溫拌再生瀝青混合料性能研究

張　笑

(湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙　410015)

?

溫拌再生瀝青混合料性能研究

張笑

(湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙410015)

[摘要]為提高瀝青路面廢舊材料的利用率，對(duì)某高速公路銑刨的瀝青混合料進(jìn)行取樣，按不同的摻量采用熱拌再生瀝青、溫拌再生2種方法配置不同的瀝青混合料。成型試件后利用MTS材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)抗壓、抗拉以及參照美國(guó)AASHTO TP-8標(biāo)準(zhǔn)使用4點(diǎn)彎曲疲勞壽命測(cè)試系統(tǒng)對(duì)再生瀝青混合料的抗疲勞性試驗(yàn)進(jìn)行研究。同時(shí)對(duì)再生瀝青混合料高溫、低溫穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。得出通過(guò)添加溫拌劑和再生劑改性復(fù)合改性后能改善混合料的高溫、低溫、抗疲勞性能以及提高抗壓和抗拉的力學(xué)性能。

[關(guān)鍵詞]瀝青路面； 溫拌劑； 再生劑； 瀝青混合料； 力學(xué)性能

0前言

目前我國(guó)高速公路逐步進(jìn)入大、中修，在此過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢料。隨著現(xiàn)代對(duì)環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性的注重，廢舊瀝青混合料(RAP)的循環(huán)再生是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。然而目前使用較多廠拌熱再生瀝青混合料(HRMA)技術(shù)不僅需要進(jìn)行二次加熱，使得瀝青的再度老化。同時(shí)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保低碳的要求有待提高?；诖颂幙紤]本文研究再生與溫拌技術(shù)相結(jié)合得到溫拌再生瀝青混合料(WRMA)。

1原材料及混合料設(shè)計(jì)

本文研究利用離心抽提儀對(duì)某高速回收的廢舊材料進(jìn)行抽提試驗(yàn)，通過(guò)篩分后確定了粗細(xì)集料的技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表1、表2。同時(shí)將新增的玄武巖粗集料以及新的石灰?guī)r細(xì)集料的性質(zhì)也列入表1，表2。

表1 粗、細(xì)集料主要指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Table1 coarseandfineaggregateprincipalindicatorsofthetestresults檢測(cè)指標(biāo)回收集料新集料表觀相對(duì)密度2.7312.722針片狀含量/%18.612.7壓碎值/%19.413.1粗集料洛杉磯磨耗損失/%18.922.1軟石含量/%2.73.0吸水率/%0.580.91表觀相對(duì)密度2.6352.722砂當(dāng)量/%71.479.6細(xì)集料含泥量/%2.62.2堅(jiān)固性/%12.414.1

通過(guò)抽提試驗(yàn)檢測(cè)出回收后的瀝青混合料的油石比為4.95%，再生瀝青混合料需要新添加的瀝青為中油高富90號(hào)瀝青，對(duì)新舊瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比得到表2。

表2 瀝青主要指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Table2 mainindicatorsofasphalttestresults瀝青品種25℃針入度/(0.1mm)15℃延度/cm軟化點(diǎn)/℃135℃布氏粘度/(Pa·s)舊瀝青回收2263.566.40.43高富90號(hào)瀝青89.4171.246.37.64

配置AC-20型的瀝青混合料，其中RAP的摻量分別為10%、20%、30%、40%。將回收的瀝青混合料通過(guò)抽提后將集料篩分成單一粒徑的集料，然后按照要求的摻量進(jìn)行回配，最終得到的新舊集料的合成級(jí)配得到統(tǒng)一，見(jiàn)表3。

表3 再生瀝青混合料合成級(jí)配Table3 Synthesisofrecycledasphaltmixturegradation篩孔尺/mm合成級(jí)配/%篩孔尺/mm合成級(jí)配/%26.61002.3630.11997.91.1824.21688.30.618.413.276.10.313.29.554.30.157.84.7536.50.0755.8

本研究的目的是配置出再生瀝青混合料的油石比4.8%，通過(guò)對(duì)新舊集料、瀝青按照相應(yīng)的比例進(jìn)行混合，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀(SGC)成型。其溫拌劑為河南中交液體溫拌劑，再生劑采用撫順遠(yuǎn)達(dá)石油化工生產(chǎn)的LKW-Ⅱ型。SGC成型的主要原因是參照NCAT的研究，液體類(lèi)的溫拌劑采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的降溫幅度與現(xiàn)場(chǎng)較接近。最終SGC成型后的混合料體積參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 再生瀝青混合料SGC成型后的體積參數(shù)Table4 SGCrecycledasphaltmixtureafterformingvol-umeparameters瀝青混合料類(lèi)型最大理論密度毛體積相對(duì)密度孔隙率/%間隙率/%飽和度/%HRMA—102.57972.4764.012.567.8HRMA—202.50322.3914.514.268.4HRMA—302.49062.3714.815.168.2HRMA—402.47132.3026.916.458.2WRMA—102.57972.4744.112.166.1WRMA—202.50322.3994.213.669.4WRMA—302.49062.3784.514.368.4WRMA—402.47132.3435.215.466.3

