溫拌再生混合料配比設(shè)計(jì)及壓實(shí)溫度試驗(yàn)研究

(湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410015)

0 引言

溫拌再生瀝青路面的各項(xiàng)路用性能受各材料構(gòu)成、配比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)影響，在實(shí)施過(guò)程中尤其要控制瀝青混合料在拌合、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓過(guò)程中的溫度。當(dāng)施工溫度太低時(shí)，混合料的和易性變差，提高了混合料拌合和壓實(shí)的難度；當(dāng)施工溫度太高時(shí)，又會(huì)引起瀝青老化，導(dǎo)致混合料粗、細(xì)集料的性質(zhì)發(fā)生改變。溫拌再生瀝青混合料的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要是環(huán)保和低能耗[1-2]，相比于普通熱拌瀝青混合料，溫拌再生瀝青混合料對(duì)溫度的要求更加嚴(yán)格，如果施工時(shí)溫度控制不當(dāng)，溫拌技術(shù)便不能充分發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，甚至?xí)鹳Y源浪費(fèi)，且影響到混合料的拌合、壓實(shí)等施工工作。因此，溫拌再生瀝青混合料的施工溫度確定是混合料設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的部分。

常采用粘溫曲線方法確定溫拌再生瀝青混合料的施工溫度。郭天惠等[3]研究了溫拌再生瀝青混合料在加入Evotherm溫拌劑及40%摻量的舊瀝青混合料時(shí)不同壓實(shí)溫度下的性能變化，研究結(jié)果表明：當(dāng)舊瀝青摻量為40%時(shí)，壓實(shí)溫度應(yīng)大于110 ℃，壓實(shí)溫度變化主要影響了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。盡管國(guó)內(nèi)研究者在改性瀝青施工溫度控制方面取得了一定的研究成果，但對(duì)溫拌再生瀝青混合料施工溫度控制的研究不是很成熟，施工溫度控制技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用仍需要進(jìn)一步深入研究[3-4]。本文進(jìn)行溫拌再生瀝青混合料AC-16配比設(shè)計(jì)，確定最佳瀝青含量、再生劑摻量、溫拌劑摻量，然后基于此設(shè)計(jì)配比進(jìn)行溫拌再生混凝土的壓實(shí)溫度試驗(yàn)，以確定最佳壓實(shí)溫度，同時(shí)對(duì)RAP摻量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 原材料

1.1 RAP的選擇

以AC — 16作為目標(biāo)設(shè)計(jì)級(jí)配，試驗(yàn)所需的廢舊材料(RAP)采用某大修路面的AC — 16瀝青混合料。部分瀝青試驗(yàn)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 RAP中瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果瀝青類型設(shè)計(jì)針入度/(0.1 mm)針入度/(0.1 mm)殘留針入度/%SBS I-C60～802434.2

1.2 新瀝青

采用SBS改性瀝青，其主要性能要求如表2所示。試驗(yàn)測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)定要求。

1.3 新集料

采用碎石作為新的粗骨料，其主要性能符合現(xiàn)行規(guī)范《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。經(jīng)過(guò)篩分試驗(yàn)，得到新集料的篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表2 瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)表瀝青標(biāo)號(hào)135 ℃粘度/(Pa·s)延度/cm軟化點(diǎn)/℃針入度/(0.1 mm)SBS I-C2.4647.268.376(≤3.0)(≥35)(≥55)(60～80) 注: 括號(hào)內(nèi)為要求值。

1.4 外加劑

溫拌劑采用型號(hào)為L(zhǎng)Q-1106。LQ-1106有機(jī)降粘型溫拌劑由上海諾貝爾有限公司生產(chǎn)，主要用于提高熱拌和溫拌瀝青的壓實(shí)效率，能夠降低瀝青攤鋪工藝的拌合及攤鋪操作溫度，同時(shí)具有抗剝落效果。溫拌劑的各項(xiàng)物理指標(biāo)如表4所示。所選擇的溫拌劑滿足各項(xiàng)物理指標(biāo)要求。

表3 新集料篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)集料類型通過(guò)下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.07516～19 mm100.019.51.10.111～16 mm100.080.623.60.13～6 mm100.096.83.30.60.1石屑100.092.267.747.727.517.99.5礦粉100.096.885.6

表4 溫拌再生瀝青混合料中溫拌劑各項(xiàng)物理指標(biāo)溫度/℃密度/(g·cm-3)黏度/(mPa·s)溫度/℃密度/(g·cm-3)黏度/(mPa·s)101.001 845300.97585200.981 295400.97225

2 溫拌再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

2.1 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

以目標(biāo)設(shè)計(jì)級(jí)配AC — 16為目標(biāo)，設(shè)置0、30%、40%、50%、 60%RAP摻量。對(duì)集料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整，得到具體的級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 不同RAP摻量的級(jí)配曲線圖

