添加再生料的冷補(bǔ)瀝青混合料組成設(shè)計(jì)與性能評價

王潤平

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012)

瀝青路面坑槽、松散、剝落病害是我國高溫多雨、濕熱地區(qū)高速公路和城市主干道路主要的病害形式之一，尤其是在雨季或冰雪凍融后，若未及時修補(bǔ)，在車輛沖擊荷載產(chǎn)生的動水壓力下會加劇路面損害，嚴(yán)重危及行車安全、劣化路面服役壽命[1，2]。傳統(tǒng)的坑槽修補(bǔ)方式主要有冷補(bǔ)和熱補(bǔ)兩種方法，冷補(bǔ)瀝青混合料是一種全天候路面坑槽快速修補(bǔ)材料，具有可存儲性、施工簡單、開放交通快、節(jié)能環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢，國內(nèi)外對冷補(bǔ)瀝青混合料的研究與應(yīng)用也最多[3-5]。禤煒安[6]基于馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，對比了溶劑型、乳化型和反應(yīng)型3種冷補(bǔ)瀝青混合料的初始強(qiáng)度。譚憶秋[7]等研究了SBS改性瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料的冷補(bǔ)液組成配方，驗(yàn)證了冷補(bǔ)瀝青混合料的抗凍性能，結(jié)果表明SBS改性瀝青摻制的冷補(bǔ)瀝青混合料抗凍性能優(yōu)異，適用于對云貴川等潮濕地區(qū)。徐文、孟文專[8-9]研究了溶劑型冷補(bǔ)瀝青組成配方，分析了冷補(bǔ)瀝青混合料的施工和易性、初期和成型馬歇爾穩(wěn)定度。馬全紅[10]、王佳旭[11]等采用低溫和易性試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、浸水前后馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)研究了冷補(bǔ)瀝青混合料的初始強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。劉曉文[12]、李峰[13]基于冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度形成機(jī)理、施工性能和路用性能要求，提出冷補(bǔ)瀝青混合料的評價指標(biāo)及技術(shù)要求。張爭奇[14-16]等研究了采用正交試驗(yàn)確定了溶劑型冷補(bǔ)瀝青液、水性環(huán)氧樹脂冷補(bǔ)瀝青的組成比例，提出采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、黏附性試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)評價冷補(bǔ)瀝青混合料使用性能。孫朝杰[17]等研究了聚酯纖維摻量對冷補(bǔ)瀝青混合料水穩(wěn)定性和抗松散性能的影響。總結(jié)已有研究成果可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對冷補(bǔ)瀝青液組成配比、冷補(bǔ)瀝青混合料路用性能、施工性能評價指標(biāo)及技術(shù)要求有了系統(tǒng)研究，為冷補(bǔ)瀝青混合料推廣應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

目前我國瀝青路面已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模養(yǎng)護(hù)維修期，全國每年產(chǎn)生的廢舊瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement Material)高達(dá)數(shù)千萬噸，這個數(shù)字還在以每年約15%的速度增長，RAPM多元化高效利用可以發(fā)揮舊料價值，降低材料成本。RAPM再生利用主要包含集料再利用和老化瀝青性能再生，傳統(tǒng)冷再生技術(shù)將RAP充當(dāng)“黑色集料”使用，應(yīng)用層位較低，而熱再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)了老化瀝青部分性能恢復(fù)和廢舊集料再利用，但是熱再生對舊料利用程度低。冷補(bǔ)瀝青中煤油、柴油、汽油等稀釋劑比例高達(dá)20%～30%，根據(jù)老化瀝青再生“相容性理論”、“組分調(diào)節(jié)理論”，稀釋劑有稀釋、滲透功能，能夠提高老化瀝青中的芳香分含量、降低瀝青質(zhì)的相對含量，實(shí)現(xiàn)瀝青組分配比的協(xié)調(diào)，將RAPM應(yīng)用于冷補(bǔ)瀝青混合料既保證RAPM在冷補(bǔ)瀝青混合料中摻量，稀釋劑的再生瀝青作用又實(shí)現(xiàn)了老化瀝青性能恢復(fù)。但是已有研究成果多側(cè)重于冷補(bǔ)瀝青液組成配比和冷補(bǔ)瀝青混合料性能改善方面，尚未開展有關(guān)摻再生料冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度特性、路用性能和疲勞性能等研究工作。為了探討添加再生料冷補(bǔ)瀝青混合料的技術(shù)可行性，本研究將RAPM應(yīng)用于冷補(bǔ)瀝青混合料當(dāng)中，基于室內(nèi)試驗(yàn)研究探討RAPM摻量對冷補(bǔ)瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度、路用性能、疲勞性能的影響，研究成果為高效多元化利用RAPM提供思路，也為摻再生料冷補(bǔ)瀝青混合料推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 試驗(yàn)材料