從上表可以看出: 當(dāng)RAP摻量增加，SGC成型后的瀝青混合料的孔隙率也隨著增加，這主要是由于新集料和新瀝青通過(guò)高溫后加入RAP中，使得舊瀝青的老化更加嚴(yán)重，降低了瀝青總體的流動(dòng)性，從而增加了壓實(shí)的困難，導(dǎo)致混合料的孔隙率增加。當(dāng)RAP得摻量達(dá)到40%后，其孔隙率大幅度增加，在相同的最大理論密度下，HRMA的孔隙率比WRMA明顯較大,說(shuō)明WRMA的加熱穩(wěn)定性較好。

2溫拌再生瀝青力學(xué)性能

2.1溫拌再生瀝青混合料拉、壓力學(xué)性能

為研究溫拌再生瀝青的力學(xué)性能，利用壓力機(jī)和MTS材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)通過(guò)SGC成型的試件分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及回彈模量的測(cè)試。

參照水泥混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法，將HRMA、WRMA試件置于試驗(yàn)溫度條件下恒溫12h后，立即將試件置于壓力機(jī)上，以1mm/min的速率進(jìn)行加載，直至試件破壞，得到抗壓強(qiáng)度。參照T0738-2011試驗(yàn)進(jìn)行單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，得到相應(yīng)的溫度條件下的動(dòng)態(tài)模量。考慮常溫條件下的力學(xué)性能，將試驗(yàn)溫度定為20 ℃。其抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量隨RAP的摻量的變化情況分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1　再生瀝青混合料抗壓強(qiáng)度隨RAP變化曲線Figure 1　recycled asphalt mixture compressive strength curve with RAP

圖2　再生瀝青混合料抗壓回彈模量隨RAP變化曲線Figure 1　Recycled asphalt mixture resilient modulus curve with RAP

通過(guò)上圖可以明顯看出:HRMA的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量隨RAP的增加逐步增加，增到一定值之后逐步下降。WRMA的抗壓強(qiáng)度則是隨著RAP摻量增加而增加，只是當(dāng)RAP摻量達(dá)到30%后，強(qiáng)度增加不顯著。WRMA的抗壓回彈模量則在RAP摻量為30%時(shí)出現(xiàn)了峰值后遞減，但是其模量還是顯著高于HRMA。這主要原因還是由于RAP摻量過(guò)大，使得老化的瀝青部分增加，導(dǎo)致壓實(shí)困難，使得空隙率增大，而影響彈性模量及強(qiáng)度。

當(dāng)摻量達(dá)到40%時(shí)，WRMA較HRMA的抗壓強(qiáng)度和回彈模量分別提高了14.3%、15.1%。說(shuō)明通過(guò)溫拌再生后，當(dāng)RAP摻量較高時(shí)，瀝青混合料的抗壓性能顯著要優(yōu)于普通的再生瀝青混合料，這是由于溫拌劑使得廠拌再生時(shí)的瀝青老化降低。

為研究再生瀝青混合料的抗拉性能，使用間接抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為研究常溫條件下的抗拉強(qiáng)度，將通過(guò)馬歇爾成型后的試件置于溫度定為15 ℃恒溫箱中6h，迅速將試件取出，參照T0716-2011瀝青混合料劈裂試驗(yàn)，以50mm/min速率加載至試件破換，得到最大破壞荷載后計(jì)算劈裂強(qiáng)度見(jiàn)表5。

表5 再生瀝青混合料15℃劈裂強(qiáng)度Table5 RecycledAsphaltMixture15℃splittingstrength研究指標(biāo)RAP摻量/%10203040HRMA劈裂強(qiáng)度均值/MPa2.062.182.372.48對(duì)應(yīng)HRMA劈裂強(qiáng)度方差0.0350.0480.0710.052WRMA劈裂強(qiáng)度均值/MPa1.952.172.452.61對(duì)應(yīng)WRMA劈裂強(qiáng)度方差0.0420.6720.8150.724

從上表可以看出: 當(dāng)RAP摻量較低時(shí)，常溫條件下HRMA、WRMA的抗拉強(qiáng)度隨RAP增加而增加。RAP摻量從10%增到40%時(shí)，HRMA、WRMA的劈裂強(qiáng)度分別增加20.4%、33.8%。這說(shuō)明當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，其WRMA的抗拉強(qiáng)度要明顯高于HRMA。

