不同RAP 摻量的再生瀝青混合料性能試驗(yàn)研究

李利利，高珊珊，都志強(qiáng)，李 剛

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000)

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，瀝青路面早期損壞大部分都與水損密切相關(guān)，水損即水分破壞瀝青與集料，受交通載荷與外界環(huán)境等因素影響，導(dǎo)致路面松散、坑洼，甚至局部發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。目前國(guó)內(nèi)外選用了各種方法進(jìn)行瀝青再生技術(shù)研究，根據(jù)施工溫度主要分為熱再生、溫再生、冷再生，熱再生以加熱方式軟化老化瀝青，與新的瀝青混合，在集料表層形成致密薄膜，可有效防止水分浸入；溫再生則利用溫拌劑降低瀝青黏度，以此降低施工加熱溫度；冷再生即通過(guò)乳化瀝青，混合料強(qiáng)度則依賴(lài)于緩慢的破乳過(guò)程。但是這些再生技術(shù)都存在一定缺陷，熱再生與溫再生在施工時(shí)需加熱處理，環(huán)境污染與能耗嚴(yán)重，瀝青老化；傳統(tǒng)冷再生在施工時(shí)強(qiáng)度形成過(guò)于依賴(lài)破乳效率，初始強(qiáng)度過(guò)低、增長(zhǎng)速度過(guò)慢，且溫度敏感性較大。對(duì)此，本文采用了改進(jìn)冷拌再生瀝青，以生成混合料，在施工時(shí)不需加熱與破乳，只需有機(jī)溶劑與固化劑反應(yīng)，便可形成強(qiáng)度，節(jié)能環(huán)保，性能良好［1］。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 原料

選用自制改進(jìn)冷拌瀝青，即基于水性環(huán)氧樹(shù)脂與硅烷偶聯(lián)劑改性基質(zhì)瀝青，并添加有機(jī)溶劑加以稀釋。固化劑則是由水泥與偏高嶺土融合所得，有機(jī)溶劑可與固化劑發(fā)生火山灰效應(yīng)，以促使瀝青于2h 之內(nèi)快速具備強(qiáng)度［2］，技術(shù)指標(biāo)具體見(jiàn)表1。

表1 改性改進(jìn)冷拌瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical indexes of modified cold mix asphalt

RAP 原級(jí)配即AC-16，通過(guò)銑刨、破碎、篩分之后，結(jié)果具體見(jiàn)表2。

表2 篩分結(jié)果Table 2 Screening results

粗集料則選擇與瀝青之間保持較好粘附性的堿性石料石灰?guī)r，細(xì)集料選擇石灰?guī)r石屑，礦粉選擇石灰石礦粉，技術(shù)指標(biāo)與既有規(guī)范明確相符［3］。

1.2 方法

冷拌再生瀝青混合料的性能試驗(yàn)以《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)，集料試驗(yàn)以《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)，指標(biāo)要求則以《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》與《公路瀝青混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》為參考。在冷拌再生瀝青混合料制備過(guò)程中，首先在攪拌鍋中同時(shí)倒入固化劑、礦粉、RAP、集料，混合攪拌1min 直到均勻，其次基于常溫狀態(tài)根據(jù)比例添加改進(jìn)冷拌瀝青，拌和3min 之后，便可獲得冷拌再生瀝青混合料。

拌和RAP、礦粉、瀝青，以促使瀝青充分包裹依附于集料表層，添加1.6% 水泥與水充分?jǐn)嚢?，在靜置30min 之后，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)分別夯實(shí)兩面50 次，基于不脫模60℃烘箱養(yǎng)生2d 之后，再次夯實(shí)25 次，冷卻靜置到常溫狀態(tài)，直到養(yǎng)生時(shí)間，然后脫模成型。試件的高度控制在62.2mm～64.8mm 之間。瀝青的最佳用量需遵循熱拌瀝青混合料配合比，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)所獲力學(xué)指標(biāo)與體積指標(biāo)加以分析［4］。本文為評(píng)估不同RAP 摻量對(duì)再生瀝青混合料性能的影響，進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)，以測(cè)定混合料的穩(wěn)定度、力學(xué)性能與水穩(wěn)定性。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 含水率

