熱再生瀝青混合料穩(wěn)定性能試驗(yàn)研究

張　艷

(新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830016)

熱再生瀝青混合料穩(wěn)定性能試驗(yàn)研究

張艷

(新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆烏魯木齊830016)

張艷(1982—)，工程師，研究方向：公路工程。

摘要：為了保護(hù)環(huán)境、提高資源利用程度和降低工程建設(shè)成本，文章將熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性與舊料摻入量、級配等因素的關(guān)系作為瀝青路面再生技術(shù)的研究重點(diǎn)，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：隨著舊料摻配率的增加，再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性降低，高溫穩(wěn)定性先增大后減小，摻配率40%時(shí)，高溫穩(wěn)定性最大；再生瀝青混合料的路用性能均滿足規(guī)范的規(guī)定。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；舊料摻配率；再生瀝青混合料；穩(wěn)定性；試驗(yàn)研究

0引言

目前，我國以高速公路、國道、省道、城市道路及縣鄉(xiāng)道路等組成的公路交通體系已基本完善，新建的公路項(xiàng)目逐漸減少，公路的維修養(yǎng)護(hù)的項(xiàng)目逐漸增多[1]。為此，對瀝青路面的再生技術(shù)的研究，在保護(hù)環(huán)境、減少資源消耗、提高利用率、降低成本等方面有著重要作用。G216線起點(diǎn)為新疆北部阿勒泰市，終點(diǎn)為巴侖臺鎮(zhèn)，是阿勒泰市通往烏魯木齊的交通要道，為二級公路，主要承擔(dān)礦產(chǎn)資源的運(yùn)輸和客運(yùn)任務(wù)，交通量較大，重載超載車輛較多，現(xiàn)有路面損壞嚴(yán)重，主要病害為縱橫向裂縫、車轍、沉陷、龜裂和局部泛油等，迫切需要進(jìn)行大中修。G216線吉木薩爾縣火燒山至阜康市大黃山幸福岔口段(K500+000~K541+400)養(yǎng)護(hù)大中修工程第一合同段樁號為K500+000~K522+000，采用復(fù)拌就地?zé)嵩偕┕し桨?，全長約22 km，路基寬12 m。復(fù)拌就地?zé)嵩偕に?，是指利用?fù)拌就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組對原路面進(jìn)行加熱、翻松，根據(jù)需要加入再生劑或(和)熱瀝青以及特定級配的新瀝青混合料，充分拌和后攤鋪碾壓成型的一種工藝[2]。通過對再生劑、熱瀝青和新瀝青混合料合理的配比、設(shè)計(jì)，可以使路面的強(qiáng)度、剛度、抗老化性能、水穩(wěn)定性和抵抗車輛荷載的能力達(dá)到甚至超過普通路面的性能。本次對熱再生瀝青混合料的耐抗老化性能、水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性與舊料摻入量、級配等因素的關(guān)系，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。

1熱再生混合料穩(wěn)定性分析

1.1　高溫穩(wěn)定性

再生混合料主要由回收原路面的瀝青混合料、新集料、新結(jié)合料及再生劑組成。由于原路面混合料時(shí)間較長，導(dǎo)致瀝青老化，黏度較大、勁度高，這對再生混合料高溫穩(wěn)定性能是有利的[3]。但是，新集料、新瀝青及再生劑的黏度都不大，與回收的混合料拌和后，其性能較難確定，受拌和的均勻程度、摻入量和級配影響較大，性質(zhì)往往差別較大。常見的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性室內(nèi)試驗(yàn)主要有單軸壓縮試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、靜動態(tài)蠕變試驗(yàn)及環(huán)道試驗(yàn)等[4]。單軸試驗(yàn)設(shè)備簡單，可測得勁度模量，但不能得到抗車轍能力；馬歇爾試驗(yàn)有一定局限性；車轍和環(huán)道試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜、周期長、經(jīng)濟(jì)性差。單一的試驗(yàn)手段往往不能準(zhǔn)確反映混合料的高溫性能，因此根據(jù)規(guī)范和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，決定采用馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)。