冷補(bǔ)瀝青由瀝青膠結(jié)料、稀釋劑、添加劑等組分按照一定的比例均勻溶解配制而成，目前冷補(bǔ)瀝青主要有溶劑型、乳化型和反應(yīng)型3種，溶劑型冷補(bǔ)瀝青因成本低、施工和易性好等優(yōu)勢，國內(nèi)對溶劑型冷補(bǔ)瀝青的研究與應(yīng)用也最多。本文采用3種溶劑型冷補(bǔ)瀝青，基質(zhì)瀝青選用秦皇島70#道路石油瀝青，改性瀝青選用4.5%SBS摻量的SBS改性瀝青(I-D)，瀝青各項(xiàng)技術(shù)性能滿足JTG F40-2004規(guī)范要求。稀釋劑為-10#柴油，添加劑為陜西路邦LB-1型冷補(bǔ)瀝青添加劑?；|(zhì)瀝青冷補(bǔ)膠結(jié)料主要配方為：基質(zhì)瀝青75%、-10#柴油稀釋劑23%、LB-1添加劑2%，制備溫度為110 ℃，剪切30 min。改性瀝青冷補(bǔ)膠結(jié)料主要配方為：SBS改性瀝青72%、-10#柴油稀釋劑26%、LB-1添加劑2%(材料配比為質(zhì)量比，下同)。制備溫度為130 ℃，剪切45 min。

回收瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement Material，RAPM)來源于山西某高速公路上中面層SBS改性瀝青混合料，篩除大于20 mm粒徑顆粒后將RAM篩分后分為0～3、3～10、10～15、15～20 mm共4檔，RAP主要性能指標(biāo)滿足JTG F41-2008規(guī)范要求。新集料采用石灰?guī)r碎石與機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，集料各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足JTG F40-2004規(guī)范要求。根據(jù)原材料篩分試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)體工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選用JTG F40-2004推薦的LB-13細(xì)粒式冷補(bǔ)瀝青混合料礦料級配，RAP摻量分別為0、20%、40%、50%、60%，合成級配見表1。

表1 LB-13細(xì)粒式冷補(bǔ)瀝青混合料礦料級配Table 1 LB-13 cold patch asphalt mixture gradationRAP摻量/%通過下列篩孔(mm)的百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075010097.680.451.232.118.412.78.46.34.22010096.481.250.331.517.413.37.86.24.73010096.179.649.430.47.112.47.25.94.44010095.679.148.729.516.411.36.65.73.75010095.278.547.728.415.710.46.15.13.47010094.675.846.726.914.99.65.94.93.2規(guī)范要求10090～10060～9530～6010～405～200～150～120～80～5

