溫拌改性再生劑對AC-13廢舊普通瀝青混合料的性能影響評價

徐世法 ，郭虹良 ，何志敏 ，黃玉穎 ，李思童

（1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100044；2.北京首發(fā)公路養(yǎng)護工程有限公司，北京 102610）

目前，我國已經(jīng)有很多早期建設(shè)的瀝青路面服務(wù)期達到設(shè)計壽命，每年維修與改擴建都會產(chǎn)生大量的廢舊普通瀝青混合料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）。這些廢料基于技術(shù)原因再生利用效率并不高，摻加比例一般為20%，極個別工程中有利用30%RAP的案例[1-2]。這是因為RAP摻量提高后，再生瀝青混合料低溫抗裂性和抗水損壞性能快速降低，往往不能滿足使用的最低要求，更不能滿足改性瀝青混合料的要求。而熱再生時的高溫對瀝青和再生劑造成的老化，也影響了再生效果[3]。因此，目前迫切需要針對廢舊普通瀝青混合料的特點，研發(fā)出一種提高其RAP摻量，降低其拌合溫度，改善其路用性能的高效再生技術(shù)[4]。

國內(nèi)外針對廢舊普通瀝青混合料進行溫拌、改性、再生的復(fù)合再生技術(shù)研究較少[5]。本文利用自主研發(fā)具有溫拌、改性、再生三方面功能溫拌改性再生劑，對廢舊普通瀝青混合料進行高效再生，評價其在不同RAP摻量下的路用性能[6-7]。

1 原材料性能評價與分析

1.1 瀝青

選用普通70#瀝青和I-C SBS改性瀝青2種瀝青開展相關(guān)研究。根據(jù)JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》與JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對瀝青性能進行測試，結(jié)果見表1、表2。

表1 70#瀝青的性能指標

表2 SBS改性瀝青的性能指標

1.2 礦料

采用的礦料為石灰?guī)r粗集料1#料10～15 mm、2#料5～10 mm、3#料 3～5 mm，石灰?guī)r細集料 4#料 0～3 mm 和礦粉，對其進行水洗篩分，結(jié)果見表3。

表3 礦料的水洗篩分試驗結(jié)果

1.3 廢舊普通瀝青混合料及廢舊回收瀝青

本研究中使用的廢舊普通瀝青混合料RAP取自北京某城市主干路，使用年限為9年，分為粗細2檔，分別為0～12 mm和12～24 mm，篩分結(jié)果如表4所示。

表4 0～12 mm及12～24 mmRAP的篩分結(jié)果

粗細兩檔RAP中瀝青含量分別為5.4%和3.1%，抽提后的廢舊回收瀝青25℃針入度為23.0 mm，軟化點為66.5℃，15℃延度為6.2 cm，135℃黏度為1.761 mPa·s。

1.4 級配設(shè)計

根據(jù)水洗篩分的結(jié)果，確定各檔料不同尺寸篩孔通過率，根據(jù)JTG F40—2004中瀝青混合料AC-13級配要求，采用骨架密實型級配設(shè)計理念設(shè)計合成級配。分檔礦料摻加比例見表5，合成級配見表6。

表5 分檔礦料摻加比例%

1.5 溫拌改性再生劑

采用課題組自主研發(fā)的溫拌改性再生劑WMR-001，可以恢復(fù)并提高廢舊普通瀝青的性能[8]，使其達到I-C SBS改性瀝青水平，溫拌改性再生劑摻量根據(jù)瀝青的老化程度不同按照廢舊瀝青混合料的質(zhì)量進行摻加[9-10]，見表7。

表7 溫拌改性再生劑的最佳摻量

2 AC-13廢舊普通瀝青混合料溫拌改性再生效果評價

2.1 溫拌改性再生瀝青混合料的拌合工藝

拌合工藝分為3個步驟，即：加入新料、RAP，拌合30 s；加入新瀝青、溫拌改性再生劑，拌合60 s；加入礦粉拌合90 s。

根據(jù)粘溫曲線及JTG F40—2004確定瀝青混合料室內(nèi)拌和壓實成型溫度，如表8所示。

表8 溫拌改性再生瀝青混合料的壓實成型溫度

2.2 溫拌改性再生瀝青混合料的配合比設(shè)計

對3種不同RAP摻量（30%、45%、60%）的溫拌改性再生瀝青混合料（分別簡稱WMR-30、WMR-45和WMR-60）和用于對比的SBS熱拌瀝青混合料進行配合比設(shè)計，其中溫拌改性再生劑摻量分別占廢舊瀝青混合料質(zhì)量的15%、16%、17%。

根據(jù)RAP不同摻量和各檔的瀝青含量，計算出RAP中瀝青含量，通過配合比設(shè)計得到總瀝青含量，用總瀝青含量減去RAP中舊瀝青含量，可以推算新瀝青用量。配合比設(shè)計各項指標如表9所示。

