SMA溫拌再生瀝青混合料抗疲勞特性的實驗研究

王 穎

(濰坊科技學院， 山東 壽光 262700)

SMA溫拌再生瀝青混合料抗疲勞特性的實驗研究

王 穎

(濰坊科技學院， 山東 壽光 262700)

以陜西某高速公路西安段的上面層RAP和混合料SMA — 13為主要材料，采用四點彎曲疲勞試驗，對SMA溫拌再生瀝青混合料抗疲勞特性實驗進行了研究。結果表明，隨著荷載作用次數(shù)增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量逐漸減?。辉跍匕韫に?、混合料技術、RAP摻量均相同時，當應變水平從800 με增加到1200 με，混合料勁度模量和累積耗散能呈下降趨勢，增加應變水平可降低混合料勁度模量和累積耗散能；在溫拌工藝、混合料技術均相同時，隨著RAP摻量增大，混合料勁度模量和累積耗散能呈增加趨勢，添加RAP可提高混合料勁度模量和累積耗散能；在RAP摻量分別為為0、25%、35%時，同坐標下，采用干拌法和濕拌法的再生SMA瀝青混合料疲勞次數(shù)與累積耗散能線性關系良好，混合料疲勞次數(shù)、累積耗散能間的線性關系，與是否添加Sasobit溫拌劑、采用何種溫拌制備工藝、RAP摻量多少等無關。

抗疲勞； 再生瀝青； SMA溫拌； 摻量

1 概述

隨著綠色公路理念的不斷推廣，溫拌再生(SMA)混合料因具有減少碳排放、循環(huán)利用等優(yōu)勢引起廣泛關注[1-3]。SMA技術屬于公路行業(yè)的一項新技術，它結合了廢舊瀝青混合料(RAP)再生利用技術和節(jié)能環(huán)保溫拌技術，并將其應用于SMA 瀝青混合料中，可減緩新和舊瀝青的老化、降低施工溫度、降低生產溫度，將SMA類RAP再生利用[4-6]。溫拌瀝青混合料技術可將施工和混合料拌的溫度降低約25 ℃左右，將SMA技術用于公路建設，可降低污染、節(jié)約能源[7-9]。

瀝青路面破壞的主要模式是疲勞開裂，重復荷載作用達到一定程度，疲勞開裂現(xiàn)象就會路面產生[11]。國內外目前研究瀝青混合料疲勞性能方法主要有力耗散能法、學近似法、現(xiàn)象學法，但對瀝青混合料的疲勞性能來說，這些方法很難進行統(tǒng)一預測。試驗瀝青混合料疲勞性能的方法很多，如小型材料試件室內疲勞試驗等[12]，《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20 — 2011)規(guī)定，瀝青混合料疲勞性能采用的試驗方法為四點梁彎曲疲勞試驗。自SMA溫拌再生技術面世后，研究者對其相關性能全面進行了研究，因各種因素制約，混合料疲勞性能方面的研究缺少相應支持。本文以陜西某高速公路西安段的上面層RAP和混合料SMA — 13為主要材料，四點彎曲疲勞試驗，對SMA溫拌再生瀝青混合料抗疲勞特性實驗進行了研究。

2 試驗材料及相關性能

2.1 RAP材料

RAP為陜西某高速公路西安段的上面層，混合料為SMA — 13，因RAP級配改變較大，本文依據(jù)JTGE20 — 2011相關規(guī)定，采用4.65、9.0、16 mm做界限，通過將RAP進行破碎，形成三檔RAP，分別為0～5、5～10、10～16 mm，將大于16 mm的超粒徑RAP去除。分別進行RAP抽提試驗，測試其密度、級配、回收瀝青的性能；本文的礦料為礦粉、石灰?guī)r粒徑為0～3 mm、玄武巖粒徑為5～10 mm和10～15 mm，采用SBS改性瀝青(見表1,表2)。