2.2溫拌再生瀝青疲勞性能

我國(guó)評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞主要是通過(guò)四點(diǎn)彎曲的疲勞壽命試驗(yàn)，當(dāng)彎曲勁度模量降低到初始進(jìn)度模量的1/2時(shí)認(rèn)定為發(fā)生疲勞破壞。但改性后的瀝青混合料韌性和彈性不盡相同，籠統(tǒng)依據(jù)初始勁度模量衰減一半的判斷方式存在弊端。

為確定兩種再生瀝青混合料的疲勞性能，采用T0739-2011四點(diǎn)彎曲疲勞壽命測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)溫度為15 ℃±0.5 ℃，通過(guò)恒應(yīng)變控制連續(xù)偏正弦加載模式，控制應(yīng)變水平為 400×10-6，加載頻率為10±0.1Hz。但評(píng)價(jià)疲勞的標(biāo)準(zhǔn)參考美國(guó)AASHTOTP-8標(biāo)準(zhǔn)，使用歸一化勁度次數(shù)積來(lái)找到疲勞破壞的臨界點(diǎn)，其試驗(yàn)設(shè)備還是歸一化勁度次數(shù)積JNM的計(jì)算公式為：

式中： No、Nm分別加載50次、i次；SO、Sm分別為加載50次時(shí)的勁度模量、加載i次的勁度模量。當(dāng)JNM最大時(shí)則所對(duì)應(yīng)的Ni為材料的疲勞破壞時(shí)荷載作用的次數(shù)，即疲勞壽命，用NNM表示。一個(gè)試驗(yàn)制作5個(gè)平行試件，通過(guò)試驗(yàn)取其平均值，最終確定了不同的再生瀝青混合料在不同的RAP摻量條件下的疲勞壽命見(jiàn)表6。

表6 再生瀝青混合料疲勞壽命Table6 recycledasphaltmixturefatiguelife瀝青混合料類(lèi)型孔隙率/%SO/MPaSm/MPa疲勞壽命NNM/次Sm/SO/%HRMA—104.07146320110473144.8HRMA—204.5701331639755045.1HRMA—304.8644631008705648.1HRMA—406.9527622214003142.1WRMA—104.17359342912297646.6WRMA—204.27226341711136647.3WRMA—304.57154335510515646.9WRMA—405.2698831838462347.0

從上表可以看出: 疲勞壽命NNM隨著RAP摻量增加而減低，在相同RAP條件下HRMA的疲勞壽命要低于WRMA，特別是RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，WMRA較HRMA的疲勞壽命增長(zhǎng)一倍以上。HRMA混合料RAP的摻量從30%增加到40%時(shí)，其疲勞壽命減短了50%。而WRMA的疲勞壽命隨著RAP摻量增加疲勞壽命雖然也在縮短，但是其縮短的速率明顯要小于WRMA。這就說(shuō)明了當(dāng)RAP摻量較大時(shí)，WRMA的抗疲勞性能體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞壽命試驗(yàn)評(píng)價(jià)是通過(guò)Sm/So達(dá)到50%。從表6可以看出: Sm/So都小于50%，也就是說(shuō)明參照美國(guó)AASHTOTP-8標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)疲勞臨界點(diǎn)時(shí)的勁度模量Sm大于國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。這就意味著我國(guó)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較保守。

3溫拌再生瀝青混合料溫度穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1高溫穩(wěn)定性

對(duì)不同摻量條件下的HRMA、WRMA按照J(rèn)TGE20-2011中規(guī)定進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，車(chē)轍試件成型尺寸為300mm×300mm×50mm。將試件置60 ℃環(huán)境中，在0.7±0.5MPa輪壓下進(jìn)行試驗(yàn)，得到不同類(lèi)型的再生瀝青混合料的穩(wěn)定度見(jiàn)表7。從所得的數(shù)據(jù)可以看出隨著RAP的增加，HRMA、WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度也增加。在相同的RAP的條件下，WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度要比HRMA高20%以上。

表7 不同RAP摻量下HRMA、WRMA動(dòng)穩(wěn)定度Table7 differentRAPcontentHRMA,WMAdynamicstability混合料類(lèi)型動(dòng)穩(wěn)定度/(次·mm-1)摻10%RAP摻20%RAP摻30%RAP摻40%RAPHRMA781280241168715326WRMA1076123951537419857

3.2低溫穩(wěn)定性

將成型后的車(chē)轍板切成250mm×30mm×35mm按照瀝青混合料彎曲蠕變?cè)囼?yàn)的要求在0 ℃環(huán)境下使用蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)測(cè)定其蠕變速率，用以評(píng)價(jià)再生瀝青的低溫抗變形能力(見(jiàn)表8)。

