高RAP摻量下舊瀝青遷移率與拌和工藝的關(guān)系研究★

任永凱 何建彬 丑志靜 許 鷹

(1.北京建筑大學(xué)土木交通工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044； 3.首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044)

·建筑材料及應(yīng)用·

高RAP摻量下舊瀝青遷移率與拌和工藝的關(guān)系研究★

任永凱1,3何建彬1,3丑志靜1,3許 鷹1,2

(1.北京建筑大學(xué)土木交通工程學(xué)院，北京 100044；
2.北京市城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044； 3.首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044)

為研究高RAP摻量下拌合工藝對舊瀝青遷移率的影響，本文選擇AC-10瀝青混合料，RAP摻配比例為50%，拌合因素考慮了再生劑的不同拌合方式、RAP預(yù)熱溫度(110 ℃，130 ℃)和RAP預(yù)熱時間(1.5 h，3 h)三種。采用基于空隙率為控制指標(biāo)的遷移率測試方法，結(jié)果表明：RAP摻配率為50%時的AC-10瀝青混合料，拌合工藝對舊瀝青的遷移率影響不大，均為85%左右，故不符合現(xiàn)行規(guī)范中舊瀝青完全遷移的混溶假定。

遷移率,熱再生瀝青混合料,拌合工藝

高RAP(廢舊瀝青混合料)摻配率(≥50%)熱拌再生瀝青混合料的應(yīng)用對于提高RAP的循環(huán)利用效率，節(jié)約有限的瀝青、集料資源有著重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。在熱拌再生瀝青混合料中，DOB(新舊瀝青混融程度)顯著的影響著混合料的各項(xiàng)路用性能和力學(xué)參數(shù)。

大量研究表明，高RAP摻配率的瀝青混合料中舊瀝青與再生劑或新瀝青之間并不能達(dá)到完全混溶，而RAP的摻配率和拌合工藝對DOB會產(chǎn)生一定的影響，2001年，Stephens等[1]發(fā)現(xiàn)RAP預(yù)熱時間越長，DOB會有所增加，混溶過程越充分。2011年，東南大學(xué)楊毅文，馬濤[2]，黃曉明等通過理論分析認(rèn)為拌合工藝對DOB有一定影響，但未進(jìn)行試驗(yàn)證明。

綜上所述，很多學(xué)者對DOB與再生混合料力學(xué)參數(shù)——動、靜態(tài)模量進(jìn)行過大量研究，但對拌合工藝如何影響DOB研究甚少。本文擬從研究拌合工藝對DOB的影響出發(fā)，探究拌合工藝與DOB之間的關(guān)系，探究優(yōu)化拌合工藝對提高混合料力學(xué)特性的影響，為指導(dǎo)熱再生瀝青混合料設(shè)計和路面力學(xué)設(shè)計提供重要依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法與材料

1.1DOB的測試方法

DOB的測試方法大致可分為標(biāo)記結(jié)合料法、可識別差異法、分步抽提法和性能間接測試法4種[3]，但均無法實(shí)現(xiàn)在不破壞瀝青質(zhì)量的前提下準(zhǔn)確方便的測出DOB。本文采用50%RAP摻量制備AC-10熱再生瀝青混合料，采用Superpave混合料設(shè)計方法，用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的成型方法成型直徑100 mm，厚100 mm的試件。以4%孔隙率為控制指標(biāo)來測量DOB。引用Coffey等[4]測試DOB的方法，將混合料制備成完全混溶和實(shí)際混溶兩種狀態(tài)。DOB使用以下方法進(jìn)行試驗(yàn)測定：

第一步：確定完全混溶狀態(tài)下含50%RAP熱再生瀝青混合料4%空隙率對應(yīng)的最佳瀝青用量(見表1)。

抽提法分離2 000 g RAP中的舊集料和舊瀝青，摻加總重2 000 g新瀝青和新集料，調(diào)整兩者比例，按照Superpave混合料設(shè)計方法，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為100次的條件下，確定達(dá)到4%孔隙率所需要的總瀝青含量。

如表1中step1所示，2 000 g RAP中舊集料和舊瀝青分別為1 910 g和90 g，4%空隙率所需要摻加的新瀝青為94 g，新集料為1 906 g，則4%孔隙率所需要的總瀝青含量為舊瀝青和新瀝青的質(zhì)量總和：90 g+94 g=184 g。此時因?yàn)橥耆蛛x，90 g的舊瀝青完全成為自由瀝青，DOB=100%。

