）以及不同强度水平的土壤，提供了具体的厚度建议。
最终的设计目录揭示了道路建设者面临的现实情况。对于测试的大多数交通水平和土壤条件，结构计算表明，只需一层非常薄的层级就足以防止道路下沉。然而，研究人员规定了150毫米的最小厚度，这并非出于数学计算的要求，而是因为这是施工机械能够有效混合并压实的实际极限。因此，最终的设计要求新路基厚度在150至205毫米之间，并在其上方铺设一层薄薄的新鲜沥青。这种方法确保了道路不仅足够坚固以承载载荷，而且能够使用标准设备进行施工。研究结论指出，使用沥근乳液的全深处回收是修复低流量道路的一种可行且灵活的方案，为在不产生水泥相关开裂问题的情况下重复利用现有材料提供了一种途径。尽管研究结果令人鼓舞，但研究人员指出，这些结果是基于单一类型的路面材料，仍需进一步的实地测试，以确认这些混合物在多年天气变化和交通压力下的实际表现。
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