2 摻再生料的冷補(bǔ)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

目前國內(nèi)外主要采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和紙跡試驗(yàn)綜合確定冷補(bǔ)瀝青混合料的最佳冷補(bǔ)瀝青用量。室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬歇爾穩(wěn)定度隨冷補(bǔ)瀝青用量增大的變化規(guī)律不明顯，滿足設(shè)計(jì)初始和成型馬歇爾穩(wěn)定度要求的冷補(bǔ)瀝青用量未必是最佳值，通過觀察試紙上墨跡(油斑)數(shù)量和分布情況判斷冷補(bǔ)瀝青用量是否合適，無定量評價指標(biāo)和評判標(biāo)準(zhǔn)，冷補(bǔ)瀝青用量的檢驗(yàn)主要取決于工程經(jīng)驗(yàn)。借鑒JTG F41-2008《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》廠拌乳化瀝青冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)方法，采用“修正馬歇爾法”確定冷補(bǔ)瀝青混合料最佳冷補(bǔ)瀝青用量，并輔以紙跡試驗(yàn)驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)[4-7]預(yù)估冷補(bǔ)瀝青混合料的最佳冷補(bǔ)瀝青含量為4.8%，考慮到RAPM表面有瀝青膜裹附，受柴油稀釋劑浸泡后老化瀝青可能會被還原，恢復(fù)部分黏結(jié)作用，因此適當(dāng)降低了冷補(bǔ)瀝青用量。試驗(yàn)時以4.4%為中值間隔0.4%變化5組瀝青用量，正反各擊實(shí)50次成型馬歇爾試件，不脫模在110 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h，取出后冷卻至60 ℃后趁熱再雙面各擊實(shí)25次，完成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件制備。將馬歇爾試件在25 ℃水浴中保溫24 h，進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)加載速率50 mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著冷補(bǔ)瀝青用量增大，冷補(bǔ)瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，在3.6%～5.2%冷補(bǔ)瀝青用量范圍內(nèi)，12組冷補(bǔ)瀝青混合料劈裂強(qiáng)度均出現(xiàn)了峰值，劈裂強(qiáng)度隨冷補(bǔ)瀝青用量增大有明顯的規(guī)律性，對于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料，在RAP摻量下的0、20%、30%、40%、50%、70%，冷補(bǔ)瀝青混合料峰值劈裂強(qiáng)度對應(yīng)的冷補(bǔ)瀝青用量分別為4.8%、4.5%、4.3%、4.0%、3.9%、3.8%；SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料，在0、20%、30%、40%、50%、70%RAP摻量下，冷補(bǔ)瀝青混合料峰值劈裂強(qiáng)度對應(yīng)的冷補(bǔ)瀝青用量分別為4.9%、4.7%、4.4%、4.1%、3.9%、3.8%，可以發(fā)現(xiàn)，隨著RAP摻量增大，冷補(bǔ)瀝青混合料的峰值劈裂強(qiáng)度對應(yīng)的最佳冷補(bǔ)瀝青用量減小，分析以為，RAPM表面被老化瀝青砂漿包裹，冷補(bǔ)瀝青混合料在拌和合、養(yǎng)生階段，老化瀝青被柴油等溶劑浸泡后析出、融化，老化瀝青可能被還原，起到了新瀝青的黏結(jié)作用。隨著RAP摻量增大，峰值劈裂強(qiáng)度先顯著增大后緩慢降低，2種冷補(bǔ)瀝青混合料均在RAP摻量為30%時劈裂強(qiáng)度達(dá)到最大，相同試驗(yàn)條件，SBS改性瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料增大了40%～60%。進(jìn)一步采用紙跡試驗(yàn)驗(yàn)證峰值強(qiáng)度確定最佳冷補(bǔ)瀝青含量的合理性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油斑墨點(diǎn)接近于冷補(bǔ)瀝青混合料顆粒與白紙接觸面積，冷補(bǔ)瀝青混合料光澤明亮、無流淌、離析，墨跡無連結(jié)成塊和分散現(xiàn)象，說明瀝青用量合適。綜上，以峰值劈裂強(qiáng)度確定的最佳冷補(bǔ)瀝青含量可較好區(qū)分不同改性瀝青種類、劈裂強(qiáng)度對冷補(bǔ)瀝青含量較為敏感，試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律明確，試驗(yàn)方法受力明確，采用“修正馬歇爾法”以濕劈裂強(qiáng)度峰值確定冷補(bǔ)瀝青混合料的最佳冷補(bǔ)瀝青用量是合適的。

(a) 基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)膠結(jié)料

(b) SBS改性瀝青冷補(bǔ)膠結(jié)料

3 冷補(bǔ)瀝青混合料強(qiáng)度特性

3.1 馬歇爾穩(wěn)定度

在上述最佳瀝青用量條件下正反各擊實(shí)75次成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，不脫模在30 ℃恒溫水浴中養(yǎng)生3 h，接著脫模，測試?yán)溲a(bǔ)瀝青混合料的初始馬歇爾穩(wěn)定度。測試初始強(qiáng)度試為了保證冷補(bǔ)瀝青混合料修補(bǔ)坑槽時，初期開放交通不致產(chǎn)生輪跡或者嚴(yán)重車轍病害。正反各擊實(shí)50次成型馬歇爾試件，不脫模在110 ℃烘箱中養(yǎng)生24 h，取出后冷卻至室溫后再雙面各擊實(shí)25次，脫模后在30 ℃恒溫水浴中養(yǎng)生3 h后測試成型馬歇爾穩(wěn)定度，測試成型強(qiáng)度是為了保證冷補(bǔ)瀝青混合料能有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Marshall test results