第二步：確定實(shí)際混溶狀態(tài)下熱再生瀝青混合料4%空隙率對應(yīng)的瀝青用量。取未分離的RAP 2 000 g，摻加總重2 000 g新瀝青和新集料，調(diào)整兩者比例，按照Superpave混合料設(shè)計方法，在旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為100次的條件下，確定達(dá)到4%孔隙率所需要的總瀝青含量。

如表1中step2所示，對于2 000 g RAP，試驗(yàn)得到4%孔隙率所需要摻加的新瀝青為104 g，新集料為1 896 g。

第三步：計算DOB。

根據(jù)step1，4%孔隙率所需要的總自由瀝青為184 g，RAP中成為自由瀝青的舊瀝青質(zhì)量為：184 g-104 g=80 g，說明此時RAP中90 g的舊瀝青只有80 g成為自由瀝青，DOB即為80 g/90 g=88.9%。

表1 DOB測試

1.2材料檢測

1.2.1RAP

RAP采用實(shí)際路面上刨銑的中、上面層的舊料。根據(jù)JTGE 20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程的要求，采用阿布森法對RAP中舊瀝青進(jìn)行回收，對舊瀝青進(jìn)行135 ℃布洛克菲爾德粘度與25 ℃的針入度實(shí)驗(yàn)等，確定舊瀝青的老化程度；并使用燃燒爐法確定RAP中瀝青含量和集料級配，結(jié)果如表2所示。

表2 RAP試驗(yàn)檢測結(jié)果

1.2.2再生劑

再生劑采用RA-25型再生劑，新瀝青采用AH-70。選擇不同的再生劑摻量與舊瀝青充分混溶，對再生瀝青進(jìn)行135 ℃布洛克菲爾德粘度與25 ℃的針入度實(shí)驗(yàn)，并與70號新瀝青性能比較，符合相應(yīng)瀝青結(jié)合料性能標(biāo)準(zhǔn)的即為再生劑的設(shè)計摻量。

表3 再生瀝青粘度與針入度變化

通過表3看出，再生劑摻量18%時25 ℃針入度和135 ℃粘度均滿足70號瀝青的要求，故再生劑的摻量選擇18%是可取的。

1.2.3再生礦料級配

新集料采用堿性石料石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r粉末，根據(jù)Superpave瀝青混合料體積設(shè)計方法對集料的公稱最大尺寸、級配控制點(diǎn)及級配禁區(qū)等級配的規(guī)定，在級配選擇時采取避免通過Superpave限制禁區(qū)[5]。

再生礦料通過各篩孔的通過率見表4。

表4 再生礦料級配組成

1.3拌和工藝

影響熱再生瀝青混合料力學(xué)性能的參數(shù)有很多，比如RAP的加熱時間和溫度、再生劑的摻配方式等。本研究選擇對混合料性能影響較大的三種拌和因素進(jìn)行試驗(yàn)：再生劑先與RAP拌合和再生劑先與新瀝青拌合、RAP加熱溫度(110 ℃,130 ℃)、RAP加熱時間(1.3 h,3 h)。兩兩組合成8種不同的拌和方式。

2 DOB測試結(jié)果分析

8種DOB測試結(jié)果見表5。

表5 8種拌合方式測得的DOB %

以控制變量的方式對這8種拌合方式進(jìn)行兩兩對比，可以得出以下4個結(jié)論：

1)再生劑的摻拌方式和RAP的加熱溫度相同時，隨著RAP加熱時間的增加，DOB降低。隨著加熱時間的延長，瀝青混合料與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，RAP中的舊瀝青發(fā)生了二次老化。

2)再生劑的摻拌方式和RAP的加熱時間相同時，隨著RAP加熱溫度的增加，DOB降低。DOB降低說明，RAP中舊瀝青也發(fā)生了二次老化。

3)RAP的加熱時間和加熱溫度相同時，再生劑先與RAP拌合的DOB比再生劑與先于新瀝青拌和的要高。再生劑先與舊料拌合，能使再生劑充分裹附在舊料表面，能盡可能的與裹附在舊集料表面的舊瀝青發(fā)生混溶。而再生劑先與新瀝青拌和再與舊料混合，會導(dǎo)致新瀝青與再生劑同時裹附在舊料表面，影響再生劑與舊瀝青的混溶。

