溫拌再生瀝青混合料路用性能分析

周巧英， 杜西西， 高 林

(1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司, 河南 鄭州 450006； 2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

溫拌再生瀝青混合料路用性能分析

周巧英1， 杜西西2， 高 林1

(1.河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司, 河南 鄭州 450006； 2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

為深入研究不同比例舊料摻量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，通過對(duì)舊料瀝青性能進(jìn)行分析，確定再生劑最佳摻量，借助車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，溫拌再生瀝青混合料低溫性能和水穩(wěn)性能高于熱拌再生瀝青混合料；摻加舊料對(duì)溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度在一定程度上有所改善。

瀝青混合料； 溫拌再生; RAP摻配比; 高溫性能; 低溫性能; 水穩(wěn)定性

0 引言

路面再生技術(shù)是一項(xiàng)綠色交通技術(shù)，能夠循環(huán)再生利用廢舊瀝青路面材料。然而由于再生瀝青的二次老化等因素，對(duì)熱拌再生瀝青混合料中舊瀝青混合料的摻配比例有較為嚴(yán)格控制。而溫拌瀝青混合料技術(shù)由于能在相對(duì)較低的溫度下拌和與施工，一般情況下比普通熱拌瀝青混合料可以降低施工溫度20～30 ℃，可使舊料摻配量得到提高，并且使用該技術(shù)鋪筑路面的路用性能不亞于熱拌再生瀝青技術(shù)鋪筑效果。因此，將溫拌技術(shù)與再生技術(shù)相結(jié)合，一方面能夠使舊瀝青混合料的再利用比例得到大幅提升，另一方面能夠使混合料在較低溫度下拌和與壓實(shí)得以實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到舊瀝青混合料的循環(huán)再生和環(huán)保節(jié)能的目的[1-5]。

1 原材料檢測(cè)

舊瀝青性能的評(píng)價(jià)無論是對(duì)舊瀝青混合料摻配比例的確定還是對(duì)再生劑的選擇都非常關(guān)鍵。試驗(yàn)所用瀝青面層舊料來源于鄭州西南繞城高速上面層銑刨料，原路面混合料類型為AC — 13，RAP材料經(jīng)過預(yù)處理分為0～5 mm、5～10 mm兩檔。采用阿布森法確定經(jīng)過預(yù)處理RAP兩檔料中瀝青含量，其中0～5 mm含量較多為4.73%，5～10 mm中舊瀝青含量較小為3.01%。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 — 2011)及《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42 — 2005)[6]中相應(yīng)方法對(duì)原材料進(jìn)行檢測(cè)?；厥諡r青各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示，舊集料粗、細(xì)兩檔級(jí)配如表2所示。

表1 回收瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果類別25℃針入度/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃15℃延度/cm60℃黏度/(Pa·s)回收瀝青43.951.51863570#規(guī)范要求60～8045>100170

由上表可知： 回收瀝青軟化點(diǎn)升高，針入度下降，粘度升高，延度降低，脆點(diǎn)上升。但是針入度檢測(cè)結(jié)果滿足再生規(guī)范中對(duì)再生瀝青最小針入度20 (0.1 mm)的要求，可以進(jìn)行再生利用。

表2 舊礦料篩分結(jié)果孔徑/mm粗檔/%細(xì)檔/%孔徑/mm粗檔/%細(xì)檔/%161001001.1829.550.013.21001000.624.637.39.599.81000.320.027.34.7579.399.60.1515.019.72.3644.477.10.07511.714.6

新瀝青采用SBS I — D改性瀝青，新集料采用與瀝青的粘附性較好的玄武巖，并嚴(yán)格控制含泥量，以免對(duì)混合料的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。經(jīng)過試驗(yàn)檢測(cè)，新材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40 — 2004)相關(guān)要求。

再生劑采用潤(rùn)強(qiáng)RA — 102再生劑，由江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供，其顏色為深黃色液體，摻量為舊瀝青的8%。該再生劑具有很強(qiáng)的極性，加入到瀝青后能有效包裹瀝青質(zhì)并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生更多的瀝青極性化合物，從而使瀝青質(zhì)的凝聚作用減弱。

