RAP摻量對再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響

楊 成

(大理白族自治州交通運輸局， 云南 大理 671000)

RAP摻量對再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響

楊 成

(大理白族自治州交通運輸局， 云南 大理 671000)

為確定RAP摻量對再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響，將回收瀝青按不同比例(0～50%，間隔10%)摻加到70號道路石油瀝青中，然后對再生瀝青結(jié)合料的延度、針入度、軟化點、粘度進行了測試，對再生瀝青混合料的路用性能進行了研究。結(jié)果表明：隨著回收瀝青摻量的增加，混合后的瀝青的針入度和延度逐漸降低，軟化點和粘度逐漸增加。當回收瀝青摻量高于30%以后，混合后的再生瀝青針入度、延度值不能滿足規(guī)范要求。隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的抗車轍性能逐漸提高，而低溫性能、抗水損害性能和抗疲勞性能逐漸變差，當RAP材料的摻量不大于30%時，瀝青混合料的低溫性能和殘留強度比可滿足規(guī)范要求。從統(tǒng)籌兼顧再生瀝青及再生瀝青混合料的性能的角度出發(fā)，建議RAP材料的合理摻量取30%左右為宜。

RAP； 回收瀝青； 最佳摻量； 路用性能

0 引言

我國早期建設(shè)的道路大部分已經(jīng)進入修補階段，由此產(chǎn)生了大量的廢舊路面材料。在“走可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟”的政策下，隨著人們對環(huán)保、社會效益的關(guān)注，以及技術(shù)的進步，瀝青路面再生利用技術(shù)越來越受到人們的重視。瀝青路面的再生利用，就是將舊瀝青路面經(jīng)過一系列回收方法的處理后，按照一定的比例摻加新的瀝青，新的集料等，再重新拌和形成具有一定路用價值的瀝青混合料，然后應用于路面工程[1-3]。瀝青路面再生與傳統(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，同時有利于處理廢料、保護環(huán)境，因而具有顯著的經(jīng)濟效益和社會、環(huán)境效益[4]。汪托、郝培文等[5]利用路面環(huán)境和經(jīng)濟效應壽命周期評估工具PaLATE，通過熱拌瀝青設(shè)備提供的能耗數(shù)據(jù)，評價了使用RAP料的環(huán)境效益，認為生產(chǎn)30%的RAP僅需要生產(chǎn)新混合料84%的能耗和產(chǎn)生80%的CO2排放量。

在1915年，美國首先開始對瀝青路面再生利用技術(shù)進行研究。但直到1973年石油危機爆發(fā)后美國對這項技術(shù)才引起足夠的重視。目前，美國再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半，80%的廢棄瀝青混合料得到再生利用。對基層而言，RAP的允許用量為15%～100%，在美國約有27.1%的州允許使用50%的RAP，有22.9%的州對RAP的用量沒有限制。而磨耗層RAP的允許用量為0～100%，22.9%的州不允許使用RAP，16.6%的州對RAP的用量無限制[6]。我國對瀝青路面再生技術(shù)的研究始于20世紀50年代。1983年建設(shè)部下達了“廢舊瀝青混合料再生利用”的研究項目。在3 a的時間內(nèi)鋪筑了30 000 m2以上的試驗路。2003年底，廣佛高速公路在大修期間采用了廠拌熱再生技術(shù)，并取得了不錯的效果。喬志勇等[7]通過研究建議，廠拌熱再生RAP的摻量不宜超過50%，同時應采取相關(guān)措施(如再生劑)，以提高再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。

瀝青結(jié)合料的性能對于再生瀝青混合料的性能具有至關(guān)重要的影響，然而，以往研究主要集中在對于RAP料對于再生瀝青混合料性能的影響，較少針對再生瀝青結(jié)合料性能進行研究。筆者通過室內(nèi)試驗研究了不同摻量回收瀝青對再生瀝青結(jié)合料延度、針入度、軟化點、粘度的影響，大致確定回收瀝青的合理摻量，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料，進而對再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響，通過綜合比較分析，得出RAP材料的適宜摻量，為實際生產(chǎn)提供指導。

1 試驗原材料

1.1 瀝青

瀝青為江蘇地區(qū)常用的70#道路石油瀝青，其基本性能指標如表1所示。

回收瀝青通過室內(nèi)對銑刨料進行抽提，然后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法對原路面老化瀝青進行回收獲得。

表1 瀝青性能指標Table1 Propertiesofrawasphalt檢測項目規(guī)范要求檢測結(jié)果針入度(25℃)/0．1mm60～8061．1針入度指數(shù)PI≤0-1．0延度(10℃)/cm≥1526．5軟化點(TR&B)/℃≥4648．3密度(15℃)/(g·cm-3)實測記錄1．033動力粘度(60℃)/(Pa．s)≥180246PG分級實測記錄 PG64-22

