高RAP摻量玄武巖纖維再生瀝青混合料配合比設(shè)計

【摘?要】將玄武巖纖維應(yīng)用到高RAP摻量再生瀝青混合料中，應(yīng)用馬歇爾設(shè)計方法對高RAP摻量玄武巖纖維再生瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計，確定了高RAP摻量（45%）下再生瀝青混合料的最佳油石比及玄武巖纖維最佳摻量。試驗結(jié)果表明，由于RAP料瀝青老化，若僅使用90號新瀝青將其再生，RAP最大摻量不應(yīng)超過30%;由于RAP粗集料粒徑產(chǎn)生變化（粒徑細(xì)化，粗集料在使用和再生過程中有破碎現(xiàn)象），在配合比設(shè)計時應(yīng)予以考慮。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;再生瀝青混合料;配合比設(shè)計;最佳油石比;最佳纖維摻量

【Abstract】The basalt fiber is applied to the high RAP content of reclaimed asphalt mixture. Mix design of high RAP doped basalt fiber regenerated asphalt mixture with Marshall design method. The optimum oil stone ratio and the optimum content of basalt fiber in the regenerated asphalt mixture with high RAP content （45%） are determined.

【Key words】Reclaimed asphalt mixture;Mix proportion design;OAC;Optimum fiber content

我國公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)近年來得到了迅速發(fā)展，隨著公路里程的大規(guī)模增加，我國公路行業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的“重建輕養(yǎng)”向“建養(yǎng)并重”發(fā)展[1]。路面再生技術(shù)可以實現(xiàn)路面廢舊瀝青混合料（以下簡稱RAP）的資源化利用，不僅可以減少固體廢棄物污染，還可以節(jié)約大量的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，近年來被廣泛應(yīng)用于公路養(yǎng)護(hù)工程中。

近年來，玄武巖纖維越來越多地被應(yīng)用于瀝青混合料中來改善其路用性能[2～3]，但在再生瀝青混合料中的應(yīng)用還較少。由于玄武巖纖維再生瀝青混合料中同時摻加了一定比例的RAP和玄武巖纖維，所以配合比設(shè)計時最佳瀝青用量的確定需要不僅要考慮RAP中舊瀝青的存在，同時纖維的摻量對最佳瀝青用量也有較大影響[4～5]。本文以新疆烏塞高速公路原路面銑刨后的廢舊瀝青混合料作為回收料，應(yīng)用馬歇爾設(shè)計方法對高RAP摻量（45%）的玄武巖纖維再生瀝青混合料配合比進(jìn)行了設(shè)計，確定了最佳瀝青用量和最佳纖維摻量。

1. 原材料性能檢測

1.1?PAP中舊瀝青性能檢測。

對銑刨后的舊料進(jìn)行抽提試驗檢，試驗結(jié)果表明廢舊瀝青混合料中瀝青含量為3.8%，同時對抽提試驗所得的舊瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)、60°動力粘度測試，試驗結(jié)果如表1所示。通過查閱設(shè)計及施工資料可知原路面所用瀝青為90號基質(zhì)瀝青，從表1的試驗數(shù)據(jù)可以看出，RAP中舊瀝青的針入度和延度兩個指標(biāo)與《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的要求相差較大，已無法滿足使用要求，必須對其進(jìn)行再生處理。

1.2?PAP中舊料級配檢測。

對抽提試驗后得到的舊料進(jìn)行篩分試驗來確定舊料級配，其級配曲線，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，礦料中細(xì)料含量明顯增多，16mm、13.2mm兩檔的集料較少，9.5mm、4.75mm兩檔的集料增多，0.075mm篩孔的通過率為5%，仍在范圍之內(nèi)。由試驗結(jié)果可以看出，原瀝青路面在行車荷載多年作用下以及銑刨機(jī)的強(qiáng)制作用下粗集料發(fā)生了破碎，且大多破碎成9.5mm、4.75mm檔的集料。細(xì)集料大多都在范圍之內(nèi)，破碎量不大。