2.2 新集料及新瀝青

本文測試了新礦料的密度、級配、新瀝青性能進行了測試。其中表3為新集料級配，表4為新集料密度，表5為新瀝青性能。

表1 回收舊SMA材料各指標檢測值Table1 ThedetectionvaluesofallindexesofrecycledoldSMAma?terials指標回收SMA材料玄武巖新集料技術要求壓碎值/%176141≤26磨耗損失/%192155≤28表觀相對密度/(g·cm-3)28752963≥260吸水率/%067053<2堅固性/%10171<12針片狀粒徑含量>95mm/%4061<12針片狀粒徑含量<95mm/%1430<18軟石含量/%062095<3水洗法<0075顆粒含量/%082069<1

表2 RAP中舊瀝青測試值Table2 ThetestvaluesofoldasphaltinRAP檢測項針入度/(01m)軟化點/℃延度(15℃)/cm135℃黏度/(Pa·s)163℃黏度/(Pa·s)原值30971875352074測試值72693356184

表3 新集料級配Table3 Thegradationofvirginaggregate方孔篩孔徑/mm通過下列篩孔尺寸(mm)百分率/%0～55～1010～16160100010001000132100010009029010009952164651000178282348194222117510332106235328220322312421016181221800741371716

表4 新集料密度Table4 Thespecificgravityofvirginaggregate (g·cm-3)分類毛體積密度表觀密度表干密度礦粉2810 0～5m 2816 5～10m28432911286610～15m284329172867

表5 新瀝青性能(測試值)Table5 Theperformanceofnewasphalt針入度/(01m)軟化點/℃延度(15℃)/cm135℃黏度/(Pa·s)7028643681615

2.3 SMA溫拌瀝青設計

試驗時添加6%再生劑，目的是通過再生劑，使老化瀝青的部分性能得到恢復。新瀝青為北方公路建設常用的SBS改性瀝青，同時添加3%的木質素纖維。采用最可能接近原則，進行不同RAP 摻量溫拌再生SMA混合料的級配，表6為不同RAP摻量SMA溫拌再生混合料級配。根據(jù)RAP 摻量的不同，將級配分為3種，分別為0%的RAP級配、25%的RAP級配、35%的RAP級配，分別在SMA中加入瀝青總量3%德國Sasobit-Wax公司生產的Sasobit溫拌劑，對SMA溫拌瀝青進行設計。

2.4 SMA溫拌瀝青的制備

根據(jù)制備工藝，進行SMA溫拌瀝青的制備，新礦料拌和溫度、加熱溫度要低于SMA溫拌瀝青新礦料拌和溫度、加熱溫度約30 ℃，分別為156、146 ℃，本研究采用濕拌法、干拌法2種工藝制備SMA溫拌瀝青。

表6 不同RAP摻量SMA溫拌再生混合料級配Table6 ThedifferentRAPmixingamountofSMAwarmmixrecycledmixturegradation級配篩孔尺寸/mm161329023411706203201600740%RAP1009405662381801511211069125%RAP10090851219415614513412510535%RAP100898608228168154141130111級配上限100100750260240200160150120級配下限1009005001501401201009080

2.5 SMA溫拌瀝青疲勞試驗條件

SMA溫拌瀝青的疲勞試驗按照JTGE20 — 2011規(guī)程進行，試件大小為380.0 mm×63.5 mm×50.0 mm，試驗設備為澳大利亞生產的UTM — 100伺服液壓多功能材料試驗機，使用3種應變控制模式，即800×10-6、1000×10-6、1200×10-6，采用頻率為10 Hz，進行偏正弦波連續(xù)加載。

