不同RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱再生瀝青混合料試驗(yàn)研究

高崇，李楚鵬,關(guān)曉琳

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院,新疆烏魯木齊　830052)

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不同RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱再生瀝青混合料試驗(yàn)研究

高崇，李楚鵬,關(guān)曉琳

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院,新疆烏魯木齊830052)

摘要：依托烏蘇至賽里木湖段一級(jí)公路改擴(kuò)建高速公路工程,對(duì)回收瀝青路面材料(Recycled asphalt pavement materials，RAP)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、30%、45%和60%的熱再生瀝青混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)，并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：熱再生瀝青混合料摻入回收瀝青路面材料后，降低了新瀝青用量；熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性得到不同程度的改善，而低溫穩(wěn)定性有所減弱。

關(guān)鍵詞：RAP；道路工程；路用性能；再生瀝青混合料

廠拌熱再生技術(shù)是將回收的瀝青路面材料與新的瀝青、集料材料、再生劑混合，在拌和廠集中生產(chǎn)再生熱拌瀝青混合料的過程[1-3]。在各種再生形式中，廠拌熱再生技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最廣泛的瀝青路面再生方法。大量工程實(shí)踐表明，回收再生已逐漸成為最有吸引力的瀝青路面修復(fù)方案之一[4-7]。

路面廢棄材料再生利用是最大限度地利用資源并減少廢物堆放的最佳選擇，與傳統(tǒng)的瀝青路面維修方式相比，能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，節(jié)省工程投資，同時(shí)有利于處理廢料、保護(hù)環(huán)境，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)、環(huán)境效益。隨著人們對(duì)環(huán)保、社會(huì)效益的關(guān)注，以及技術(shù)的進(jìn)步，瀝青路面再生利用技術(shù)越來越受到人們的重視[8-9]。

1原材料性能試驗(yàn)

新疆烏賽一級(jí)公路改擴(kuò)建高速公路工程的熱再生瀝青混合料類型為AC-20C，瀝青選用SBS改性瀝青。通過抽提并檢測(cè)回收的舊瀝青和舊集料。為了確定RAP中舊瀝青是否符合再生技術(shù)要求[10]，對(duì)舊瀝青進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1　回收瀝青指標(biāo)

對(duì)于RAP中的舊集料的級(jí)配情況，進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　回收瀝青路面材料RAP篩分試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)室對(duì)新、舊集料進(jìn)行含水率、壓碎值、針片狀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、砂當(dāng)量及棱角性試驗(yàn)，其中新集料為礦粉、石屑(0～5 mm)、碎石(5～10 mm)、碎石(10～15mm)、碎石(15～20 mm)，其中新、舊集料中粒徑大于4.75 mm的為粗集料，粒徑小于4.75 mm的為細(xì)集料，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3　新舊集料試驗(yàn)結(jié)果

由表1～3可以看出，舊路銑刨料中舊瀝青和舊集料的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均符合規(guī)范技術(shù)要求[8]，根據(jù)回收舊瀝青的針入度，回收舊瀝青的等級(jí)P=20～30級(jí)，屬于中等老化程度。對(duì)舊路銑刨料的舊集料篩分級(jí)配可以看出，舊路銑刨料的組成與普通的集料基本一樣；新、舊集料符合技術(shù)要求，可見舊路銑刨料中的舊瀝青和舊集料可以添加到瀝青混合料中，其中舊瀝青可以代替一部分新的瀝青，舊集料可以作為集料充當(dāng)瀝青混合料的骨料。

2瀝青混合料設(shè)計(jì)

2.1級(jí)配設(shè)計(jì)

為了確定合理的RAP摻量，選定熱再生瀝青混合料類型AC-20C為目標(biāo)級(jí)配，選取了4種摻配比例，即RAP作為舊集料時(shí)，熱再生瀝青混合料中RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、30%、45%和60%。得到4種級(jí)配的礦料組成設(shè)計(jì)(見表4)和級(jí)配圖(圖1)

表4　不同RAP摻量的級(jí)配設(shè)計(jì)

圖1　熱再生瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)圖

從圖1可以看出:熱再生瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)在級(jí)配上限和級(jí)配下限之間均符合設(shè)計(jì)要求，但是考慮舊集料在銑刨過程中難免會(huì)造成一定程度的破壞，可能造成部分舊集料粒徑變小，綜合級(jí)配設(shè)計(jì)要求和舊瀝青混合料的特點(diǎn),選用級(jí)配上限和級(jí)配下限的中值附近的級(jí)配。

2.2確定最佳油石質(zhì)量比

按照?qǐng)D1中的4種集料合成級(jí)配，在3.5%～5.5%按0.5%的間隔分別選取5種油石質(zhì)量比進(jìn)行試驗(yàn)，依據(jù)馬歇爾性能指標(biāo)和體積指標(biāo)，計(jì)算得到最佳油石質(zhì)量比結(jié)果見表5，其中，Po、Pa分別為熱再生瀝青混合料中舊瀝青、SBS改性瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，P=Po+Pa，P為最佳瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表5　不同RAP得到的最佳油石比