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在最佳冷補(bǔ)瀝青用量下，12組冷補(bǔ)瀝青混合料的初始、成型馬歇爾穩(wěn)定度均大于規(guī)范要求的3.5、5 kN。相同RAPM摻量，使用SBS改性冷補(bǔ)膠結(jié)料的冷補(bǔ)瀝青混合料比基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)膠結(jié)料有更高的初始和成型馬歇爾穩(wěn)定度。對于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料，RAPM摻量為20%、30%、40%、50%、70%時，初始馬歇爾穩(wěn)定度比為未摻RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料的1.27、1.5、1.16、1.05、0.96倍，成型馬歇爾穩(wěn)定度為未摻RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料的1.23、1.34、1.25、1.04、0.95倍。對于SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料，RAPM摻量為20%、30%、40%、50%、70%時，初始馬歇爾穩(wěn)定度比為未摻RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料的1.19、1.47、1.26、1.14、0.98倍，成型馬歇爾穩(wěn)定度為未摻RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料的1.33、1.44、1.21、1.9、0.96倍，表明隨著RAPM摻量增大，2種冷補(bǔ)瀝青混合料的初始、成型馬歇爾穩(wěn)定度先增大后減小，在RAP摻量為30%時馬歇爾穩(wěn)定度達(dá)到最大，RAPM摻量在70%時，再生料冷補(bǔ)瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度小于未摻再生料冷補(bǔ)瀝青混合料。分析以為，RAPM表面有老化瀝青砂漿裹附，在柴油稀釋劑浸泡后老化瀝青可能會被還原，起到了新瀝青的作用，RAPM與老化瀝青砂漿作用時間長，二者的界面黏附強(qiáng)度大于冷接觸條件下的瀝青與新集料界面作用，稀釋劑有再生老化瀝青功能，使得冷補(bǔ)瀝青混合料內(nèi)部的界面黏附強(qiáng)度和瀝青膠漿之間的黏結(jié)強(qiáng)度有所提高，再者，受行車荷載作用和銑刨、破碎的二次加工的破壞作用，RAPM力學(xué)強(qiáng)度降低、級配變形性大，這些都對馬歇爾穩(wěn)定度有不利影響。此外，隨著RAPM摻量增大，而稀釋劑的再生老化瀝青能力有限，表面老化瀝青未被還原的RAPM僅作為黑色集料，綜合反映在馬歇爾穩(wěn)定度先增大后減小。

3.2 貫入剪切強(qiáng)度

采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型直徑100 mm、高100 mm圓柱體試件，加載速率1 mm/min，試驗(yàn)溫度為60 ℃，貫入剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理嚴(yán)格參照J(rèn)TG D50-2017附錄F進(jìn)行，貫入應(yīng)力系數(shù)取0.34，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 貫入剪切試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 Penetration shear test results

由圖3貫入剪切試驗(yàn)結(jié)果可知，SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料的貫入剪切強(qiáng)度比基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料增大了18%～38%，隨著RAPM摻量增大，冷補(bǔ)瀝青混合料的貫入剪切強(qiáng)度先增大后減小，基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料在RAPM摻量為20%、30%、40%、50%、70%時，貫入剪切強(qiáng)度分別為0.42、0.49、0.44、0.4、0.32 MPa，未摻RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料貫入剪切強(qiáng)度僅為0.34 MPa，RAPM摻量為30%時貫入剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，摻加

20%、30%、40%、50%RAPM的冷補(bǔ)混合料比未摻再生料的冷補(bǔ)瀝青混合料貫入剪切強(qiáng)度提高了23.5%、44.1%、29.4%、17.6%。SBS改性瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料在RAPM摻量為20%、30%、40%、50%、70%時，貫入剪切強(qiáng)度分別為0.51、0.58、0.54、0.48、0.41 MPa，摻加20%、30%、40%、50%RAPM摻量的冷補(bǔ)混合料比未摻再生料的冷補(bǔ)瀝青混合料貫入剪切強(qiáng)度提高了8.5%、23.4%、14.8%、2.1%?？偨Y(jié)主要由2個方面引起，RAP表面老化瀝青稠度大，且為SBS改性瀝青，老化瀝青與新瀝青、稀釋劑交融后相比未摻RAPM冷補(bǔ)液有更大的黏度，從而抗變形能力提高。再者，RAPM力學(xué)強(qiáng)度低、棱角性差且級配變異性大，隨著RAPM摻量增大，RAPM 粗集料之間的骨架嵌擠作用受RAPM的劣化作用影響越明顯，綜合反映在抗剪切強(qiáng)度先增大后減小的變化趨勢。