從圖1可知，當(dāng)混合料的集料相同時(shí)，廢舊瀝青RAP加入量越大，所獲得的混合料級(jí)配曲線與規(guī)定級(jí)配范圍內(nèi)的中值曲線的異性越大。主要原因是當(dāng)加入RAP量太多時(shí)，會(huì)影響整個(gè)合成集料的級(jí)配，從而導(dǎo)致合成級(jí)配偏離中值曲線。綜合考慮RAP摻量對(duì)混合料性能影響，本文RAP摻量采用30%～40%。

2.2 瀝青混合料最佳瀝青含量確定

在RAP摻量確定的條件下，通過(guò)5組不同新瀝青用量的馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青用量。考慮到廢舊瀝青RAP中已經(jīng)老化的瀝青在加熱條件下又會(huì)進(jìn)行深度的老化，所以混合料在加熱過(guò)程中要將舊瀝青和新瀝青區(qū)分開(kāi)來(lái)加熱，同時(shí)要保證其加熱時(shí)間≤2 h、加熱溫度≤110 ℃。最后通過(guò)對(duì)比馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件各項(xiàng)性能指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到再生瀝青混合料的最佳瀝青用量。

本文擬定再生瀝青混合料中廢舊瀝青RAP的摻入量為30%，以5個(gè)不同新瀝青用量的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，得到該混合料各技術(shù)指標(biāo)的結(jié)果，如表5所示。

表5 不同新瀝青摻入量的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果瀝青用量%飽和度/%間隙率/%空隙率/%密度/(g·cm-3)流值/(0.1 mm)穩(wěn)定度/kN2.555.8614.056.282.57228.98.533.065.5913.934.882.58830.38.893.574.7013.963.632.60028.29.384.082.1614.232.642.60530.09.224.588.6314.611.772.60729.98.42

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中瀝青混合料最佳瀝青用量的計(jì)算方法[1,3]，確定該試驗(yàn)AC-16溫拌再生瀝青混合料的最佳油石比為3.7%，且在該瀝青用量的條件下，混合料各項(xiàng)物理力學(xué)試驗(yàn)值均滿足規(guī)范要求。

當(dāng)溫拌再生瀝青混合料中廢舊瀝青RAP摻入量不確定時(shí)，用同樣的方法確定不同RAP的摻入量所對(duì)應(yīng)的新瀝青最佳用量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同RAP摻入量對(duì)應(yīng)的最佳新瀝青用量%RAP摻入量最佳新瀝青用量總瀝青用量RAP摻入量最佳新瀝青用量總瀝青用量04.74.7403.14.8154.24.8502.84.9303.54.8602.55.0

由表6可知，增加瀝青混合料中廢舊瀝青RAP的摻入量，能夠降低新瀝青的用量，還能在一定程度上增加總瀝青的用量。廢舊瀝青RAP中存在大量老化的瀝青，這些老化瀝青還具有新瀝青的一些特性，再加上再生劑的作用，使已經(jīng)老化的瀝青恢復(fù)某些性能，使其具有一定的粘結(jié)能力，能夠取代一部分新瀝青膠結(jié)混合料中的粗、細(xì)骨料，提高總瀝青的用量。

2.3 瀝青混合料再生劑摻量確定

再生劑可以改善RAP中老化瀝青的作用，但不同RAP摻量下的再生劑摻量不同。為此，設(shè)置了6種不同再生劑摻量，即0、2%、4%、6%、8%、10%，對(duì)不同再生劑摻量條件下的老化瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，得到各指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

圖2 不同再生劑摻量對(duì)老化瀝青各性能指標(biāo)的影響圖

由圖2可知，再生劑的摻量與老化瀝青的軟化點(diǎn)和針入度的變化之間存在線性關(guān)系。隨著再生劑摻量的增加，老化瀝青的針入度將逐步增大，老化瀝青的軟化點(diǎn)將逐步減小。為滿足相關(guān)規(guī)定的要求，軟化點(diǎn)≥50 ℃時(shí)，再生劑摻入量≤8.0%；針入度≥65(0.1 mm)時(shí)，再生劑摻入量≥6.80%。根據(jù)圖2指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合指標(biāo)規(guī)定要求范圍，可得到再生劑的最合適摻入量為老化瀝青的7%。

2.4 溫拌劑摻量的確定

不同的瀝青溫拌劑摻入量在不同的溫度條件下會(huì)直接影響馬歇爾試件的成型，為了準(zhǔn)確獲得溫拌劑最合適的添加量，可以通過(guò)對(duì)比不同溫拌劑摻加量以及在不同溫度下馬歇爾試件的各項(xiàng)性能指標(biāo)試驗(yàn)來(lái)確定，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 不同溫拌劑摻量和溫度下試件的各項(xiàng)性能變化圖

