高摻配率RAP廠拌熱再生瀝青混合料路用性能分析

段紹輝

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長沙　410004)

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高摻配率RAP廠拌熱再生瀝青混合料路用性能分析

段紹輝

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖南 長沙410004)

摘要：為了確定廠拌熱再生瀝青混合料的瀝青比，在假設(shè)再生瀝青混合料的瀝青比為40%、55%、70%、85%、100%情況下，對兩個高摻配率40%和60%RAP的瀝青混合料進(jìn)行了路用性能驗(yàn)證，根據(jù)熱再生混合料的高溫性能、抗水損害性能、低溫性能試驗(yàn)結(jié)果，確定出最佳瀝青比范圍，并給出了在進(jìn)行高摻配率RAP施工時的建議，以期為工程人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：高摻配率RAP； 廠拌熱再生瀝青混合料； 瀝青比

0前言

道路工程建設(shè)需要的瀝青屬于石油工業(yè)的范疇，石油作為地球資源的一部分，隨著世界各國的大規(guī)模開發(fā)利用，正日益減少。同時，石油是不可再生資源，過度的開發(fā)利用會導(dǎo)致其枯竭。用于道路建設(shè)的碎石同樣很緊缺，以北京市為例，其在2008年就宣布不再頒發(fā)相關(guān)礦山開采許可證，用于鋪筑道路的碎石生產(chǎn)受到了很大限制。為了節(jié)省資源，實(shí)現(xiàn)筑路材料的可持續(xù)利用，世界各國相繼開發(fā)了路面循環(huán)利用再生技術(shù)，用于再生利用廢棄瀝青混合料。

美國在20世紀(jì)初就領(lǐng)先世界各國開發(fā)了路面再生技術(shù)，但由于當(dāng)時對路面再生技術(shù)的認(rèn)識不夠，導(dǎo)致其沒有大規(guī)模運(yùn)用，直到20世紀(jì)末，隨經(jīng)濟(jì)危機(jī)而來的石油危機(jī)才使他們發(fā)現(xiàn)到了再生路面技術(shù)的意義，截止21世紀(jì)初，美國實(shí)現(xiàn)了近一半的RAP材料的再生利用，節(jié)約相關(guān)建造費(fèi)用近60%，有重要的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。

結(jié)合當(dāng)下我國瀝青路面的維修養(yǎng)護(hù)情況，目前，在道路養(yǎng)護(hù)維修方面，每年我國要銑刨掉近2億t瀝青混合料[1]，隨著高速公路大修期的到來，會產(chǎn)生更多的路面廢料，如果不能將這些廢料加以利用將會對我國環(huán)境造成重大破壞，同時，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也會受到影響。

本文從混合料的混合狀態(tài)和黑箱問題等熱點(diǎn)問題出發(fā)，以提高RAP摻配率為目的，著重分析混合料的路用性能，從宏觀到微觀，了解混合料路用性能變化的原因，科學(xué)提高RAP摻配率，同時改進(jìn)RAP熱再生混合料的施工工藝，為工程施工人員、科研人員提供一定借鑒。

1原材料

1) 瀝青：選擇韓國SK公司生產(chǎn)的70#瀝青，根據(jù)交通部公路科學(xué)院主編的最新試驗(yàn)規(guī)程以及相關(guān)路面技術(shù)規(guī)范對SK70#瀝青進(jìn)行了性能檢驗(yàn)，具體物理參數(shù)見表1。

表1 SK-70瀝青的物理性能針入度(25℃)/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃延度(15℃)/cm動力粘度(60℃)/(Pa·s)溶解度(三氯乙烯)/%7247.4>15025399.86閃點(diǎn)/℃含蠟量/%質(zhì)量損失(TFOT)/%針入度比(TFOT)/%延度(TFOT)/cm25℃15℃3342.30.0479.34>10097.45

2) RAP材料：本文所選的RAP材料為京哈高速AK1829+234～AK1902+434段進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修的路面廢料，在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)以前，首先要對RAP材料進(jìn)行篩分、檢測，根據(jù)混合料試驗(yàn)規(guī)程對RAP材料進(jìn)行處理，用燃燒法提取舊瀝青，對包括RAP材料的含水率、瀝青含量、舊瀝青的三大指標(biāo)、所選礦料的指標(biāo)等進(jìn)行檢測。具體技術(shù)指標(biāo)見表2、表3。