4 冷補(bǔ)瀝青混合料路用性能

4.1 低溫性能

采用預(yù)切口半圓彎拉試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)綜合評價冷補(bǔ)瀝青混合的低溫抗裂性能，試驗(yàn)溫度采用-10 ℃。半圓彎拉試驗(yàn)采用直徑150 mm，厚度30 mm半圓試件，預(yù)切口深度10 mm，試驗(yàn)加載速率2.54 mm/min，用于模擬冷補(bǔ)瀝青路面開裂后，冷補(bǔ)瀝青混合料抵抗裂縫發(fā)展的能力，試驗(yàn)評價指標(biāo)為開裂應(yīng)變能。低溫小梁彎曲試驗(yàn)試件尺寸250 mm×35 mm×35 mm，試件有效跨徑200 mm，試驗(yàn)加載速率50 mm/min，試驗(yàn)評價指標(biāo)為彎拉強(qiáng)度和彎曲破壞應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 冷補(bǔ)瀝青混合料低溫抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of low temperature crack resistance of cold patch asphalt mixtureRAPM摻量/%開裂應(yīng)變能/Pa彎拉強(qiáng)度/MPa彎曲破壞應(yīng)變/με基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液01 153.292 763.693.124.25894.641 983.42201 678.322 463.353.354.041 021.431 809.34301 847.582 314.333.513.941 194.541 712.43401 569.852 214.893.253.811 001.421 609.31501 358.962 079.423.023.62912.531 543.59701 057.61 868.252.913.45836.641 409.35

由表2可見，對于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料，隨著RAPM摻量增大，開裂應(yīng)變能、彎拉強(qiáng)度、彎曲破壞應(yīng)變均呈先增大后減小的變化趨勢，在RAPM摻量為30%時低溫抗裂性能最優(yōu)，在RAPM摻量20%～40%范圍內(nèi)，再生料冷補(bǔ)瀝青混合料的開裂應(yīng)變增大了36.1%～60.2%、彎拉強(qiáng)度增大了4.2%～12.5%、彎曲破壞應(yīng)變增大了11.9%～33.5%。而對于SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料，相比未參加RAPM的冷補(bǔ)瀝青混合料，在RAPM摻量20%、30%、40%、50%、70%條件下，開裂應(yīng)變能降低了10.8%、16.2%、19.8%、24.7%、32.4%，彎拉強(qiáng)度降低了4.9%、7.3%、10.4%、14.8%、18.8%，彎曲破壞應(yīng)變降低了8.8%、13.7%、18.9%、22.2%、28.9%?；|(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料低溫性能隨RAPM摻量增加的變化趨勢與改性瀝青冷補(bǔ)混合料不同，總結(jié)主要有3個方面原因，①瀝青老化后變硬、變脆，低溫延展性和釋放荷載能力降低，RAPM摻量越大，老化瀝青數(shù)量越多，RAPM削弱冷補(bǔ)瀝青混合料低溫性能越明顯。②隨著RAPM摻量增大，最佳冷補(bǔ)瀝青含量降低，冷補(bǔ)瀝青混合料柔性降低、低溫變形能力衰退。③摻加稀釋劑對老化瀝青性能有一定恢復(fù)功能，老化SBS改性瀝青的性能得到再生，再生后的SBS改性瀝青低溫性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青，但仍不如老化前的SBS改性瀝青。綜合反映在冷補(bǔ)瀝青混合料低溫性能的提高和衰減。

4.2 水穩(wěn)定性

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評價冷補(bǔ)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)方法參照J(rèn)TG E20-2011進(jìn)行，結(jié)果見表3。

