不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究

袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究

袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

為研究不同廢舊瀝青路面材料（RAP）摻配比例對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料路用性能的影響，對(duì)比分析了0、20%、30%、40%、50%等5種不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞耐久性，發(fā)現(xiàn)其高溫穩(wěn)定性隨著RAP摻配比例的增加而提高，低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞耐久性均隨著RAP摻配比例的增加而降低，當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，熱再生瀝青混合料已不能滿(mǎn)足路用性能要求；通過(guò)熱再生瀝青混合料經(jīng)濟(jì)效益分析，選取了廠拌熱再生瀝青混合料合適的RAP摻配比例。

公路；廠拌熱再生瀝青混合料；廢舊瀝青路面材料（RAP）；摻配比例；路用性能

瀝青路面的使用壽命一般為15年左右，每年因?qū)r青路面的修補(bǔ)等而產(chǎn)生大量廢舊瀝青路面材料（RAP），若不能得到有效處理，既會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。廠拌熱再生瀝青混合料因部分使用RAP，可減少對(duì)新瀝青及新礦料的使用，在一定程度上可降低工程造價(jià)，并避免RAP對(duì)環(huán)境的污染。多個(gè)國(guó)家主要利用廠拌熱再生技術(shù)對(duì)RAP進(jìn)行回收利用，美國(guó)針對(duì)再生瀝青混合料設(shè)計(jì)于2001年提出了NCHRP 9-12項(xiàng)目報(bào)告，目前中國(guó)廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)也參照該報(bào)告。

考慮到目前廠拌熱再生瀝青混合料中RAP使用比例占25%以下已是較成熟的技術(shù)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，廠拌熱再生瀝青混合料的RAP摻配比例不宜大于50%，該文分別選取0、20%、30%、40%、50%等5種RAP摻配比例，研究不同摻配比例下熱再生瀝青混合料的路用性能，并選取適合的RAP摻配比例。

1 原材料

1.1 RAP的基本性質(zhì)

采用某高速公路銑刨得到的RAP。受環(huán)境與車(chē)輛荷載的長(zhǎng)期影響，RAP的瀝青性質(zhì)與瀝青含量發(fā)生了巨大變化，為此，采用抽提法，利用三氯乙烯溶解測(cè)定RAP的瀝青含量，得到RAP的油石比為3.4%。采用阿布森法回收瀝青，并測(cè)定舊瀝青的技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)抽提的RAP礦料進(jìn)行篩分，獲取其礦料級(jí)配組成（見(jiàn)表2）。

表1 回收瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 RAP的礦料級(jí)配范圍

1.2 新瀝青

選用殼牌70?；|(zhì)瀝青作為廠拌熱再生瀝青混合料的新瀝青，其性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

1.3 廠拌熱再生瀝青混合料級(jí)配組成

選用與RAP礦料相同的花崗巖，其質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求?？紤]原路面的結(jié)構(gòu)組成、所處地理環(huán)境及交通荷載的影響，選用AC-16型廠拌熱再生瀝青混合料，對(duì)不同RAP摻配比例的熱再生瀝青混合料通過(guò)調(diào)整新料中各檔料使其級(jí)配滿(mǎn)足要求。各摻配比例再生瀝青混合料的級(jí)配組成見(jiàn)表4。

表3 殼牌70＃基質(zhì)瀝青的檢測(cè)結(jié)果

表4 不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的級(jí)配組成

2 試驗(yàn)方案

2.1 最佳油石比的確定

根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，按照RAP不同摻配比例熱再生瀝青混合料的級(jí)配，在不同油石比下分別設(shè)計(jì)制作馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定不同油石比下試件密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值等，以確定不同RAP摻量下再生瀝青混合料的最佳油石比。通過(guò)試驗(yàn)，確定RAP摻配比例為0、20%、30%、40%、50%的廠拌熱再生瀝青混合料的最佳油石比分別為4.5%、4.2%、4.2%、4.1%、4.1%。

2.2 試驗(yàn)方法

在60℃環(huán)境溫度下對(duì)熱再生瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，研究不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的高溫性能；在-10℃、加載速率為50 mm／min的條件下進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，研究不同RAP摻配比例熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能；通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)研究不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性；采用15℃下應(yīng)力控制的間接拉伸疲勞試驗(yàn)研究不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