將回收瀝青按不同比例摻加到70號道路石油瀝青中后進行試驗，回收瀝青的5種摻量為0～50%(回收瀝青占新舊瀝青總質(zhì)量的百分比，依次間隔10%)。將70號道路石油瀝青與回收瀝青分別在上述比例下進行高溫攪拌融合，然后在140 ℃烘箱內(nèi)高溫老化2 h后進行相應的性能指標試驗，以模擬實際生產(chǎn)過程中的拌合、運輸以及攤鋪、碾壓過程。

1.2 集料

試驗所用集料為石灰?guī)r石料，集料的密度試驗結(jié)果如表2所示。

表2 集料相對密度試驗結(jié)果表Table2 Propertiesoftheaggregate礦料表觀相對密度毛體積相對密度吸水率/%1#料2．7242．6930．422#料2．7342．7040．423#料2．7682．7110．764#料2．7302．6751．20礦粉2．696//

2 再生瀝青結(jié)合料性能

為了研究回收瀝青對再生瀝青結(jié)合料性能的影響，采用針入度、延度、軟化點和粘度四個指標[8-11]對不同回收瀝青摻量下的再生瀝青的性能進行研究，試驗結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出:隨著回收瀝青摻量的增加，混合后的瀝青的針入度和延度逐漸降低，軟化點和粘度逐漸增加。當回收瀝青摻量高于30%以后，混合后的再生瀝青針入度、延度值明顯下降，并且不能滿足70號道路石油瀝青的規(guī)范要求；而混合后的再生瀝青的軟化點和粘度顯著增加，可以滿足70號道路石油瀝青的規(guī)范要求。分析其原因，瀝青在使用中由于空氣、溫度和陽光的作用發(fā)生老化變質(zhì)，其化學組成發(fā)生變化而使其膠體性質(zhì)變差，進而變現(xiàn)為混合后的再生瀝青針入度降低、軟化點和粘度增高、延度減小。綜合混合后的再生瀝青性能，回收瀝青的摻量以不大于30%為宜。

(a) 針入度、延度

(b)軟化點、粘度圖1 再生瀝青性能試驗結(jié)果Figure 1 Tests results of recycled asphalt

3 再生瀝青混合料性能

為研究不同RAP材料比例摻量下的再生瀝青混合料的性能，以摻加30%RAP材料的AC — 20型再生瀝青混合料級配為基準，對新舊材料以不同比例摻量的再生瀝青混合料的性能進行室內(nèi)試驗。RAP材料的摻配比例分別為0%、10%、20%、30%、40%,50%，各種比例的混合料級配和總瀝青用量均基本相同。混合料的路用性能包括：高溫性能、低溫性能、抗水損害性能和疲勞性能，分別采用車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和四點梁疲勞試驗進行評價[11-13]。混合料設(shè)計級配如表3所示。

表3 AC—20型瀝青混合料的設(shè)計級配Table3 DesignedgradationofAC—20asphaltmixture級配類型通過下列篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%26．519．016．013．29．5設(shè)計級配10094．889．177．459．1通過下列篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%4．752．361．180．60．30．150．07540．325．618．814．79．67．15．4

按設(shè)計級配確定的配合比為1#∶2#∶3#∶4#∶礦粉 ∶銑刨料=27.0∶18.0∶11.0∶13.0∶1.0∶30，油石比為4.5%。

3.1 高溫性能

按照規(guī)范要求，采用車轍試驗對不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料的高溫性能進行測試，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 車轍試驗結(jié)果Figure 2 Results of rutting test

從圖2可以看出:隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸增加，抗車轍性能逐漸提高，現(xiàn)行規(guī)范(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[12]要求70號道路石油瀝青混合料的動穩(wěn)定度不小于1 000次/mm。從圖2中可以看出:再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求。當RAP材料摻量為30%時，瀝青混合料的動穩(wěn)定度增加較為明顯，提高了68.3%，抗車轍性能明顯提高，這是由于RAP材料經(jīng)過長時間的使用之后，已經(jīng)老化變硬，而瀝青中瀝青質(zhì)的存在也可改善瀝青的高溫性能，最終表現(xiàn)為混合料的抗車轍性能提高。

3.2 低溫性能

為研究再生瀝青混合料的低溫性能，試驗采用溫度為-10±0.5 ℃，加載速率為1 mm/min，試件尺寸為長250±2.0 mm，寬30±2.0 mm，高35±2.0 mm的棱柱體小梁，跨徑為200±0.5 mm。低溫性能試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 低溫性能試驗結(jié)果Figure 6 Results of low temperature performance test