3) 集料：粗集料(16～9.5 mm)為玄武巖和石灰?guī)r(9.5～4.75 mm和4.75～2.36 mm)，細(xì)集料(0～2.36 mm)為石灰?guī)r；礦粉，連云港徐福石業(yè)生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉，密度均勻，光澤度好，表面光滑；瀝青、粗細(xì)集料、礦粉的各項(xiàng)指標(biāo)均符合各項(xiàng)要求，其物理性能見表4。

表2 RAP材料篩分結(jié)果篩孔尺寸/mm通過率/%篩孔尺寸/mm通過率/%161001.1820.413.2930.619.39.574.10.314.84.7540.30.1510.42.3629.10.0757.2

表3 RAP檢測項(xiàng)目指標(biāo)含水率(烘箱法)瀝青含量(燃燒法)0～6mm6～26mm0～6mm6～26mm砂當(dāng)量/%舊瀝青軟化點(diǎn)(環(huán)球法)/℃針入度(25℃,100g,5s)/(0.1mm)延度(5cm/min,15s)/cm粘度(60℃)/(Pa·s)2.40.895.334.8279702190279

表4 集料的視密度篩孔/mm視密度/(g·cm-3)篩孔/mm視密度/(g·cm-3)13.22.7230.62.6644.752.7190.32.6732.362.6540.152.5491.182.6730.0752.644

2熱再生瀝青混合料摻配RAP變異性分析

2.1高摻配率RAP含水率的影響

為了更好的表征混合料RAP摻量對瀝青混合料路用性能的影響，現(xiàn)引入RAP摻量分析[2]，RAP在產(chǎn)生過程中，由于銑刨、篩分、運(yùn)輸?shù)冗^程的存在，導(dǎo)致其性能受到很大影響，不確定性因素太多，對混合料的路用性能造成不利影響。一方面RAP材料中一般水分含量較高，導(dǎo)致其抗水損害能力下降；另一方面，在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時因?yàn)楦鲾?shù)據(jù)量綱、單位不同，不能合理的分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；現(xiàn)引入實(shí)驗(yàn)變異系數(shù)的概念對其路用性能做出科學(xué)對比，采用公路現(xiàn)場測試規(guī)范以及施工規(guī)范(04版)對RAP材料的變異系數(shù)進(jìn)行評價(具體參見下式)，表征對路用性能的影響。

變異系數(shù)=(標(biāo)準(zhǔn)差/平均值)×100%

因?yàn)镽AP材料含水率對路用性能影響較大，現(xiàn)引入烘干前后RAP材料的質(zhì)量變化指標(biāo)。具體見下式：

其中mw代表RAP材料烘干前質(zhì)量；md代表烘干后質(zhì)量；Ω代表含水率。

在施工過程中，因?yàn)镽AP材料的水分會對施工溫度造成影響，以及影響再生材料的實(shí)際稱重，所以，混合料中RAP的水分如果不加以控制會對再生工藝造成一定影響，所以，在正式的試驗(yàn)以及施工過程前，要對RAP材料的含水率進(jìn)行控制，保證施工過程繼續(xù)進(jìn)行。為了解決RAP材料中的含水率變化問題，常采用布設(shè)排水溝，減少RAP材料儲存時間，對RAP材料及時加熱等措施保證RAP材料的含水率穩(wěn)定。

2.2礦料級配對RAP摻配率影響

通過對京哈高速上銑刨的RAP材料進(jìn)行多次篩分對比可知，每檔料的通過百分率均處于穩(wěn)定水平，在4%附近，變異程度較小，較為均質(zhì)統(tǒng)一，說明施工人員的管理工作較為到位，同時，為了保證施工質(zhì)量要做好以下工作，避免運(yùn)輸過程中的混合料離析，儲存過程中禁止放入廢料等雜物，篩分時，將RAP材料單獨(dú)分開，避免與新集料混淆。

