RAP摻量對廠拌熱再生瀝青混合料模量影響研究

羅群星，潘惠雄，王文峰，李明堯

1.貴州省凱里公路管理局，貴州 黔東南 556000

2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017

廠拌熱再生混合料作為主要的再生方式之一，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。目前RAP摻量低于25%的廠拌熱再生技術(shù)已較為成熟，再生混合料性能與新拌瀝青混合料的性能相當，部分性能甚至優(yōu)于新拌瀝青混合料[1]。但對于RAP摻量大于25%的再生混合料，在混合料設(shè)計及性能評價方法等方面尚存在諸多技術(shù)瓶頸[2]。文章通過對30%、40%和50%不同RAP摻量的再生混合料動態(tài)模量進行研究，得出RAP摻量與再生混合料模量的關(guān)系，為熱再生混合料配合比設(shè)計及路面結(jié)構(gòu)計算提供參數(shù)依據(jù)。

1 試驗原材料

1.1 瀝青膠結(jié)料

試驗中新加瀝青膠結(jié)料選用70#基質(zhì)瀝青，將RAP料中的回收瀝青與新?lián)綖r青進行調(diào)和。RAP分為粗料和細料兩種，瀝青含量分別為3.9%和4.6%。RAP摻量分別為30%、40%和50%，再生混合料設(shè)計瀝青用量為4.4%。確定回收瀝青與新?lián)綖r青比例分別為29.5∶70.5、39.4∶60.6和49.4∶50.6，調(diào)和后的瀝青膠結(jié)料性能指標如表1所示。

表1 瀝青膠結(jié)料試驗結(jié)果

1.2 集料及級配

新?lián)郊线x擇石灰?guī)r，規(guī)格分4檔，分別記為1#料、2#料、3#料和4#料。RAP料為玄武巖。根據(jù)新料和RAP料的級配組成，設(shè)計了三種不同新舊料摻配比例，如表2所示；各摻加比例的合成級配如表3所示。

表2 集料組成比例表

表3 合成級配表

2 試驗方案

2.1 試件成型

采用標準旋轉(zhuǎn)壓實成型方法制備，然后采用鉆芯機鉆取100mm×150mm（直徑×高度）試件，并采用打磨機處理試件端面使其平滑。測量芯樣的空隙率，根據(jù)空隙率與目標空隙率的偏差來調(diào)整并確定最終所需瀝青混合料的用量，確保將試件的空隙率與目標空隙率的偏差控制在±3%范圍內(nèi)[3]。

2.2 試驗參數(shù)

動態(tài)模量試驗采用了澳大利亞IPC公司的AMPT試驗儀，試驗溫度分別為5℃、20℃、35℃和50℃，頻率分別為25Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz、0.1Hz，荷載為半正弦荷載。試驗過程按照升溫和降頻的順序進行，試件在環(huán)境箱中保溫足夠長的時間以確保試件整體的溫度一致性。動態(tài)模量試驗圖如圖1所示。

圖1 動態(tài)模量試驗

通過測試不同溫度及頻率條件下最后5次加載循環(huán)中荷載的平均幅值、可恢復軸向變形平均幅值，及同一加載循環(huán)下變形峰值與荷載峰值的平均滯后時間，計算再生瀝青混合料的動態(tài)模量[4]。

3 試驗結(jié)果

不同溫度和頻率下各RAP摻量的熱再生瀝青混合料動態(tài)模量結(jié)果如表4所示。

表4 不同頻率和溫度下的再生混合料動態(tài)模量試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，再生瀝青混合料動態(tài)模量具有明顯的頻率依賴性和溫度依賴性[5]，不同RAP摻量的再生瀝青混合料動態(tài)模量具有相似的變化趨勢，隨溫度的降低和頻率的升高而增大。

對不同溫度和荷載作用頻率下的動態(tài)模量，根據(jù)時-溫置換原理對其進行非線性最小二乘法擬合，得到參考溫度為25℃下的動態(tài)模量主曲線（半對數(shù)坐標），如圖2所示。利用該主曲線，可確定瀝青混合料在很高或很低荷載作用頻率下的力學參數(shù)并對其力學性能進行預測，而不必進行極端條件下的試驗。

圖2 不同RAP摻量再生混合料動態(tài)模量主曲線

由圖2可以看出，當RAP摻量為40%時，再生混合料在全頻范圍內(nèi)的動態(tài)模量高頻階段增長較為顯著，當頻率低于1000Hz時，再生混合料動態(tài)模量較低。而且RAP摻量為30%和50%的再生混合料的動態(tài)模量變化趨勢和規(guī)律較為接近，其中RAP摻量為50%的動態(tài)模量在低頻段稍高。因此，RAP摻量的變化對再生混合料的動態(tài)模量影響顯著。

4 結(jié)論

（1）隨著試驗溫度增加，不同RAP摻量的再生混合料模量降低。隨著試驗頻率的增加，不同RAP摻量的再生瀝青混合料模量增加。

（2）在不同的頻率范圍內(nèi)，30%RAP摻量和50%RAP摻量的再生混合料模量變化趨勢一致，40%摻量的再生混合料在低頻范圍內(nèi)模量較低，在高頻范圍內(nèi)模量增加顯著。