表9 不同RAP摻量溫拌改性再生瀝青混合料配合比設(shè)計

隨著RAP摻量的增加，總瀝青含量略有上升，而新瀝青含量逐漸下降。

2.3 溫拌改性再生瀝青混合料的性能指標（見表10）

表10 溫拌改性再生瀝青混合料的性能指標

2.3.1 溫拌改性再生瀝青混合料高溫性能對比

由表10可見，隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度增大，高溫性能變好；3種不同RAP摻量的溫拌改性再生瀝青混合料動穩(wěn)定度均遠遠高于JTG F40—2004要求的2800次/mm，也高于熱拌SBS瀝青混合料，WMR-30、WMR-45和WMR-60瀝青混合料的動穩(wěn)定度較熱拌SBS瀝青混合料分別提高了24.4%、42.9%、137.7%。

2.3.2 溫拌改性再生瀝青混合料低溫性能對比

由表10可見，隨著RAP摻量增加，溫拌改性再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變逐漸減小，低溫性能變差；3種不同RAP摻量的溫拌改性再生瀝青混合料的最大抗拉應(yīng)變均低于熱拌SBS瀝青混合料；WMR-30和WMR-45瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變較JTG F40—2004標準要求的分別提高了17.6%、6.2%，WMR-60瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變較JTG F40—2004標準要求的降低了20.5%，已不符合JTG F40—2004的要求。

制約普通再生瀝青混合料RAP摻量無法提高的因素之一是其低溫性能較差，本文所使用的溫拌改性再生劑中有SBS組分和XR油分，二者對瀝青及混合料的低溫性能均有較大的提高作用，尤其是XR油分，使新舊瀝青的柔韌性有大幅提高，所以RAP摻量為45%的溫拌改性再生瀝青混合料低溫性能也能達到JTG F40—2004的要求。

2.3.3 溫拌改性再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能對比

由表10可見，隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生瀝青混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比逐漸減小，水穩(wěn)定性變差，且隨著RAP摻量的增加，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比下降趨勢增大；3種不同RAP摻量的溫拌改性再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均低于熱拌SBS瀝青混合料；WMR-30和WMR-45瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度較JTG F40—2004標準要求的分別提高了5.8%、0.9%，WMR-60瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度較JTG F40—2004標準要求的降低了5.2%，已不符合JTG F40—2004的要求。

2.3.4 溫拌改性再生瀝青混合料疲勞性能對比

采用應(yīng)變控制的四點小梁彎曲試驗測試了溫拌改性再生瀝青混合料在不同應(yīng)變水平下的疲勞壽命Nf，結(jié)果如表11和圖1所示。

表11 溫拌改性再生瀝青混合料的疲勞性能對比

圖1 雙對數(shù)坐標下的疲勞曲線

由表11和圖1可知；

（1）RAP摻量為30%、45%、60%的溫拌改性再生瀝青混合料和熱拌SBS瀝青混合料，在雙對數(shù)坐標軸下，隨著RAP摻量的提高，相關(guān)系數(shù)不斷增大。

（2）在相同的應(yīng)變水平下，RAP摻量為30%的溫拌改性再生瀝青混合料與熱拌SBS瀝青混合料的疲勞性能相差不大，但隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生瀝青混合料疲勞性能衰減。在3種應(yīng)變水平下均出現(xiàn)這種特性。

（3）當瀝青混合料類型不變時，隨著應(yīng)變水平提高，瀝青混合料的循環(huán)次數(shù)迅速減少，疲勞性能迅速衰減。且應(yīng)變水平越高，混合料疲勞性能衰減越快。4種瀝青混合料都保持了這種趨勢。

3 結(jié)語

（1）使用所研發(fā)的溫拌改性再生劑WMR-001后，溫拌改性再生瀝青混合料各項路用性能均有明顯提升，舊料RAP摻量明顯提高。

（2）隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生混合料的高溫性能顯著提升，并高于熱拌SBS瀝青混合料。

（3）隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生瀝青混合料的低溫性能和水穩(wěn)定性能逐漸下降，當RAP摻量提高到60%時，溫拌改性再生混合料的低溫性能和水穩(wěn)定性能已經(jīng)不符合JTG F40—2004的要求。

（4）隨著RAP摻量的增加，溫拌改性再生瀝青混合料的疲勞性能逐漸下降，RAP摻量為30%時，溫拌改性再生混合料疲勞性能與熱拌SBS瀝青混合料相差不大，但RAP摻量大于45%時，溫拌改性再生混合料水穩(wěn)定性能開始迅速下降，當RAP摻量從45%提高到60%后，溫拌改性再生瀝青混合料疲勞性能大幅度衰減。