2. 再生劑的選用及摻量的確定

（1）目前對RAP中老化瀝青的再生方法主要有加入新瀝青進(jìn)行再生和使用再生劑進(jìn)行再生兩種方式。加入新瀝青進(jìn)行再生的方式適用于RAP摻量較低或其中的舊瀝青老化程度較輕時，且加入的新瀝青為比原瀝青標(biāo)號較高或同一標(biāo)號的瀝青;加入再生劑進(jìn)行再生的方法適用于RAP摻量較高或其中的舊瀝青老化較為嚴(yán)重時[6]。在進(jìn)行舊瀝青再生前，首先應(yīng)通過試驗確定新瀝青對RAP中老化瀝青的再生能力，進(jìn)而確定是否需要添加再生劑以及再生劑的使用量。

本論文所選用的瀝青為新疆克拉瑪依生產(chǎn)的90號基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

（2）為了確定新瀝青對RAP中老化瀝青的再生能力，將經(jīng)過抽提得到的RAP中的老化瀝青按不同比例與新瀝青混合進(jìn)行試驗，試驗項目包括針入度、延度、軟化點(diǎn)及60℃動力粘度，試驗結(jié)果如表3所示。

（3）從試驗結(jié)果可見，隨著舊瀝青摻量的增加，混合后瀝青的針入度、延度值逐漸減小，軟化點(diǎn)、動力粘度值逐漸增大。每種參配比例下，混合瀝青的軟化點(diǎn)、動力粘度指標(biāo)均滿足90號基質(zhì)瀝青的規(guī)范要求。當(dāng)舊瀝青摻量高于30%以后，混合后瀝青的針入度、延度指標(biāo)已不能滿足90號基質(zhì)瀝青的標(biāo)準(zhǔn)。綜合分析可知，若不摻加再生劑，從混合瀝青性能出發(fā)，舊瀝青用量不得大于30%。通過抽提試驗可知本文研究的RAP的油石比為3.8%，而本文研究對象高高RAP摻量（）的瀝青混合料，結(jié)合上述研究結(jié)果可知，僅僅依靠90號基質(zhì)瀝青對老化瀝青再生是不現(xiàn)實的，必須加入再生劑進(jìn)行再生。

（4）從表3的試驗結(jié)果可以看出，RAP中的老化瀝青經(jīng)過混合再生后其針入度和延度隨著新瀝青摻量的減小而逐漸減小，軟化點(diǎn)和動力粘度隨著新瀝青摻量的減小而逐漸增大。軟化點(diǎn)和動力粘度兩個指標(biāo)在表3所列的任一新舊瀝青摻配比例下均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中對90號基質(zhì)瀝青的技術(shù)要求，但是舊瀝青摻量大于30%后，經(jīng)過新瀝青再生后的混合瀝青的針入度和延度不能滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本文主要目的是研究高RAP摻量下（≥40%）的玄武巖纖維瀝青混合料配合比設(shè)計方法，所以根據(jù)以上的試驗結(jié)果可知，采用新瀝青對RAP中的老化瀝青進(jìn)行再生的方法不適用于本論文的研究，應(yīng)采用再生劑對RAP中的老化瀝青進(jìn)行再生。

（5）使用添加再生劑的方法對RAP中的老化瀝青進(jìn)行再生時，再生劑用量的確定需要綜合考慮再生后的瀝青的軟化點(diǎn)、延度、針入度、粘度等指標(biāo)，其中延度這一指標(biāo)常常被用來表征舊瀝青的老化程度及進(jìn)行再生后瀝青性能的恢復(fù)程度。本論文選用了RA-101再生劑進(jìn)行研究，主要針對老化瀝青中摻加不同比例的再生劑后的瀝青軟化點(diǎn)、延度、針入度、粘度等指標(biāo)進(jìn)行試驗分析，試驗結(jié)果見表4。

（6）對表4中的試驗結(jié)果進(jìn)行分析可得，調(diào)和后的瀝青針入度、延度、動力粘度值隨著再生劑摻量的增大而增大，軟化點(diǎn)值隨著再生劑摻量的增大而減小。對RA-101再生劑摻量在6%～9%之間的各指標(biāo)的試驗值進(jìn)行線形插值可得，RA-101再生劑摻量在6.5%-8.5%范圍內(nèi)時，再生瀝青的各項試驗指標(biāo)滿足表1中90號瀝青的規(guī)范要求。所以本文暫定RA-101再生劑摻量為7%。