由圖3可知，不同溫拌劑摻量的混合料在同一溫度條件下成型后，變化趨勢(shì)線為波形線，當(dāng)溫拌劑取值為0.6%時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均處于極值。在溫拌劑摻量<0.6%時(shí)，試件的間隙率和空隙率的變化趨勢(shì)是單調(diào)遞減的，說(shuō)明在溫拌劑摻量比較少時(shí)，混合料的工作性不好，壓實(shí)比較困難；在溫拌劑摻量>0.6%時(shí)，其變化趨勢(shì)是單調(diào)遞增的，說(shuō)明在溫拌劑摻量較多時(shí)，混合料的粘度明顯降低，導(dǎo)致其工作性變差，同樣壓實(shí)比較困難。在溫拌劑摻量等于0.6%時(shí)，試件的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)定的要求。從而可知：在溫拌再生瀝青混合料組成設(shè)計(jì)中溫拌劑的最合適摻量為瀝青的0.6%。

3 溫拌再生混合料壓實(shí)溫度試驗(yàn)

3.1 不同壓實(shí)溫度試驗(yàn)

試驗(yàn)試件各組成材料中，再生劑的摻量是老化瀝青的7%、溫拌劑的摻加量是0.6%、廢舊瀝青RAP的摻加量是30%，共分為6組試件進(jìn)行試驗(yàn)，每組試件之間的試驗(yàn)溫度差值為10 ℃。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)6組試件的溫度控制如表7所示。

表7 6組試件的溫度控制表試件編號(hào)壓實(shí)溫度/℃試件編號(hào)壓實(shí)溫度/℃116541352155512531456115

嚴(yán)格依據(jù)表7中6組試件的溫度控制來(lái)制作試驗(yàn)試件，通過(guò)對(duì)各試驗(yàn)試件物理體積指標(biāo)的測(cè)定，得到不同成型溫度下各試件物理體積指標(biāo)隨溫度變化的趨勢(shì)圖,如圖4所示。

圖4 各試件物理體積指標(biāo)隨溫度變化的趨勢(shì)圖

由圖4可知，各個(gè)試件的物理體積指標(biāo)隨壓實(shí)溫度的變化呈現(xiàn)出了規(guī)律性變化，即當(dāng)壓實(shí)溫度較低時(shí)，隨著壓實(shí)溫度的增大，各項(xiàng)指標(biāo)逐漸增大或者降低，控制溫度處在115～135 ℃時(shí)，試件的空隙率和密度都出現(xiàn)了較大的變化；控制溫度處在135～145 ℃時(shí)，試件的空隙率和密度的變化趨勢(shì)并不明顯，說(shuō)明空隙率和密度的取值已經(jīng)將要達(dá)到極限值。在溫度超過(guò)125 ℃后，隨著溫度的升高，飽和度增加趨勢(shì)變緩，間隙率減小的趨勢(shì)也變緩。

參照相關(guān)規(guī)范要求，溫拌再生混合料空隙率的最佳取值是4.0%，混合料的壓實(shí)溫度取值為125 ℃，同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)得到溫拌再生瀝青混合料壓實(shí)溫度取值為125 ℃條件下的各技術(shù)指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)定的要求。

3.2 RAP摻量對(duì)溫拌再生混合料壓實(shí)溫度的影響程度試驗(yàn)

不同廢舊瀝青RAP摻量的溫拌瀝青混合料對(duì)拌合壓實(shí)溫度的要求也不同，為了確定不同RAP摻量的瀝青混合料所對(duì)應(yīng)的最合適拌合、壓實(shí)溫度，參照上述方法，通過(guò)驗(yàn)證其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定要求，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同RAP摻量所對(duì)應(yīng)的混合料施工溫度

由圖5可知，不同RAP摻量下的混合料施工溫度存在較大的差異性，表現(xiàn)為RAP摻量越大，其拌合溫度及壓實(shí)溫度也越大。顯然拌合溫度及壓實(shí)溫度太高在實(shí)際施工中是很難實(shí)現(xiàn)的，這就需要對(duì)RAP摻量進(jìn)行控制，當(dāng)RAP摻量在40%以下時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)溫度在施工中是比較合適的。再者，一旦拌合溫度過(guò)高，即使加入溫拌劑也難以達(dá)到降溫效果，因此施工中應(yīng)控制RAP的摻量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文得到的主要結(jié)論如下：

1) 廢舊瀝青RAP加入量越大，所獲得的混合料級(jí)配曲線與規(guī)定級(jí)配范圍內(nèi)的中值曲線的異性越大。本文試驗(yàn)確定的RAP摻量百分比為30%～40%。

2) AC — 16溫拌再生瀝青混合料的最佳油石比為3.7%，再生劑的最合適摻量為老化瀝青的7%。在溫拌再生瀝青混合料組成設(shè)計(jì)中溫拌劑的最合適摻量為瀝青的0.6%。

3) 溫拌再生瀝青混合料壓實(shí)溫度取值為125 ℃條件下的各技術(shù)指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)定的要求。RAP摻量不宜太大，控制在40%以下更有利施工中控制混合料質(zhì)量。