分別對(duì)0、20%、30%、40%、50%等5種不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料采用各自最佳油石比成型車(chē)轍試件進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度作為高溫抗車(chē)轍性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各RAP摻配比例下車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5，不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度均滿(mǎn)足規(guī)范要求（≥1 000次／mm），且隨著RAP摻配比例的增加，動(dòng)穩(wěn)定度不斷增加，不同RAP摻配比例熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均大于基質(zhì)瀝青混合料。表明RAP的添加可提高瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能，且隨著RAP摻配比例的增加，熱再生瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍性能不斷提高。這是由于RAP所含瀝青受到嚴(yán)重老化的影響，其輕組分減少，在氧化作用下向膠質(zhì)與瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，高溫粘度與勁度大幅提高，高溫抗變形能力增強(qiáng)。

3.2 廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能

在-10℃、加載速率為50 mm／min的條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料試件的破壞強(qiáng)度與破壞應(yīng)變，評(píng)價(jià)不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各RAP摻配比例下低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表6，隨著RAP摻配比例的增加，廠拌熱再生瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度不斷增加，彎曲應(yīng)變不

斷減小，說(shuō)明RAP的添加會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的低溫抗裂性能降低，且摻配比例越大，降低程度越大。當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，再生瀝青混合料的彎曲應(yīng)變?yōu)? 862με，低于規(guī)范要求，說(shuō)明其低溫抗裂性能已不能滿(mǎn)足路用性能要求，熱再生瀝青混合料的RAP摻配比例不應(yīng)大于50%。RAP在環(huán)境與荷載的長(zhǎng)時(shí)間作用下，其瀝青變硬變脆，塑性降低，導(dǎo)致再生瀝青混合料在低溫狀態(tài)下受到荷載時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變減小，較易發(fā)生低溫開(kāi)裂。

3.3 廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)測(cè)得不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度，通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)檢測(cè)其凍融劈裂殘留強(qiáng)度比，分析評(píng)價(jià)廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 各RAP摻配比例下浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表7，隨著RAP摻配比例的增加，廠拌熱再生瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均逐漸減小，且均小于基質(zhì)瀝青混合料，說(shuō)明RAP的摻加會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的抗水損能力下降。當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度小于80%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比小于75%，不符合規(guī)范要求，表明其抗水損能力不能滿(mǎn)足路用性能要求。這主要是由于RAP中的瀝青已經(jīng)老化，其粘附性能大幅降低，導(dǎo)致其抗水損能力下降。目前主要采用添加水泥等抗剝落劑的方法保證其抗水損能力。

3.4 廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞性能

在15℃、加載頻率為10 Hz的條件下對(duì)不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗(yàn)，測(cè)定其疲勞壽命。試驗(yàn)采用應(yīng)力控制模式，試驗(yàn)應(yīng)力比為0.3～0.7。試驗(yàn)結(jié)果表8。

根據(jù)表8，在同一RAP摻配比例下，再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著應(yīng)力比的增大而不斷減?。辉谙嗤瑧?yīng)力比下，再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著RAP摻配比例的增加而不斷減小。表明RAP的添加會(huì)降低瀝青混合料的疲勞壽命。

表8 各RAP摻配比例下間接拉伸疲勞壽命

4 廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局《Pavement Recycling Guidelines For State and Local Government》對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益分析（見(jiàn)表9），廠拌熱再生瀝青混合料的工程造價(jià)隨著RAP摻配比例的增加而逐漸降低，摻配比例為40%時(shí)成本降低28%，摻配比例為50%時(shí)成本降低34%。但根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論，摻配比例為50%的廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性與抗水損性能均不滿(mǎn)足路用性能要求，且疲勞壽命較短，故推薦采用40%作為廠拌熱再生瀝青混合料的最佳RAP摻配比例。

表9 廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益

5 結(jié)論

（1）廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著RAP摻配比例的增加而不斷提高，且均高于基質(zhì)瀝青混合料。

（2）廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能隨著RAP摻配比例的增加而降低，RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其彎曲應(yīng)變不能達(dá)到規(guī)范要求，表明其不能滿(mǎn)足低溫抗裂性能要求。

（3）廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損能力隨著RAP摻配比例的增加而不斷降低，當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，表明其不能滿(mǎn)足水穩(wěn)定性要求。

（4）廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著所施加應(yīng)力比的增大而不斷降低，在同一應(yīng)力比下其疲勞壽命隨著RAP摻配比例的增加而不斷降低。

（5）廠拌熱再生瀝青混合料的最佳RAP摻配比例為40%。

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