3. 玄武巖纖維再生瀝青混合料組成設(shè)計

3.1?級配組成設(shè)計。

（1）本論文采用馬歇爾設(shè)計方法對玄武巖纖維再生瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計。由于本論文主要是為了研究高RAP摻量下玄武巖纖維再生瀝青混合料配合比設(shè)計方法，所以首先確定RAP的摻配比例為50%。配合比設(shè)計流程按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）進(jìn)行。

（2）本論文所研究的再生瀝青混合料用于下面層，因此選用級配為AC-25C。RAP的摻配比例為50%。新集料分為5檔：0～5mm石屑，5～10mm碎石，10～18mm碎石，18～23mm碎石，23～30mm碎石。填料為礦粉和水泥（增加瀝青與集料間的粘附性）。RAP摻量為50%時的級配（以下簡稱RAP50）如表5所示。

3.2?最佳纖維摻量及最佳瀝青用量的確定

（1）本文試驗所用的玄武巖纖維外觀，其技術(shù)性能如表6所示。

（2）確定RAP50再生瀝青混合料AC-25C級配組成后，根據(jù)經(jīng)驗預(yù)估不同玄武巖纖維摻量下再生瀝青混合料的最佳油石比，并按0.5%的間隔進(jìn)行不同油石比下的馬歇爾試驗，試驗結(jié)果如表7所示。

（3）根據(jù)馬歇爾設(shè)計方法中最佳油石比的計算方法對表7中不同玄武巖纖維摻量下的最佳油石比進(jìn)行計算分析，計算結(jié)果如表8所示。

（4）從表8可以看出，最佳油石比OAC隨著纖維摻量的增加而增大，但是在纖維摻量為0.4%時最佳油石比達(dá)到最大，繼續(xù)增加纖維摻量最佳油石比將減小。表明再生瀝青混合料中纖維摻量的增加使得纖維的比表面積增大，從而可以吸附更多的自由瀝青，最終體現(xiàn)為再生瀝青混合料的最佳油石比OAC增大。但是纖維摻量繼續(xù)增加后，過多的纖維在瀝青混合料中的分散性降低，所以纖維的比表面積反而減小，導(dǎo)致其吸附的瀝青也減小，最終體現(xiàn)為再生瀝青混合料油石比的下降。所以，通過最佳瀝青含量OAC的變化情況可以反映出纖維在瀝青混合料中的分散程度，在工程應(yīng)用中選擇纖維分散程度最好即使得瀝青混合料油石比最大時的纖維摻量作為纖維的最佳摻量。對于本論文研究的再生混合料類型而言，纖維最佳摻量為0.4%，其對應(yīng)的最佳油石比為5.3%。

4. 結(jié)論

（1）按照玄武巖纖維在瀝青混合料中的分散效果，玄武巖纖維的最佳摻量可以根據(jù)玄武巖纖維對自由瀝青的吸附能力來確定，即取最佳油石比最大時的纖維摻量最為玄武巖纖維的最佳摻量。

（2）對于回收瀝青的再生方式應(yīng)根據(jù)RAP的摻量、回收瀝青的老化程度通過試驗進(jìn)行確定，以能夠?qū)⒒厥諡r青恢復(fù)到原標(biāo)號瀝青的技術(shù)要求為條件。

（3）將對RAP進(jìn)行抽提獲得的廢舊瀝青進(jìn)行指標(biāo)檢驗，結(jié)果表明，廢舊瀝青老化嚴(yán)重，若僅使用90號新瀝青將其再生，廢舊瀝青的最大摻量不應(yīng)超過30%。

（4）將RAP進(jìn)行抽提篩分獲得舊料級配，對舊料級配及舊料進(jìn)行試驗研究，結(jié)果表明，舊料發(fā)生細(xì)化，大顆粒的粗集料細(xì)化為小顆粒的粗集料，說明瀝青路面在行車荷載作用下集料發(fā)生了破碎。

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[文章編號]1619-2737（2019）03-05-131

[作者簡介] 唐智倫（1971.9-），男，職稱：高級工程師，工作單位：招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，從事路面檢測與設(shè)計工作。