根據(jù)《公路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土夯實(shí)方法測(cè)試，獲取含水率與干密度的關(guān)系曲線(xiàn)，最大干密度對(duì)應(yīng)最佳含水率。礦粉性能具體見(jiàn)表3。

表3 礦粉性能指標(biāo)Table 3 Performance index of mineral powder

2.2 瀝青最佳用量

冷拌再生瀝青混合料中瀝青的最佳用量通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定，對(duì)不同用量狀態(tài)下不同RAP 摻量再生混合料相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，即毛體積密度、孔隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度、流值［5］。最佳瀝青用量即：

式（1）中b1代表毛體積密度最大時(shí)對(duì)應(yīng)瀝青用量；b2代表成型穩(wěn)定度最大時(shí)對(duì)應(yīng)瀝青用量；b3代表空隙率中值所對(duì)應(yīng)瀝青用量；b4代表瀝青飽和度中值所對(duì)應(yīng)瀝青用量。

基于所有指標(biāo)滿(mǎn)足技術(shù)要求范圍，獲得此范圍相應(yīng)最小瀝青用量及其相對(duì)最大用量，即：

則最佳瀝青用量，即：

不同RAP 摻量下再生混合料最佳瀝青用量試驗(yàn)結(jié)果具體見(jiàn)表4 所示。

表4 瀝青最佳用量試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of optimum asphalt consumption

由表4 可以看出，在RAP 摻量逐步增加的趨勢(shì)下，冷拌再生瀝青混合料的瀝青最佳用量隨之減少，體積指標(biāo)變化并不顯著，穩(wěn)定度逐步降低，流值卻逐步增大［6］。這主要是因?yàn)镽AP 表層處于老化瀝青的包裹下，老化瀝青可于舊集料的表層形成薄膜，從而降低吸油能力。舊集料摻量增加，瀝青的薄膜作用就會(huì)更加突顯，所以，基于同級(jí)配，瀝青混合料的瀝青最佳用量會(huì)在RAP 摻量增加趨勢(shì)下，隨之減少。老化瀝青在集料的表層構(gòu)成薄膜，但是未與新瀝青混合料相互融合，很難生成較高強(qiáng)度。所以隨著RAP 摻量增加，瀝青混合料承載力下降，穩(wěn)定度降低，抗變形能力縮減，流值便會(huì)逐步增大。

2.3 混合料的穩(wěn)定度

基于馬歇爾試驗(yàn)方法，在試件制備成型之后，處于室溫狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)2h 之后，脫模，并進(jìn)行初始穩(wěn)定度試驗(yàn)測(cè)試；處于室溫狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)12h 之后，脫模，并進(jìn)行成型穩(wěn)定度試驗(yàn)測(cè)試。不同RAP 摻量下再生瀝青混合料的初始穩(wěn)定度與成型穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果［7］具體如圖所示。

圖 1 初始穩(wěn)定度與成型穩(wěn)定度結(jié)果示意圖Fig. 1 Schematic diagram of initial stability and molding stability results

由圖1 可知，在RAP 摻量不斷增加的趨勢(shì)下，再生瀝青混合料初始穩(wěn)定度與成型穩(wěn)定度逐步下降，并且摻量對(duì)于初始穩(wěn)定度的影響相對(duì)顯著。制備的試件初始穩(wěn)定度全部保持于3.6kN 以上，與傳統(tǒng)冷拌瀝青混合料初始穩(wěn)定度相比較，水平明顯較高；試件成型穩(wěn)定度則都大于8.1kN，強(qiáng)度值接近熱拌瀝青混合料。

2.4 混合料的水穩(wěn)定性

就冷拌再生瀝青混合料性能而言，抗水損害能力是其主要技術(shù)指標(biāo)。據(jù)此，本文通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)，測(cè)試了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。在浸水馬歇爾試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)要求安排兩組試件，第一組放置在24℃～26℃的恒溫狀態(tài)水箱中，保持大約35min，以測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度（MS'）；第二組放置在大約24℃～26℃的恒溫狀態(tài)水浴箱，保持大約2d，以測(cè)試馬歇爾穩(wěn)定度（MS"）。其中，浸水殘留穩(wěn)定度（MS）即：