3高摻配率RAP路用性能分析

3.1高溫穩(wěn)定性

對于瀝青混合料，最重要的一項(xiàng)路用性能評價指標(biāo)即為高溫穩(wěn)定性，RAP材料中因?yàn)闉r青老化較為嚴(yán)重，針入度降低，對混合料的高溫性能造成不利影響，尤其是抵抗高溫車轍和開裂能力，試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)儀對RAP材料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評價，具體試驗(yàn)步驟參見公路工程試驗(yàn)規(guī)范，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5、圖1。

表5 不同有效瀝青比情況下的動穩(wěn)定度RAP比例/%不同有效瀝青比(%)時的動穩(wěn)定度/(次·mm-1)40557085100技術(shù)要求/(次·mm-1)4030582934590033493299605781231234152325431≥1000

圖1　不同有效瀝青比情況下的動穩(wěn)定度

從表5和圖1分析可知，當(dāng)有效瀝青比較低時，40%RAP瀝青混合料的動穩(wěn)定度要高于60%RAP瀝青混合料，隨著RAP材料的不斷增加，新瀝青不變的情況下，老化瀝青越多，針入度越小，粘性越大，抗車轍能力越強(qiáng)，當(dāng)有效瀝青達(dá)到70%以上時，動穩(wěn)定度下降，這是因?yàn)殡S著新瀝青的加入，針入度增加，粘性減小，抗車轍能力減弱，反映在動穩(wěn)定度上即為數(shù)值減小。所以，對于40%RAP摻配率RAP其有效瀝青含量不能太高，過多的新瀝青會導(dǎo)致動穩(wěn)定度下降較快。

對于60%RAP摻量，其動穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求，瀝青混合料動穩(wěn)定度隨著瀝青含量的增加而增加，結(jié)合60%RAP的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)再瀝青混合料的有效瀝青含量在70%～100%之間時，其動穩(wěn)定度較高，處于合理區(qū)間，所以在工程中推薦優(yōu)選70%～100%間的有效瀝青含量。

3.2低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性是指在低溫環(huán)境下，路面抵抗收縮裂縫的能力，當(dāng)周圍氣溫較低時，路面受環(huán)境因素影響，容易產(chǎn)生路面裂縫，路面出現(xiàn)裂縫以后，水和荷載的雙重作用使裂縫得以擴(kuò)大，進(jìn)而影響到路面基層，使路面的功能性得以喪失，失去承載能力。再生瀝青混合料由于老化瀝青的存在，針入度下降，很容易發(fā)生低溫環(huán)境下的脆裂變形，因此，有必要對低溫性能進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，具體采用了小梁彎曲試驗(yàn)對高RAP摻量下熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行了評價。試驗(yàn)步驟參照瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程，試驗(yàn)結(jié)果參見表6～表8，圖2。

表6 不同有效瀝青比情況下的彎曲勁度模量RAP比例/%不同有效瀝青比(%)時的彎曲勁度模量/Pa4055708510040967189218721982862609822781280434711344

表7 不同有效瀝青比情況下的抗彎拉強(qiáng)度RAP比例/%不同有效瀝青比(%)時的抗彎拉強(qiáng)度/MPa405570851004012.113.313.012.19.76014.212.311.510.39.2

表8 不同有效瀝青比情況下的最大彎拉應(yīng)變RAP比例/%不同有效瀝青比(%)時的最大彎拉應(yīng)變40557085100407200με6321με6412με5998με6212με609321με5653με4992με3898με5123με

圖2　高摻配率熱再生瀝青混合料低溫性能

從圖2中的抗彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變可知，高摻配率RAP混合料中RAP比例越高，熱再生混合料的低溫抗裂性越差，分析原因可知，這是因?yàn)镽AP比例越高，老化瀝青含量越高，老化瀝青的脆硬性影響到了混合料的低溫開裂性能，使瀝青混合料的路用性能下降。

從瀝青比例角度分析出發(fā)，當(dāng)高摻配率RAP中的瀝青比例發(fā)生變化時，最大彎拉強(qiáng)度，最大彎拉應(yīng)變變化較小，隨著瀝青比例的增加較高摻配率的RAP的抗彎拉強(qiáng)度呈下降趨勢，較小摻配率的RAP的抗彎拉強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢，都能在較高瀝青比例時達(dá)到峰值，這都是由于高摻配率RAP材料中老化瀝青的性質(zhì)所影響的，高摻配率RAP中老化瀝青較脆，對混合料的整體低溫抗裂性較為不利。