從圖3可以看出:隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的破壞應變值逐漸降低，低溫性能逐漸變差，按照(JTG F40 — 2004)規(guī)范[12]，道路石油瀝青混合料在冬冷區(qū)和冬溫區(qū)的破壞應變不宜低于2 000 με。從圖中可以看出，當RAP材料的摻量在30%以上時，瀝青混合料的低溫性能已不能滿足規(guī)范要求。這是由于老化后的RAP材料變硬變脆，在低溫時容易脆裂。從瀝青混合料的低溫性能角度考慮，RAP材料的摻量應小于30%。

3.3 抗水損害性能

研究采用室內(nèi)凍融劈裂試驗對不同RAP材料摻量下再生瀝青混合料的抗水損害性能進行評價，具體試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗水損害性能試驗結(jié)果Figure 4 Results of water stability performance test

從圖4可知:摻加10%的RAP材料后，瀝青混合料的殘留強度比下降幅度明顯，隨著RAP材料摻量的增加，其殘留強度比逐漸降低，抗水損害性能逐漸變差。按照(JTG F40 — 2004)規(guī)范[12]的要求，凍融劈裂試驗的殘留強度比應不小于75%。從圖4中可以看出：RAP材料摻量在40%以內(nèi)時，再生瀝青混合料的殘留強度比能夠滿足現(xiàn)行的規(guī)范要求。

3.4 抗疲勞性能

研究采用4點梁疲勞試驗評價再生瀝青混合料的疲勞性能。疲勞試驗采用應變控制方式進行，試驗條件采用400 με控制應變，頻率為10 Hz，在15 ℃±1 ℃的溫度下進行，以小梁試件勁度模量下降至初始勁度模量的50%為疲勞破壞標準。其作用次數(shù)越大，則疲勞壽命越長，表明小梁試件抵抗疲勞破壞的能力越強，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 疲勞試驗結(jié)果Figure 5 Results of fatigue test

由圖5可知，隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸減小，抗疲勞性能逐漸降低。當RAP材料為0%時，瀝青混合料的疲勞壽命約為摻加30%時的2倍。從瀝青混合料的抗疲勞性能角度考慮，RAP材料的摻量越少越好。

4 結(jié)語

再生瀝青結(jié)合料性能對于再生瀝青混合料性能具有決定性的影響。針對既有關(guān)于回收瀝青再生混合料性能研究忽視對再生瀝青性能研究的不足，按照相關(guān)規(guī)范，對再生瀝青結(jié)合料性能和再生瀝青混合料性能進行了室內(nèi)試驗研究，得出各性能指標隨不同RAP料摻量的變化規(guī)律，與前人研究成果基本吻合。但是，通過研究再生瀝青結(jié)合料性能，使得在確定RAP料最佳摻量時得到了充分論證。綜合再生瀝青及再生瀝青混合料的性能，建議RAP材料的合理摻量為30%左右為宜。若想提高RAP材料的摻量，需要采用一定的改性措施，同時應兼顧經(jīng)濟和環(huán)保效益。

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Effects of RAP Content on Performance of Reclaimed Asphalt and Reclaimed Asphalt Mixture

YANG Cheng

(Dali Bai Nationality Autonomous Prefecture Transport Bureau, Dali,Yunnan 671000, China)

In order to explore the effects of RAP content on performance of reclaimed asphalt and reclaimed asphalt mixture, the reclaimed asphalt was added into asphalt 70#at different ratios (0～50%). Then the ductility tests, penetration tests, softening point tests and viscosity tests were conducted on reclaimed asphalt binders, and road performance of reclaimed asphalt were studied. The results show that: the penetration and ductility of the mixed asphalt binders decrease gradually and that of softening point and viscosity increase gradually with the increase of reclaimed asphalt content. When the reclaimed asphalt content is more than 30%, the penetration and ductility values of reclaimed asphalt binders cannot meet the requirements of specification. With the increase of RAP materials content, the anti rutting performance of reclaimed asphalt mixture increased gradually, while the low-temperature performance, water stability performance and anti fatigue performance becomes poor. When the RAP materials content is less than 30%, the low temperature performance of asphalt mixture and residual strength ratio can meet the requirements of specification. Considering the performance of reclaimed asphalt and reclaimed asphalt mixture, we recommend that a reasonable dosage RAP material is about 30%.

RAP; reclaimed asphalt; the optimum mix amount; road performance

2015 — 06 — 11

交通土建工程材料國家地方聯(lián)合工程實驗室開放基金資助項目(LHSYS-2012-006)

楊 成(1980 — )，男，云南祥云人，工程師，主要從事工程管理與勘察設(shè)計工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0299 — 04