在凍融劈裂試驗(yàn)過(guò)程中，第一組放置在24.5℃～25.5℃的恒溫狀態(tài)水箱中，保持大約2h。計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度，即：

第二組則需真空飽水15min，浸水30min，放置在塑料袋中，添加10mL 水，密封放置在-20℃～16℃狀態(tài)的冰柜中，保持16h，然后放置在59.5℃～60.5℃恒溫狀態(tài)的水槽中，保持1d，放置在24.5℃～25.5℃恒溫狀態(tài)的水箱中，保持2h。計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度，即：

計(jì)算凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比，即：

tE′ 代表第一組劈裂抗拉強(qiáng)度；tE′′ 代表第二組劈裂抗拉強(qiáng)度；FSE代表凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比；tF′ 代表第一組未凍融循環(huán)處理時(shí)承載最大值；tF′ 代表第二組凍融循環(huán)處理后承載最大值；h′ 代表第一組高度；h′ 代表第二組高度。

試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果［8］具體如圖2 所示。

圖2 浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度結(jié)果示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the results of the ratio of the residual stability of immersion and the splitting strength of freeze-thaw

由圖2 可以看出，在RAP 摻量逐漸增加趨勢(shì)下，浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度隨之降低，下降幅度逐步增大；相比浸水殘留穩(wěn)定度，凍融劈裂強(qiáng)度下降更為顯著。這主要是因?yàn)镽AP 摻量與新瀝青混合料之間未共混，粘附力不足，基于浸水與凍融雙重作用，二者黏連狀態(tài)逐步損壞，并且隨著RAP 摻量增加，水損害條件逐漸惡化，黏連狀態(tài)破壞現(xiàn)象則會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。所以，在20%、30%、40% RAP 摻量下，冷拌再生瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度較高，水穩(wěn)定性良好。但是RAP 摻量達(dá)到50%、60% 時(shí)，冷拌再生瀝青混合料的抗水損性開(kāi)始快速下降，根本無(wú)法滿(mǎn)足性能要求。

2.5 混合料的力學(xué)性能

馬歇爾穩(wěn)定度可有效評(píng)估混合料抗壓強(qiáng)度，劈裂強(qiáng)度可間接評(píng)估混合料抗拉強(qiáng)度，所以基于馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度評(píng)估不同RAP 摻量下再生瀝青混合料的力學(xué)性能。馬歇爾穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度基于上述再生瀝青混合料最佳含水率與瀝青用量為標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)則在試件成型脫模之后開(kāi)展抗壓強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)試結(jié)果［9］具體見(jiàn)表5。

表5 穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of stability, splitting strength and compressive strength

由表5 可知，隨著RAP 摻量的增加，冷拌再生瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)，在摻量到達(dá)60% 時(shí)，劈裂強(qiáng)度已無(wú)法滿(mǎn)足既定規(guī)范，這就說(shuō)明RAP 摻量對(duì)于冷拌再生瀝青混合料抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的影響顯著。

3 結(jié)論

在RAP 摻量逐步增加的趨勢(shì)下，冷拌再生瀝青混合料的瀝青最佳用量隨之減少，體積指標(biāo)變化并不顯著，穩(wěn)定度逐步降低，流值卻逐步增大；再生瀝青混合料初始穩(wěn)定度與成型穩(wěn)定度逐步下降，并且摻量對(duì)于初始穩(wěn)定度的影響相對(duì)顯著；浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度隨之降低，下降幅度逐步增大，相比浸水殘留穩(wěn)定度，凍融劈裂強(qiáng)度下降更為顯著；RAP 摻量對(duì)于冷拌再生瀝青混合料抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的影響顯著。RAP 最佳摻量為40% 時(shí)，最佳瀝青用量為4.4%，初始穩(wěn)定度為4.39kN，成型穩(wěn)定度為9.59kN，浸水殘留穩(wěn)定度為84.4%，凍融劈裂強(qiáng)度比為77.2%。