高RAP摻量瀝青路面溫拌再生混合料特征及路用性能研究

朱小剛

(江蘇東南工程咨詢有限公司 南京 210018)

瀝青路面再生技術(shù)是目前道路施工中最為常用的技術(shù)手段之一，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和公眾環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，各種各樣的可再生混合料得到發(fā)展和運(yùn)用[1-3]。瀝青回收料(RAP)是一種可再生資源，近些年來在路面施工中逐漸推廣使用，王潔等[4]對0～35%RAP摻量下的瀝青混合料性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為RAP 摻量對體積指標(biāo)、水敏感性及抗車轍性能具有重要影響。當(dāng)前，關(guān)于再生混合料的研究主要集中于材料的摻配率上，若是采用低摻配回收料進(jìn)行施工，則經(jīng)濟(jì)效益不顯著，同時關(guān)于高RAP摻量的實(shí)際運(yùn)用還比較鮮見。因此，有必要對高摻量RAP下的瀝青混合料路用性能進(jìn)行分析。

再生瀝青混合料在施工過程中的溫度較常規(guī)混合料高，很容易導(dǎo)致在加熱施工過程中產(chǎn)生大量的“藍(lán)煙”，對瀝青回收料造成“二次”老化，因此，既不利于環(huán)保又會對施工人員身體造成損傷[5-6]。溫拌技術(shù)既可以有效降低施工溫度，同時也能保證施工質(zhì)量，是目前再生瀝青路面施工中最為常見的方法之一[7-11]。

本文結(jié)合高RAP摻量(65%～85%)混合料和溫拌技術(shù)，對再生混合料的路用性能進(jìn)行對比分析，以期對瀝青混合料再生技術(shù)的發(fā)展和推廣起到一定積極作用。

1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3種高摻量RAP再生瀝青混合料試驗(yàn)組，路面結(jié)構(gòu)形式采用AC-13型瀝青混合料，公稱最大粒徑值為13.2 mm，目標(biāo)孔隙率值為4%。通常瀝青回收料(處理工藝：清洗集料表層瀝青并分離→離心沉淀溶液中礦粉→蒸餾三氯乙烯得到純凈瀝青)的級配是不合格的，需用新集料進(jìn)行級配的修正，由此得到3種摻量下再生瀝青混合料的礦料級配，見表1。在不同試驗(yàn)組中加入再生劑，觀察各組瀝青的基本性能和流變性能的恢復(fù)情況，確定在再生瀝青混合料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%瀝青含量的再生劑時能夠獲得與原樣瀝青基本相似的效果；拌和溫度為175 ℃，擊實(shí)溫度為165 ℃。試驗(yàn)成型過程為：新舊瀝青料拌和均勻(90 s)、將反應(yīng)完畢的銑刨料加入到拌和設(shè)備中，均勻攪拌180 s、往拌合料中摻入礦粉均勻拌和90 s、正反面各擊實(shí)次數(shù)為75次、然后對試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、水穩(wěn)定試驗(yàn)及低溫彎曲小梁試驗(yàn)。

表1 AC-13再生瀝青混合料礦料級配結(jié)果

2 RAP摻量對路用性能的影響

試驗(yàn)獲得的不同RAP摻量下的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)見表2。

表2 不同摻量RAP主要路用指標(biāo)值測定結(jié)果

從表2中可以觀察得到：①最佳油石比隨RAP摻量的增加逐漸增大，并且基本呈線性關(guān)系，這是因?yàn)闉r青回收料摻量越大，再生瀝青混合料中的再生瀝青含量也就越高，造成了再生瀝青最佳油石比與摻量之間呈線性的變化關(guān)系；②新瀝青與新集料的質(zhì)量比值在3%左右，表明新瀝青含量的多少與RAP摻量的變化關(guān)系不大，新瀝青主要功能仍是黏結(jié)新集料；③最佳油石比始終大于新瀝青與新集料的比值，表明再生瀝青與新瀝青之間能夠進(jìn)行較好地混溶，新瀝青可以調(diào)和再生瀝青的性能，提升混合料整體的抗老化性能；④孔隙率保持在4%左右變化，符合規(guī)范值和目標(biāo)期望值；⑤動穩(wěn)定度隨RAP摻量的增加呈逐漸減小趨勢，表明RAP的摻入對于瀝青混合料的抗高溫性能產(chǎn)生了不利作用，這主要是因?yàn)镽AP摻量越高，級配調(diào)整越難，且粗集料含量越少，造成混合料模量降低，從而使得抵抗變形的能力減低；⑥殘留穩(wěn)定度的變化與動穩(wěn)定度的變化情況類似，也是逐漸減小，這是因?yàn)樵偕鸀r青的黏附性低于新瀝青，因此在水作用下更容易產(chǎn)生脫落現(xiàn)象；⑦75%RAP摻量下的凍融劈裂強(qiáng)度和勁度模量值最大，表明此摻量下抵抗水損害的能力最強(qiáng)，且能承受更大的溫度應(yīng)力(即低溫抗裂性能越強(qiáng))。