由表5可知：由于RAP中含有舊瀝青，隨著RAP摻量的增加(舊瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.63%增加到1.26%)，熱再生瀝青混合料中SBS改性瀝青的用量下降(質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.85%降低到3.24%)。這表明RAP中舊瀝青得到有效利用，摻入RAP可以降低新瀝青的用量。

3瀝青混合料試驗(yàn)

3.1馬歇爾試驗(yàn)

為了增加試驗(yàn)的可靠性，將RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、30%、45%和60%的熱再生瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)室采用尺寸為Φ101.6 mm×63.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，壓實(shí)溫度為160 ℃，正反兩面各擊實(shí)75次。得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

表6　熱再生瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表6可知:隨著RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，在一定范圍內(nèi)再生瀝青混合料的空隙率和礦料間隙率在增大，大體呈線性變化，舊瀝青在氧氣和紫外線等的作用下，瀝青發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)作用，導(dǎo)致瀝青老化，熱再生瀝青混合料空隙率和礦料間隙率增大。穩(wěn)定度和流值隨RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，通過影響穩(wěn)定度和流值使高溫性能逐漸提高，但由于老化瀝青的影響使得殘留穩(wěn)定度降低。

3.2高溫性能

試驗(yàn)室對(duì)熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)[11-12]，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表7　熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知：RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～60%的熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度符合規(guī)范要求，隨RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增加，抵抗高溫變形的能力逐漸上升，主要是熱再生瀝青混合料中老化瀝青變硬，抵抗高溫性能得到改善，進(jìn)一步增加了道路的抗車轍性能，由此可見摻入適量的RAP能夠改善熱再生瀝青混合料的高溫性能，進(jìn)而對(duì)路用性能也起到積極作用。

3.3低溫性能

對(duì)RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～60%的熱再生瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)[13-14]，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8　熱再生瀝青混合料的低溫彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

由表8可知：熱再生瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求；隨著RAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，熱再生瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變都有不同程度的減弱。由于老化瀝青使RAP再生瀝青混合料的空隙率和礦料間隙率變大(與馬歇爾試驗(yàn)影響一致)，反而降低了低溫彎曲應(yīng)變量，進(jìn)而影響了熱再生瀝青混合料的低溫性能。

3.4水穩(wěn)定性能

采用凍融劈裂強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)舊路瀝青混合料的水穩(wěn)定性[15]，瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9　熱再生瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表9可知：RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%增加到45%，熱再生瀝青混合料的凍融劈裂比由78.8%增加到82.3%，但RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由45%增加到60%，熱再生瀝青混合料的凍融劈裂比從82.3%下降到80.2%，可知RAP在一定的摻加范圍內(nèi)，熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性得到提高；超過這個(gè)范圍，水穩(wěn)定性能有所下降。

4結(jié)論

1)RAP中的舊瀝青性能和舊集料的級(jí)配符合再生技術(shù)規(guī)范要求，隨著舊瀝青混合料的增加，可以使熱再生瀝青混合料中新瀝青的含量下降。

2)RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～60%的熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定、高溫性能試驗(yàn)結(jié)果證明舊瀝青與新瀝青之間確實(shí)存在混合效應(yīng)，并影響混合后瀝青性能。

3)隨著RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，舊瀝青性能影響的效應(yīng)逐漸增加，尤其是對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性影響在逐漸增大。熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性逐漸提高，同時(shí)水穩(wěn)定性和低溫穩(wěn)定性逐漸降低，因此RAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜超過60%。

4)加入一定量的RAP，不僅可以提高瀝青混合料的路用性能，充分利用舊瀝青混合料，避免浪費(fèi)，又可以保護(hù)環(huán)境、節(jié)約工程投資成本。

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(責(zé)任編輯：郎偉鋒)

Experimental Study on Different Content of RAP Hot Recycled Asphalt Mixture

GAOChong,LIChupeng,GUANXiaolin

(CollegeofMachineryandtransport,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052,China)

Abstract:According to the project of Class 1 highway extension between Wusu and Sailimu Lake, performance tests were carried out to recycled asphalt pavement materials (RAP) mixed with certain weight ratio (20%, 30%, 45% and 60%) of hot regenerated asphalt mixture, together with Marshall test, freeze-thaw splitting test, low temperature small beam bending test and wheel rutting test. The results show that, adding hot regenerated asphalt mixture in RAP can reduce the consumption of new asphalt, and hot regenerated asphalt mixture is improved in high temperature stability and water stability, but weakened in low-temperature stability.

Key words:RAP; road engineering; road performance; recycled asphalt mixture

中圖分類號(hào)：U416.26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-0032(2016)01-0059-05

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.011

作者簡介：高崇(1990—)，男，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榈缆饭こ滩牧?E-mail:419556189@qq.com.

收稿日期：2015-09-16