表8 不同RAP摻量下HRMA、WRMA的蠕變速率Table8 CreeprateofWRMAandHRMAwithdifferentRAPcontent混合料類(lèi)型蠕變速率/(Pa·s-1)摻10%RAP摻20%RAP摻30%RAP摻40%RAPHRMA0.1850.1670.1020.061WRMA0.1960.1770.1440.116

從表8可以看出: 隨著RAP的摻量增加，HRMA和WRMA的蠕變速率都在下降。顯然HRMA的下降速率更快，特別是當(dāng)RAP的摻量達(dá)到40%時(shí)，其數(shù)值是摻30%的RAP時(shí)的蠕變速率的0.6倍。這樣的蠕變速率說(shuō)明其低溫穩(wěn)定性很差。當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)的WRMA的蠕變速率接近于HRMA的2倍，這就說(shuō)明當(dāng)RAP的摻量達(dá)到40%的高摻量時(shí)，WRMA的低溫性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)要優(yōu)于HRMA。

4結(jié)論

①當(dāng)RAP的摻量低于30%時(shí)，WRMA、HRMA的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量差距不是很大，其兩個(gè)指標(biāo)都是隨著RAP的增加而增加。但當(dāng)摻量達(dá)到40%時(shí)，此時(shí)HRMA的抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量出現(xiàn)逆增長(zhǎng)，使得RAP高摻量的HRMA的抗壓性能要低于WRMA近15%。而通過(guò)劈裂試驗(yàn)得到的抗拉強(qiáng)度WRMA雖然要優(yōu)于HRMA，但不顯著。

② 參照AASHTOTP-8標(biāo)準(zhǔn)，得到的疲勞壽命NNM隨著RAP摻量增加而減低，在RAP摻量相同時(shí)，HRMA的疲勞壽命要低于WRMA，特別是RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，HMRA的疲勞壽命僅是WRMA的1/2。

③ 隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度也增加。但在相同的RAP摻量水平下，WMRA的動(dòng)穩(wěn)定要比HMRA高20%以上，說(shuō)明WMRA有較好的高溫穩(wěn)定性。

④ 隨著RAP的增加，再生瀝青混合料的低溫性能降低。當(dāng)RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，其HMRA的低溫蠕變速率較小，低溫性能較差。而WMRA的蠕變速率則較HRMA高47%，說(shuō)明在低溫性能方面也存在較顯著的優(yōu)勢(shì)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉至飛，吳少鵬.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,31(4):170-173.

[2]孫吉書(shū)，肖田，楊春風(fēng)，等.溫拌再生瀝青混合料的路用性能研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,30(2):250-253.

[3]林翔，張金喜，苗英豪，等.再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)影響因素試驗(yàn)研究[J].公路交通科技.2011,28(2):14-19.

[4]黃明，王鵬，李彥偉，等.溫拌再生瀝青混合料關(guān)鍵技術(shù)研究與性能評(píng)價(jià)[J].公路,2012(10):162-165.

[5]郭乃勝，尤占平，趙穎華，等.溫拌再生瀝青混合料耐久性能[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2014,27(8):18-22.

[6]方楊，李善強(qiáng)，劉宇.廠拌熱再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,32(5):961-964.

[7]俞志龍.廠拌熱再生瀝青混合料路用性能及施工工藝研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2013.

[8]叢卓紅，鄭南翔.瀝青混合料級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007,27(3):15-19.

WarmMixRecycledAsphaltMixturePerformanceStudy

ZHANGXiao

(HunanCommunicationsResearchInstitute，Changsha，Hunan410015，China)

[Abstract]Summary:In order to improve the utilization of waste materials bituminous pavement on a highway milling asphalt mixture was sampled at different dosage hot mix recycled asphalt, warm mix renewable two ways to configure different asphalt mixture. After forming the specimen material testing machine for use MTS compressive, tensile, and to the American AASHTO TP-8 standard four-point bending fatigue life testing system of recycled asphalt mixture fatigue test were studied. While the recycled asphalt mixture temperature, low temperature stability test. Obtained by the addition of warm mix agent and regenerated catalyst modified composite modified to improve the mix of high temperature, low temperature, fatigue resistance and improve the mechanical properties of the compressive and tensile strength.

[Key words]asphalt; warm mix agent; recycling agent; asphalt mixture; mechanical properties

[收稿日期]2015-12-09

[作者簡(jiǎn)介]張笑(1984-)，男，天津人，經(jīng)濟(jì)師，從事公路與市政工程可行性研究與設(shè)計(jì)工作。

[中圖分類(lèi)號(hào)]U 414.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)03-0238-04