1.2　低溫抗裂性

低溫抗裂性是指低溫環(huán)境下瀝青路面抵抗收縮裂縫的能力。低溫條件下，含有老混合料的再生混合料中的瀝青的勁度模量和粘度均增大，延度降低，低溫性能也大幅降低[5]。瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗(yàn)主要有直接和間接拉伸試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、受限時(shí)間的溫度應(yīng)力試驗(yàn)、彎曲蠕變試驗(yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)及切口小梁試件的彎曲試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)各有特點(diǎn)，試驗(yàn)設(shè)備和難度各異，所得參數(shù)也各有區(qū)別。瀝青混合料的低溫抗裂性取決于其變形能力和強(qiáng)度，變形能力好、強(qiáng)度大的混合料抗裂性能均很好。通過低溫彎曲試驗(yàn)可以對其低溫抗裂性進(jìn)行評價(jià)。

1.3　水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性也是評價(jià)瀝青路面耐久性的關(guān)鍵指標(biāo)[6-7]。由于再生瀝青混合料中含有老化的瀝青，導(dǎo)致其抗水侵害能力降低，水穩(wěn)定性變差，因此需對其影響進(jìn)行試驗(yàn)。常見的試驗(yàn)方法有浸水馬歇爾試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)、真空飽水凍融循環(huán)試驗(yàn)后劈裂試驗(yàn)及真空飽和后浸水馬歇爾試驗(yàn)等[8-9]。本次采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和真空飽水凍融循環(huán)后劈裂試驗(yàn)，進(jìn)行再生混合料的水穩(wěn)定性評價(jià)。

2舊料摻加量對穩(wěn)定性的影響

由上述分析可知，瀝青混合料穩(wěn)定性主要從高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性三個(gè)方面評價(jià)。本章主要研究不同的舊料摻配率(摻加量)對再生瀝青混合料穩(wěn)定性能的影響規(guī)律，選擇殘留穩(wěn)定度、殘劈裂強(qiáng)度、動穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變作為試驗(yàn)測量指標(biāo)。動穩(wěn)定度由車轍試驗(yàn)得到，用于評價(jià)高溫穩(wěn)定性；彎拉應(yīng)變由低溫彎曲試驗(yàn)得到，用于評價(jià)低溫穩(wěn)定性；殘留劈裂強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定度用于評價(jià)水穩(wěn)定性。分別按照摻配率0%、20%、30%、40%、50%、60%和70%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。選擇與舊料中相同的石灰?guī)r作為新料，新瀝青選擇克拉瑪依粘稠70#A級道路石油瀝青，再生劑選擇英達(dá)RAF0020。馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表1，路用性能試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1　馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

由表1可知，隨著舊料摻配率的增大，穩(wěn)定度逐漸增大，其他指標(biāo)變化很小。

表2　不同摻配率再生瀝青混合料路用性能試驗(yàn)匯總表

將表2中的結(jié)果，分別做舊料摻配率與殘留穩(wěn)定度、殘劈裂強(qiáng)度、動穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變的關(guān)系曲線，分別見圖1~4。

圖1　舊料摻配率與殘留穩(wěn)定度的關(guān)系示意圖

圖2　舊料摻配率與殘劈裂強(qiáng)度的關(guān)系示意圖

由表2和圖1、圖2可知：隨著舊料摻配率的提高，浸水馬歇爾殘留劈裂強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定度都逐漸減小，兩者變化趨勢相似，表明隨著舊料摻量的增加，其粘附性降低，導(dǎo)致再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性逐漸降低。

圖3　舊料摻配率與動穩(wěn)定度的關(guān)系示意圖

由表1和圖3可知，再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度均>800，符合規(guī)范的規(guī)定，隨著舊料摻配率的增大，動穩(wěn)定性先增大后減小，呈單駝峰狀，在摻配率為40%時(shí)，其值最大。分析造成此種變化特點(diǎn)的原因是舊料中老化的瀝青黏度較大，隨著摻配率的增加，對混合料高溫穩(wěn)定性能有明顯的改善作用，動穩(wěn)定性也增加，變形變小，當(dāng)摻配率達(dá)到一定程度后，摻量的增加對混合料粘聚性能影響開始顯現(xiàn)，導(dǎo)致粘聚性能迅速減小，其高溫穩(wěn)定性變差。