表3 冷補(bǔ)瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Water stability test results of cold patch asphalt mixtureRAPM摻量/%凍融劈裂強(qiáng)度比/%馬歇爾殘留穩(wěn)定度/%基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液089.496.493.498.42090.395.194.397.43091.293.393.496.54090.491.195.595.55087.490.393.294.87086.188.491.393.9

由表3可知，使用SBS改性瀝青冷補(bǔ)液，冷補(bǔ)瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比和馬歇爾殘留穩(wěn)定度均隨RAPM摻量增大而降低，基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料隨RAPM摻量增大總體呈下降趨勢，在RAPM摻量為20%～40%時馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比略有提高。不同RAPM摻量的冷補(bǔ)瀝青混合料，凍融劈裂強(qiáng)度比大于85%、馬歇爾殘留物穩(wěn)定度大于90%，說明冷補(bǔ)瀝青混合料有良好的水穩(wěn)定性，RAPM摻量對冷補(bǔ)瀝青混合料水穩(wěn)定性的負(fù)面影響不大。

4.3 高溫穩(wěn)定性

冷補(bǔ)瀝青混合料修補(bǔ)坑槽，在服役期間行車荷載的壓密作用后形成低洼結(jié)構(gòu)面，修補(bǔ)處易受車輛的沖擊荷載作用，這對冷補(bǔ)瀝青混合料的高溫變形能力提出了更高要求。采用車轍試驗(yàn)評價冷補(bǔ)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗(yàn)溫度60 ℃，車轍試件厚5 cm，試驗(yàn)加載速率42次/min，以車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度、加載60 min車轍變形量為評價指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 冷補(bǔ)瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of cold patch asphalt mixture ruttingRAPM摻量/%車轍試驗(yàn)動能穩(wěn)定度/(次·mm-1)加載60 min車轍深度/mm基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液07561 7654.452.94208231 9044.122.65309832 1023.892.45401 0342 3433.652.22501 1042 4043.412.19701 2042 5103.252.12

由表4可知，2種冷補(bǔ)瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動穩(wěn)定度隨著RAPM摻量增大而增大，車轍變形量隨RAPM摻量增大而減小，在20%、30%、40%、50%、70%RAPM摻量下，基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料的動穩(wěn)定度增大了8.9%、30%、36.8%、46%、59.3%，60 min車轍變形量減小了7.4%、12.6%、18%、23.4%、27%，SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料的動穩(wěn)定度增大了7.9%、19.1%、32.7%、36.2%、42.2%，60 min車轍變形量減小了9.9%、16.7%、24.5%、25.5%、27.9%，由此可見，摻加RAPM有利于提高冷補(bǔ)瀝青混合料的抗變形能力，RAPM摻量越大，冷補(bǔ)瀝青混合料的高溫性能越好。

4.4 抗松散性能

采用肯塔堡分散試驗(yàn)評價冷補(bǔ)瀝青混合料黏結(jié)性和模擬車輛荷載作用下集料脫落而散失的程度，試驗(yàn)方法、步驟參照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(T0733-2011)進(jìn)行，以冷補(bǔ)瀝青混合料馬歇爾試件在洛杉磯試驗(yàn)儀中撞擊100、300次，冷補(bǔ)瀝青混合料試件散落材料的質(zhì)量的百分比表示。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 冷補(bǔ)瀝青混合料肯塔堡分散試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Cold patch asphalt mixture Kentberg dispersion test resultsRAPM摻量/%肯塔堡分散撞擊100次的分散損失率/%肯塔堡分散撞擊300次的分散損失率/%基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液改性瀝青冷補(bǔ)液07.84.837.621.5 206.23.632.623.0 304.82.729.624.7 405.73.131.825.1 506.14.233.826.6 707.95.739.728.3

由表5可知，分散撞擊100次的冷補(bǔ)瀝青混合料分散質(zhì)量損失率小于10%，相同撞擊次數(shù)，改性瀝青冷補(bǔ)混合料的質(zhì)量損失遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料，隨著RAPM摻量增大，基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料抗松散性能先是略有提升后緩慢降低，SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料松散質(zhì)量損失隨RAPM摻量增大呈線性關(guān)系增大，松散質(zhì)量損失越小，冷補(bǔ)瀝青混合料的黏結(jié)力越高、抗松散性能越好，由此可見SBS改性瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料的抗松散性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料，摻加20%～40%RAPM有利于提高基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料的抗松散性能，但RAPM對改性瀝青冷補(bǔ)混合料抗松散性能有劣化影響。分析其原因，老化SBS改性瀝青受稀釋劑還原作用后黏結(jié)力優(yōu)于基質(zhì)瀝青，但瀝青老化與再生是不可逆過程，老化瀝青性能不可能完全被恢復(fù)，再生后的瀝青性能不如SBS原樣瀝青。