4)50%RAP摻量下熱再生瀝青混合料中舊瀝青達(dá)不到完全遷移。8種拌合方式下的DOB都在85%附近變化，說明不同的拌和工藝對DOB影響不顯著。并且DOB沒有達(dá)到100%完全遷移的狀態(tài)，可見現(xiàn)行的再生混合料的設(shè)計規(guī)范不適用于高RAP摻量的情況。

3 結(jié)語

1)使用現(xiàn)有的熱再生瀝青混合料設(shè)計規(guī)范推薦的拌合方法和本研究引用的DOB測試方法可得：對于50%RAP摻量的熱再生瀝青混合料，其舊瀝青不能發(fā)生完全遷移。故對于高RAP摻量的熱再生瀝青混合料，不能完全按照現(xiàn)行規(guī)范中舊瀝青完全遷移的假定。

2)不同的拌合方式所得出的DOB不同，但是遷移率均在85%附近，說明拌合工藝對DOB影響不顯著。以控制變量的原則進(jìn)行對比可得：隨著RAP加熱時間和加熱溫度的增加，DOB會不同程度的降低。說明對RAP長時間的加熱和過長的加熱時間造成了瀝青進(jìn)一步老化，瀝青的膠結(jié)性和流動性降低，表現(xiàn)在DOB降低。根據(jù)拌和方式的比較，可認(rèn)為使用規(guī)范推薦的熱再生瀝青混合料的拌和方式是可行的。

3)對于拌和方式，筆者建議后者可以選用不同的拌和因素進(jìn)行DOB測試試驗(yàn)，看兩者是否會有明顯影響；泊松比試驗(yàn)中應(yīng)特別注意混合料離散性較大的問題。

[1] Stephens J E, Mahoney J, Dippold C. DETERMINATION OF THE PG BINDER GRADE TO USE IN A RAP MIX[J].Hot Mix Asphalt,2001(3)：19-20.

[2] 楊毅文,馬 濤,卞國劍,等.老化瀝青熱再生有效再生率檢測方法[J].建筑材料學(xué)報,2011,14(3):418-422.

[3] 許 鷹.熱再生瀝青混合料再生劑與舊瀝青混溶狀態(tài)測試方法—文獻(xiàn)綜述[J].公路工程,2016(1):1-5.

[4] Coffey S, Dubois E, Mehta Y A, et al. Determining Impact of Degree of Blending Between Virgin and Reclaimed Asphalt Binder on Predicted Pavement Performance Using Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide[C].Transportation Research Board 92nd Annual Meeting，2013.

[5] Shirodkar P, Mehta Y, Nolan A, et al. A study to determine the degree of partial blending of reclaimed asphalt pavement(RAP) binder for high RAP hot mix asphalt[J].Construction & Building Materials,2011,25(1):150-155.

Effectofmixingprocessonblendingdegreeofagedbinderandpoisson’sratioofhighRAPasphaltmixtures★

RenYongkai1,3HeJianbin1,3ChouZhijing1,3XuYing1,2

(1.SchoolofCivilandTransportationEngineering,BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China; 2.BeijingUrbanTransportationInfrastructureEngineeringTechnologyResearchCenter,Beijing100044,China; 3.BeijingCollaborativeInnovationCenterforMetropolitanTransportation,Beijing100044,China)

In order to investigate the effect of mixing process on the blending degree of aged binder within high RAP blending ratio asphalt mixtures, a 50% RAP Hot Mix Asphalt(HMA) mixture with the gradation of AC-10 are analyzed. Different mixing methods of regenerative agents, RAP’s preheating temperature(110 ℃, 130 ℃) and it’s preheating time (1.5 h, 3 h) are considered as different mixing process. An air voids based method is used to measure the degree of blending (DOB) of aged binder. The results show that the mixing process has little effect on the DOB of aged binder when the blending ratio of RAP is 50%, the DOB of the aged binder is about 85%, which is not consistent with the assumption of fully DOB in current china specification.

degree of blending, hot recycled asphalt mixture, mixing process

1009-6825(2017)32-0092-03

2017-09-08

★:研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(PG2017003)，高摻配率RAP-WMA中溫拌劑對混合瀝青-舊瀝青-集料三相界面粘附作用影響機(jī)理

任永凱(1994- )，男，在讀碩士

TU535

A