圖4　舊料摻配率與彎拉應(yīng)變的關(guān)系曲線圖

由表1和圖4可知，隨著舊料摻配率的增加，彎拉應(yīng)變逐漸減小，低溫性能逐漸變差，主要是由于瀝青在日照、溫度和車輛載荷等影響下，變硬變脆，逐漸老化導(dǎo)致的。

3再生劑對穩(wěn)定性的影響

舊料摻配率(摻加量)對再生瀝青混合料穩(wěn)定性能有重要影響，此外再生劑對熱再生瀝青混合料穩(wěn)定性能也具有較大影響。試驗(yàn)方法與上一章類似，試驗(yàn)測量指標(biāo)仍為殘留穩(wěn)定度、殘劈裂強(qiáng)度、動穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變。本章研究再生劑對再生瀝青混合料的影響，選擇舊料摻配率為0%、20%、30%、40%和100%，進(jìn)行加再生劑和不加再生劑的對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　再生瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果，分別做不同舊料摻配率下?lián)胶筒粨皆偕鷦┑臍埩舴€(wěn)定度、殘劈裂強(qiáng)度、動穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變的變化曲線，分別見圖5~8。

圖5　摻加再生劑與不摻再生劑殘留穩(wěn)定度曲線圖

圖6　摻加再生劑與不摻再生劑劈裂強(qiáng)度曲線圖

圖7　摻加再生劑與不摻再生劑動穩(wěn)定度曲線圖

圖8　摻加再生劑與不摻再生劑彎拉應(yīng)變曲線圖

從表3和圖5~8可知：摻加11%再生劑后，其殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變均好于未摻加再生劑的再生混合料；摻加再生劑后的再生混合料動穩(wěn)定性小于未摻加；摻加再生劑可以調(diào)節(jié)舊料中瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，使其黏度降低，流變性增加，能提高再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性，但是也使其高溫穩(wěn)定性有一定的降低。

瀝青選擇克拉瑪依70#A級道路石油瀝青，再生劑選擇英達(dá)RAF0020，再生劑用量為11%，舊料摻配率采用30%，最佳油石比為4.1%。按照次配

比進(jìn)行再生瀝青混合料的拌和，待穩(wěn)定后進(jìn)行取樣，并進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，其結(jié)果均能滿足施工規(guī)范的要求。

4結(jié)語

再生瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)均滿足規(guī)范的規(guī)定，隨著舊料摻配率的增大，穩(wěn)定度變大，其他指標(biāo)變化很小；隨著舊料摻配率的提高，浸水馬歇爾殘留劈裂強(qiáng)度和殘留穩(wěn)定度都逐漸減??；再生瀝青混合料的動穩(wěn)定均>800，符合規(guī)范的規(guī)定，隨著舊料摻配率的增大，動穩(wěn)定性先增大后減小，呈單駝峰狀，在摻配率為40%時(shí)，其值最大；隨著舊料摻配率的增加，彎拉應(yīng)變逐漸減小，低溫性能逐漸變差，主要是由于瀝青在日照、溫度和車輛載荷等影響下，變硬變脆，逐漸老化導(dǎo)致的。

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Experimental Study on the Stability Performance of Thermal Recycled Asphalt Mixture

ZHANG Yan

(Xinjiang Communications Construction Group Co.，Ltd.，Urumqi，Xinjiang，830016)

Abstract：In order to protect the environment，improve the degree of resource utilization and reduce the construction costs，and with the relationship among water stability，high-temperature stability，low-tem-perature crack resistance，old-material blending amount，grading and other factors of thermal recycled asphalt mixture as the research focus of asphalt pavement recycling technology，this article conducted the indoor experimental study.The results showed that：with the increase of old-material blending ratio，the water stability and low-temperature cracking resistance of recycled asphalt mixture decreased，the high-temperature stability firstly increased and then decreased，and when the blending ratio was 40%，the high-temperature stability reached the maximum；and the road performance of recycled asphalt mixture can meet the requirements of specifications.

Keywords：Asphalt pavement；Old-material blending ratio；Recycled asphalt mixture；Stability；Experi-mental study

文章編號：1673-4874(2015)12-0019-05

中圖分類號：U416.26

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.12.004

作者簡介

收稿日期：2015-11-25