溫拌劑采用D型溫拌劑，7‰的摻配比。該溫拌劑原材料是造紙副產(chǎn)品，是可再生資源，化學(xué)結(jié)構(gòu)上是一種表面活性劑，其使用已得到工程驗(yàn)證。在溫拌再生瀝青混合料生產(chǎn)時(shí)溫拌劑與熱瀝青同時(shí)投放，拌合過程中同時(shí)完成分散和潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)形成。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 集料級(jí)配

本研究瀝青混合料集料級(jí)配采用AC — 13C型。并通過對(duì)舊料級(jí)配分析得出不同RAP摻量下各檔新舊料配合比如表3所示，其中30%、40%、50%不同RAP摻量下0～5 mm、5～10 mm所占比例分別為15%、15%；15%、25%；20%、30%。

表3 不同RAP摻量新集料配比集料尺寸/mm不同RAP摻量下新集料配比/%0%30%40%50%10～1527191310 5～1026182019 3～5 116104 0～3 32241415礦粉4332

不同舊料摻量再生瀝青混合料級(jí)配圖如圖1所示，由圖可知3種不同舊料摻量下再生瀝青混合料合成級(jí)配基本在級(jí)配中值附近浮動(dòng)，并且0.3～1.18未出現(xiàn)“駝峰”現(xiàn)象，合成級(jí)配滿足規(guī)范要求。

圖1 不同RAP摻量再生瀝青混合料級(jí)配圖

2.2 最佳瀝青用量

試驗(yàn)確定最佳瀝青用量時(shí)采用馬歇爾試驗(yàn)方法。參照廠拌熱再生瀝青混合料的成型方法，確定同一級(jí)配下溫拌再生瀝青混合料的最佳瀝青用量。以5%為中值，按0.5%為間隔，分為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%5個(gè)不同等級(jí)的油石比，在155 ℃溫度下拌合后，利用標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾方法擊實(shí)成型，每個(gè)油石比做4個(gè)馬歇爾試件，試件兩面各擊打75次，對(duì)成型以后的馬歇爾試件冷卻脫模后測(cè)試其各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)。最終確定30%、40%、50%這3種RAP摻量最佳油石比為5.1%、5.2%、5.3%，新瀝青用量分別為3.9%、3.7%、3.4%。

雖然總瀝青用量隨舊料摻量增加而增加，但新瀝青的用量卻逐漸減少，舊料摻量為40%時(shí)，總的瀝青用量為5.2%而新瀝青用量為僅為3.7%，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了路面回收廢料的再利用。不僅節(jié)約了大量的石料，也減少了新瀝青的用量，從而達(dá)到節(jié)約養(yǎng)護(hù)改造成本的目的。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，即高溫時(shí)瀝青路面在荷載作用下抵抗變形的能力，是評(píng)價(jià)路面使用性能的重要指標(biāo)之一。瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的好壞首要決定因素是礦料骨架，尤其是粗集料之間的相互嵌擠作用，同時(shí)能起到阻礙混合料發(fā)生剪切變形的作用。在通常情況下，礦料級(jí)配占抗變形能力的60%，瀝青結(jié)合料則供應(yīng)另外40%的抗變形能力。

本文混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)對(duì)舊料摻量分別為0%、30%、40%、50%的溫拌再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)熱拌瀝青混合料與溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖2所示。

由以上圖表可以得出，溫拌瀝青混合料的高溫性能與熱拌瀝青混合料不相上下。溫拌瀝青混合料

表4 車轍試驗(yàn)結(jié)果拌合類型舊料摻量/%DS/(次·mm-1)熱拌0632506859溫拌307258407864508128

圖2 有無摻加舊料時(shí)的熱拌與溫拌動(dòng)穩(wěn)定度

中摻加 RAP有利于提高混合料高溫穩(wěn)定性能，并且高溫性能與 RAP摻量呈正相關(guān)關(guān)系。

3.2 低溫抗裂性

瀝青路面的抗裂性能很大部分取決于瀝青材料的低溫性質(zhì)，溫拌再生瀝青混合料的拌和溫度低于熱拌，瀝青的短期老化程度低，從理論上來分析，瀝青混合料的低溫抗裂性能可能有所提高。