4.5 冷補(bǔ)瀝青混合料疲勞特性

按照J(rèn)TG E20-2011進(jìn)行四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)(試驗(yàn)方法T0739-2011)，試驗(yàn)選擇300με、400με、600με、1 000με的4個應(yīng)變水平，試驗(yàn)溫度為20 ℃，結(jié)果見表6。

表6 冷補(bǔ)瀝青混合料四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Four-point bending fatigue test results of cold patch asphalt mixtureRAPM摻量/%基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料以下應(yīng)變水平(με)疲勞壽命/次改性瀝青冷補(bǔ)混合料以下應(yīng)變水平(με)疲勞壽命/次3004006001 0003004006001 0000230 984110 43949 54018 685590 854330 956150 97370 93420309 825178 78079 84831 736568 943279 344130 93461 09330359 973190 84489 80033 056520 945259 550115 04446 09440320 984180 94670 93423 656500 934229 05490 93439 86950250 982130 95561 09414 148445 809210 95570 48531 90970210 94599 84432 1097 567389 457170 94549 83316 098

由表6可知，隨著應(yīng)變水平增大，冷補(bǔ)瀝青混合料疲勞壽命呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系減小，在應(yīng)變水平與疲勞壽命的雙對數(shù)坐標(biāo)內(nèi)二者呈良好的負(fù)線性相關(guān)性，擬合優(yōu)化度R2大于0.95。對于基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料，隨著RAPM摻量增大，相同應(yīng)變水平下的疲勞壽命呈先增大后減小的變化趨勢，在RAPM摻量在30%時疲勞壽命出現(xiàn)峰值，RAPM摻量達(dá)到70%時疲勞壽命將小于普通冷補(bǔ)瀝青混合料，因此當(dāng)使用基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)液時，應(yīng)控制RAPM摻量在30%～40%為宜。與基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)混合料不同，隨著RAPM摻量增大，SBS改性瀝青冷補(bǔ)混合料相同應(yīng)變水平下的疲勞壽命呈遞減趨勢衰減，RAPM摻量20%～ 70%范圍內(nèi)，300、400、600、1 000 με水平下的疲勞壽命分別降低3.9%～51.7%、18.5%～93.6%、15.3%～203.1%、16.1%～340.6%，應(yīng)變水平越高，增大RAPM摻量對改性瀝青冷補(bǔ)混合料疲勞壽命的劣化影響越嚴(yán)重。

5 結(jié)論

a.隨著冷補(bǔ)液用量增大，冷補(bǔ)瀝青混合料的濕劈裂強(qiáng)度先增大后減小，濕劈裂強(qiáng)度對冷補(bǔ)瀝青摻量較為敏感，采用“修正馬歇爾法”以濕劈裂強(qiáng)度峰值確定冷補(bǔ)瀝青混合料的最佳冷補(bǔ)瀝青用量是合適的。隨著RAPM摻量增大，冷補(bǔ)瀝青混合料的峰值劈裂強(qiáng)度對應(yīng)的最佳冷補(bǔ)瀝青用量減小，貫入剪切強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、馬歇爾穩(wěn)定度隨RAPM摻量增大而降低。

b.表面層和中面層銑刨的RAPM中含有大量老化SBS改性瀝青，冷補(bǔ)液中稀釋劑對老化瀝青有再生功能，老化瀝青與冷補(bǔ)液混融后基質(zhì)瀝青冷補(bǔ)瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞性能有顯著改善。將RAPM應(yīng)用于冷補(bǔ)瀝青混合料可有效提升廢舊瀝青路面材料的再生利用價值，具有推廣應(yīng)用價值。

c.RAPM摻量對冷補(bǔ)瀝青混合料抗松散性能、路用性能和疲勞性能的影響較為敏感，綜合考慮，建議用于冷補(bǔ)瀝青混合料的適宜RAPM摻量為30%～40%。