分析兩個摻量下的熱再生瀝青混合料可知，40%RAP和60%RAP摻量均符合相關(guān)規(guī)范要求，但是，因?yàn)闉r青比例的不同，其在各個有效瀝青比例下的路用性能又出現(xiàn)不一致，這說明老化瀝青的性質(zhì)對于混合料有一定的性能影響，當(dāng)瀝青含量較高時，因?yàn)闉r青是彈塑性體，會提高混合料的整體彈塑性能，提高混合料的路用性能，減少脆性；當(dāng)瀝青含量較低時，整體來說，對于混合料的低溫性能影響不算太大，綜上，高摻配率RAP摻入混合料中，對于混合料的低溫抗裂性影響不大，可以消除因?yàn)镽AP的摻入而導(dǎo)致混合料路用性能不佳的顧慮，在任一個有效瀝青含量的情況下，高摻配率RAP對于熱再生混合料的低溫抗裂性無不利影響。

3.3抗水損害性能

瀝青混合料的水損害性能是評價其路用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，路面病害中常見的坑槽、剝落等大部分是由于瀝青混合料的水損害性能不足導(dǎo)致的，對于高摻配率的再生瀝青混合料，因?yàn)槠淅匣癁r青含量較高常常要加入抗剝落劑保證其抗水損害能力，加上車輛動載的作用，路面上的水會進(jìn)入到瀝青界面，使黏附力下降，進(jìn)而造成其他路面病害的產(chǎn)生，為了評估高摻配率RAP對熱再生瀝青混合料水損害性能的影響，采用凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)評價其水損害性能。

試驗(yàn)參照瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范，用馬歇爾擊實(shí)儀成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，要注意的是凍融劈裂試驗(yàn)要求馬歇爾試件雙面擊實(shí)各50下，與浸水馬歇爾試驗(yàn)稍有不同。試驗(yàn)結(jié)果見表9、表10、圖3。

表10 不同有效瀝青比情況下的凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比RAP比例/%不同有效瀝青比(%)時的凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比/%40557085100技術(shù)要求/%4089991051081116097102877994≥75

圖3　高摻配率瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融強(qiáng)度比

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，40%、60%摻配率下的瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度以及浸水馬歇爾穩(wěn)定度均在試驗(yàn)要求的范圍以內(nèi)，兩種摻配率下的凍融劈裂強(qiáng)度比以及浸水馬歇爾穩(wěn)定度均有相似結(jié)果，并且隨著RAP摻配率的提高，殘留穩(wěn)定度呈下降趨勢，這說明RAP中老化瀝青的存在降低了高摻配率熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，60%RAP的熱再生瀝青混合料隨新瀝青比例的增高而變化不明顯，呈現(xiàn)先減少后降低的趨勢，最后仍符合規(guī)范指標(biāo)。40%RAP的混合料殘留穩(wěn)定度同樣先減少后增加，最大仍高于規(guī)定值，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果以及分析，最佳有效瀝青含量在55%～85%之間。

4結(jié)語

通過對兩種高摻配率RAP熱再生瀝青混合料進(jìn)行路用性能試驗(yàn)可知，不同有效瀝青含量下的RAP熱再生瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性，能較好地防止高溫車轍的產(chǎn)生；通過小梁彎曲試驗(yàn)可知，由于隨著老化瀝青含量的增加，其粘性降低，脆性增加，對熱再生瀝青混合料的低溫性能不利[3]，但仍滿足需求；通過浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)可知，其具有較好的水穩(wěn)定性能，綜合各種指標(biāo)，推薦有效瀝青含量在70%～85%之間，能滿足其各項(xiàng)路用性能指標(biāo)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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文章編號：1008-844X(2016)02-0058-05

收稿日期:2016-01-28

作者簡介:段紹輝( 1980-) ，男，工程師，主要從事路橋建設(shè)。

中圖分類號：U 414

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B