采用彎曲試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率下彎曲破壞的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表5所示。

表5 -10℃彎曲試驗(yàn)結(jié)果拌合類型舊料摻量/%最大應(yīng)變抗彎強(qiáng)度/MPa勁度模量/MPa劈裂應(yīng)變能/(kJ·m-3)熱拌02231με7.893.548.8002043με8.864.349.05溫拌301982με9.844.969.75401999με10.245.1210.23501654με10.896.589.01

通常采用最大破壞應(yīng)變及抗彎強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考量對(duì)瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由表5可知最大應(yīng)變和抗彎強(qiáng)度隨舊料摻量的增加變化趨勢(shì)并不一致，因此，本文引入劈裂應(yīng)變能對(duì)溫拌再生瀝青混合料的低溫性能進(jìn)行更為合理的評(píng)價(jià)，無摻加舊料情況下熱拌與溫拌及溫拌狀態(tài)不同舊料摻加比例對(duì)應(yīng)劈裂應(yīng)變能對(duì)比分別如圖3所示。

圖3 有無摻加舊料時(shí)的熱拌與溫拌劈裂應(yīng)變能

由圖可知： 隨舊料摻量的不斷增加，溫拌再生瀝青混合料的最大應(yīng)變不斷減小、抗彎拉強(qiáng)度不斷增大，說明隨舊料摻量的增加引起混合料低溫抗變形能力下降。當(dāng)舊料摻量為40%時(shí)，溫拌再生瀝青混合料的劈裂應(yīng)變能最大，滿足規(guī)范對(duì)最大應(yīng)變值的要求。

3.3 水穩(wěn)定性能

瀝青路面的水穩(wěn)定性即路面抵抗降雨或潮濕環(huán)境由于水的侵蝕作用使瀝青與礦料間的粘聚力降低引起的瀝青膜剝落、路面松散等破壞的能力。本文通過凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)摻加不同比例RAP的再生瀝青混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè)，并與相同條件下熱拌瀝青混合料性能進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 凍融劈裂比%拌合類型舊料摻量TSR規(guī)范值熱拌091.8090.4≥80溫拌3087.84085.75081.4

由圖4、表6可以得出： 溫拌再生TSR大于熱拌瀝青混合料，不同舊料摻量的熱再生瀝青混合料與溫拌再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均超出規(guī)范規(guī)定的上限值。溫拌瀝青混合料加入一定比例舊料后使殘留穩(wěn)定度有了明顯的提升，并且溫拌再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著RAP摻量的增加出現(xiàn)先增加后減小現(xiàn)象。主要是因?yàn)闇匕鑴┑奶砑痈淖優(yōu)r

青中的極性分量和色散分量，增強(qiáng)了集料瀝青的粘附性能。隨RAP摻量的增加，有效瀝青相對(duì)減少，造成粘附性能下降、水穩(wěn)定性能降低。

4 結(jié)論

1) 溫拌瀝青混合料中摻加 RAP 有利于提高混合料高溫穩(wěn)定性能，并且高溫性能與 RAP 摻量呈正相關(guān)關(guān)系。

2) 隨著舊料摻量增加，混合料中起作用的瀝青含量在一定程度上有所減少，從而引起瀝青混合

料勁度模量增大，最大應(yīng)變減小。當(dāng)舊料摻量為40%時(shí)，溫拌再生瀝青混合料的劈裂應(yīng)變能最大，滿足規(guī)范對(duì)最大應(yīng)變值的要求。

3) 不同舊料摻配率下溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂比均低于熱拌瀝青混合料，但不同舊料摻配率下溫拌混合料的凍融劈裂比均滿足規(guī)范要求，說明添加溫拌劑在滿足水穩(wěn)定性指標(biāo)的情況下使再生瀝青混合料的拌合和壓實(shí)溫度得到降低。

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2016-07-28

河南交通科技項(xiàng)目( 編號(hào): 2013J46)

周巧英( 1982-) ，女，研究生，工程師，主要從事路面材料及路面檢測(cè)。

1008-844X(2017)01-0073-03

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