3 結果與討論

3.1 四點彎曲疲勞試驗

在RAP摻量為0、25%、35%的情況下，溫拌再生SMA瀝青混合料，濕拌法和干拌法兩種不同拌和方式，添加Sasobit進行再生SMA瀝青混合料的溫拌，在750、950、1150 με 3種應變水平下進行四點彎曲疲勞試驗，在疲勞試驗中，主要指標數(shù)據(jù)有3個，分別為累積耗散能WCD、疲勞壽命Nf、勁度模量S0，表7為不同RAP摻量SMA溫拌再生混合料的疲勞特性。

3.2 勁度模量變化

3.2.1 荷載作用次數(shù)對勁度模量的影響

圖1為荷載作用次數(shù)對SMA溫拌再生瀝青混合料勁度模量的影響，從圖1可以看出: 通過控制應變模式，在四點彎曲疲勞試驗中，隨著荷載作用次數(shù)增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量逐漸減小。SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量與荷載作用次數(shù)曲線明顯分為3部分，在前段部分，即循環(huán)次數(shù)小于20000次，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量下降快速，這是因為在試件內部，存在一些雜質和微小的裂縫，通過荷載的作用，在局部形成應力集中，產生了新界面，導致結構內部通過重新組合，對外部作用造成影響進行抵抗；在中間段部分，即在循環(huán)次數(shù)為20000～140000次的范圍內，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量下降的速度減慢，并呈線性下降狀態(tài)，這是因為在試件內部，有微裂縫逐漸產生，瀝青混合料通過自愈，在自愈及擴展之間，引起微裂縫變化持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展；在后段部分，即在循環(huán)次數(shù)大于140000次，隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量下降迅速，這是因為在部分瀝青混合料試件內部，形成大量的裂縫的緣故。

表7 不同RAP摻量SMA溫拌再生混合料疲勞特性Table7 ThefatiguepropertiesofSMAwarmmixrecycledmixturewithdifferentRAPcontentPAP摻量/%應變水平/με干拌法濕拌法S0/MPaNf/次WCD/MPaS0/MPaNf/次WCD/MPa8004906107469383548691173314460100047073209118824937196761121200435594027474470780152480064671231495718671313936966472510005861267541862623620001152112005560973499255731140911648006842616293113687411001954803510006558149241222650416104128812005663911495558086884767

圖1 荷載作用次數(shù)對勁度模量的影響Figure 1 The effect of load action on the modulus of satisfaction

3.2.2 應力水平對勁度模量的影響

圖2為應力水平對SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量的影響，從圖2可以看出: 在溫拌工藝相同、混合料技術相同、RAP摻量相同的條件下，隨著應變水平從800 με增加到1200 με，SMA 瀝青混合料的勁度模量呈下降趨勢。這表明，增加應變水平，可降低SMA 瀝青混合料的勁度模量。在應變水平、RAP摻量相同的條件下，當RAP摻量為0時，SMA 瀝青混合料比RAP摻量為25%和35%的勁度模量值要低，這表明Sasobit溫拌劑在RAP摻量為0時，可降低SMA 瀝青混合料勁度模量。35%的RAP摻量比25%的勁度模量要高，這說明通過增加RAP的摻量，可提高SMA 瀝青混合料勁度模量。在溫拌工藝相同、混合料技術相同條件下，隨著添加的RAP摻量的增大，SMA 瀝青混合料勁度模量呈增加趨勢，這說明加入RAP可提高SMA 瀝青混合料勁度模量。

圖2 應力水平對勁度模量的影響Figure 2 The effect of stress level on the modulus of satisfaction

3.3 累積耗散能

3.3.1 應力水平對累積耗散能的影響

圖3為應力水平對SMA溫拌再生瀝青混合料的累積耗散能的影響，從圖3可以看出: 在溫拌工藝相同、混合料技術相同、RAP摻量相同的條件下，隨著應變水平從800 με增加到1200 με，SMA 瀝青混合料的累積耗散能呈下降趨勢。在溫拌工藝相同、混合料技術相同條件下，隨著添加的RAP摻量的增大，SMA 瀝青混合料累積耗散能呈增加趨勢，這說明加入RAP可提高SMA 瀝青混合料累積耗散能。