通過以上分析，可以總結(jié)得到：不同高摻量RAP下的各項(xiàng)路用性能均能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，表明了高摻量RAP在瀝青路面再生施工技術(shù)中運(yùn)用的可行性與合理性，總體而言，RAP摻量對混合料的高溫和水穩(wěn)性能產(chǎn)生消極作用，使其抵抗變形的能力降低，但卻能提高在低溫環(huán)境下抵抗變形的能力，同時應(yīng)力松弛能力也會有所提升。綜合考慮彎拉強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度及變形特性的影響，認(rèn)為75%RAP摻量下，再生瀝青混合料的孔隙率最小，動穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度適中，凍融劈裂強(qiáng)度比和勁度模量最大，為3種RAP摻量中的最佳摻量。

3 溫拌與熱拌路用性能對比

為避免再生瀝青混合料拌和時產(chǎn)生“藍(lán)煙”現(xiàn)象，須采取措施降低拌和及施工溫度，故開展了高RAP摻量(75%)瀝青混合料在溫拌和熱拌工況下的路用性能研究，具體溫度設(shè)定見表3。

表3 溫拌和熱拌再生混合料溫度設(shè)定情況

3.1 高溫車轍試驗(yàn)

動穩(wěn)定度是評價抗高溫車轍能力的重要指標(biāo)之一，其值越大表示抵抗能力越強(qiáng)，試驗(yàn)獲得了3種工況下動穩(wěn)定度的對比情況見圖1。從圖中可以看到：3種工況下，摻入Sasobit溫拌劑的抗高溫車轍能力最高，無溫拌劑(熱拌)時其次，摻入Defuron溫拌劑時最小，但與熱拌相比，僅減小4.5%，相差不大，且其值介于65%RAP摻量和85%RAP摻量的動穩(wěn)定度值之間，這表明溫拌再生瀝青混合料能夠滿足高溫規(guī)范要求。

圖1 動穩(wěn)定度值對比

3.2 浸水馬歇爾試驗(yàn)

浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖中可以看到：未浸水和浸水48 h后3種工況的穩(wěn)定度值的大小排序?yàn)椋簱郊覦efuron溫拌劑>無溫拌劑(熱拌)>摻加Sasobit溫拌劑，殘留穩(wěn)定度值分別為97.22%、90.18%和87.61%，可見，摻入Defuron溫拌劑后，瀝青混合料的水穩(wěn)定性最佳，可有效預(yù)防水毀病害，這是因?yàn)镈efuron溫拌劑具有改性瀝青抗剝落的成分和特性；雖然摻入Sasobit溫拌劑后再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性較熱拌情況下有所降低，但穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度減小幅度很小，因此也可以認(rèn)為Sasobit溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果對比

3.3 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果對比

從圖3中可以觀察到：摻入溫拌劑對于再生瀝青混合料的抗凍融損傷特性具有消極作用，三者的大小排序?yàn)椋簾o溫拌劑(熱拌)>摻加Defuron溫拌劑>摻加Sasobit溫拌劑，但凍融劈裂強(qiáng)度比均大于85%，其中，摻加Defuron溫拌劑的凍融劈裂強(qiáng)度比達(dá)到了91.35%，基本滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.4 低溫彎曲小梁試驗(yàn)

低溫彎曲小梁試驗(yàn)結(jié)果見圖4。從圖中可以看到：在摻入溫拌劑后，瀝青混合料的低溫勁度模量較熱拌時有所降低，摻加Sasobit溫拌劑較熱拌時降低5.9%，摻加Defuron溫拌劑較熱拌時降低2.7%，由此可見，摻入一定量的溫拌劑，對再生瀝青混合料的低溫變形能力具有一定的消極影響，但影響程度在可接受范圍內(nèi)。

圖4 低溫彎曲小梁試驗(yàn)結(jié)果對比

4 結(jié)論

1) 高摻量RAP對于瀝青混合料的高溫抵抗變形及水穩(wěn)定性能產(chǎn)生消極作用，但能在一定程度上提升低溫的抗變形能力，綜合考慮強(qiáng)度、變形等各項(xiàng)指標(biāo)，認(rèn)為75%RAP為最佳摻量。

2) 在75%RAP摻量下進(jìn)行了溫拌和熱拌對比試驗(yàn)，相較于熱拌，瀝青混合料的抗凍融和低溫勁度模量均有所降低，但均在可接受范圍內(nèi)；加入Sasobit溫拌劑后抗高溫變形性能有所提升，加入Defuron溫拌劑后水穩(wěn)定性能有所提升。

3) 相較于熱拌再生技術(shù)，溫拌再生技術(shù)可降低25℃的施工溫度，可起到保護(hù)環(huán)境和工人身體健康，同時又保證施工質(zhì)量的目的，值得在工程實(shí)踐中推廣。