圖3 應力水平對累積耗散能的影響Figure 3 The effect of stress level on cumulative dissipated energy

3.3.2 基于累積耗散能法分析

在雙對數(shù)坐標系中，將表7中不同瀝青累積耗散能分別繪出，通過冪次擬合，得到累積耗散能與疲勞次數(shù)關系擬合圖，見圖4。從圖4可以看出: 在RAP摻量分別為為0、25%、35%時，在同坐標下，干拌法和濕拌法的再生SMA瀝青混合料疲勞次數(shù)與累積耗散能線性關系良好，對于這種線性關系來說，溫拌制備工藝、溫拌技術、摻量變化等因素是否相同，均不會影響它的線性特征，也就是說，混合料疲勞次數(shù)、累積耗散能間的線性關系，同是否添加Sasobit溫拌劑、采用何種溫拌制備工藝、RAP摻量多少等無關。25%、35%的溫拌SMA 瀝青混合料的累積耗散能、疲勞次數(shù)具有良好線性關系，通過回歸分析試驗結果，得出混合料疲勞次數(shù)、累積耗散能間的

圖4 累積耗散能與疲勞次數(shù)關系曲線Figure 4 The relation curve of cumulative dissipated energy and fatigue

冪次關系方程，見公式(1)：

(1)

4 結論

① 隨著荷載作用次數(shù)增加，SMA溫拌再生瀝青混合料的勁度模量逐漸減小。

② 在溫拌工藝相同、混合料技術相同、RAP摻量相同的條件下，隨著應變水平從800 με增加到1200 με，SMA瀝青混合料的勁度模量和累積耗散能呈下降趨勢。這表明，增加應變水平，可降低SMA瀝青混合料的勁度模量和累積耗散能。在溫拌工藝相同、混合料技術相同條件下，隨著添加的RAP摻量的增大，SMA瀝青混合料勁度模量和累積耗散能呈增加趨勢，這說明加入RAP可提高SMA瀝青混合料勁度模量和累積耗散能。

③ 在RAP摻量分別為為0、25%、35%時，在同坐標下，干拌法和濕拌法的再生SMA瀝青混合料疲勞次數(shù)與累積耗散能線性關系良好，混合料疲勞次數(shù)、累積耗散能間的線性關系，同是否添加Sasobit溫拌劑、采用何種溫拌制備工藝、RAP摻量多少等無關。

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Experimental Study on Anti Fatigue Property of SMA Warm Mix Recycled Asphalt Mixture

WANG Ying

(Weifang University of Science and Technology; Shouguang, Shandong 262700,China)

In this paper, we take the upper layer RAP and the mixed material SMA — 13 as the main material the section of a highway of Xi′an in Shaanxi, using four point bending fatigue test of asphalt mixture fatigue properties was studied on the regeneration of SMA warm mix.The results show that as the load increased the number of SMA warm mix asphalt mixture stiffness modulus decreases gradually; in the process, the mixture of warm mix technology, the content of RAP are the same, when the strain level from 800 to 1200 Mu Mu epsilon epsilon, mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy decreased and the increase of strain level can reduce mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy; in the process, the mixture of warm mix technology are the same, with the increasing dosage of RAP, mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy increased, adding RAP can improve the mixture stiffness modulus and cumulative dissipated energy in RAP doped; were 0, 25% and 35%, with the coordinates, the regeneration of SMA asphalt mixture fatigue dry mixing method and wet mixing method and cumulative dissipated energy a good linear relationship.The linear relationship between the number of mixture fatigue, the cumulative dissipated energy, and whether to add Sasobit warm mix agent, the warm mix of the preparation process, the amount of RAP mixing.

anti fatigue; recycled asphalt; SMA warm mix; content

2016 — 10 — 19

王 穎(1979-)，女，山東壽光人，講師,碩士研究生，研究方向：市政工程。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0267 — 04