高RAP摻量的再生瀝青混合料路用性能研究

金星 吳凡

摘 要：設(shè)計(jì)了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，同時(shí)改變改性瀝青中橡膠粉的摻量，研究高RAP摻量以及橡膠粉摻量對再生瀝青混合料高溫性能、抗水損害性能的影響。結(jié)果表明：高RAP摻量可以提高再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度，但會輕微影響凍融劈裂強(qiáng)度比;橡膠粉摻量在8%～16%范圍內(nèi)，再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比與橡膠粉的摻量成正比。

關(guān)鍵詞：RAP;再生瀝青混合料;路用性能

0 引言

二十一世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)飛速增長，與此同時(shí)，交通運(yùn)輸事業(yè)也取得了前所未有的質(zhì)的飛躍，高等級的公路建設(shè)突飛猛進(jìn)。但是，早期建設(shè)的瀝青公路由于設(shè)計(jì)使用年限的迫近以及車輛數(shù)量、載重的不斷增加，已出現(xiàn)大量的病害，需要進(jìn)行翻修重建。而如何處理道路維修過程中產(chǎn)生的大量瀝青混合料廢棄物（RAP）成了急需解決的一大難點(diǎn)。

再生瀝青混合料是指將RAP破碎處理后當(dāng)作骨料與天然骨料、新瀝青、礦粉混合攪拌而得到的瀝青混合料。再生瀝青混合料的應(yīng)用不僅為處理大量堆積的RAP提供了新的處理方案，解決環(huán)境問題，同時(shí)還可以降低施工成本，帶來不菲的經(jīng)濟(jì)效益。但是再生瀝青混合料中，目前RAP的摻量均不是很高，僅在20%～30%之間，本文以提高RAP摻量為目的，設(shè)計(jì)一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，檢測其路用性能，并分析不同橡膠粉摻量的改性瀝青對再生瀝青混合料路用性能的影響。

1 原材料

1.1 舊瀝青混合料

試驗(yàn)所用的瀝青混合料廢棄物取自南京某高架路面翻修時(shí)產(chǎn)生的廢棄舊料，將其加熱分散后進(jìn)行篩分，篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。并測得表觀相對密度為2.8 g/cm3，吸水率為1.2%。同時(shí)采用離心分離法對RAP進(jìn)行抽提蒸餾，測得RAP中的瀝青含量為4.9%。

1.2 瀝青

試驗(yàn)所用的瀝青是橡膠粉改性瀝青，是由實(shí)驗(yàn)室自制得到。采用市售的殼牌70號基質(zhì)瀝青與8%摻量的橡膠粉在200轉(zhuǎn)速的攪拌機(jī)中混合均勻而得。橡膠粉改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表2。

1.3 天然骨料

試驗(yàn)所用的天然骨料選用玄武巖碎石，共有0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四個(gè)粒徑區(qū)間。其篩分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。

1.4 礦粉

試驗(yàn)所用的礦粉為石灰?guī)r礦粉，表觀密度2.7 g/cm3，含水量0.4%，粒度均在0.15 mm以下，符合規(guī)范要求。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料級配設(shè)計(jì)

混合料的礦料級配設(shè)計(jì)會直接影響到混合料的性能，選用抗車轍變形較為優(yōu)異的級配super-13進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)天然骨料以及RAP的篩分?jǐn)?shù)據(jù)，調(diào)節(jié)各檔骨料的用量，并將其級配進(jìn)行合成，合成級配數(shù)據(jù)見表4，合成級配曲線見圖1。合成級配的各檔骨料比例：RAP：0 mm～3 mm天然骨料：礦粉為83：14：3。

2.2 最佳瀝青用量設(shè)計(jì)

由于RAP中原本含有4.9%的瀝青，說明該RAP在服役的過程中瀝青的損耗量并不多，進(jìn)行最佳瀝青用量設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%五種瀝青用量進(jìn)行制備馬歇爾試件，制得的馬歇爾試件的體積及性能指標(biāo)見圖2。

由圖2可知，在瀝青摻量為1%時(shí)，空隙率最大為5.3%。對曲線進(jìn)行擬合并計(jì)算得到4.0%空隙率對應(yīng)的瀝青摻量為1.7%。此摻量下對應(yīng)的礦料間隙率、飽和度分別為15.3%、71.2%，均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此確定最佳瀝青用量為1.7%。

3 路用性能分析

根據(jù)設(shè)計(jì)好的礦料級配以及最佳瀝青用量進(jìn)行瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)。由于處于沿海地區(qū)，基本無嚴(yán)寒或者冰凍現(xiàn)象，但雨水豐富，所以選擇以高溫性能和抗水損害性能為主。為了比較不同的橡膠粉摻量對瀝青混合料路用性能的影響，共制備8%、12%、16%三種不同橡膠粉摻量的改性瀝青。同時(shí)成型一組不摻RAP的天然骨料瀝青混合料作為對比。各組瀝青混合料具體編號見表5。

3.1 再生瀝青混合料高溫性能

瀝青混合料的高溫性能是指在高溫下承受外界荷載時(shí)抵抗變形發(fā)生的性能。車轍試驗(yàn)可以很好的模擬真實(shí)路面車輛碾壓之后瀝青混合料的變形情況。試驗(yàn)溫度設(shè)定60℃，輪壓固定0.7 MPa不變。需要注意的是，在開始試驗(yàn)之前，需要將車轍試塊置于60℃恒溫環(huán)境下保溫4 h。車轍試驗(yàn)的結(jié)果使用動穩(wěn)定度來表征，動穩(wěn)定度計(jì)算公式見式（1）：

式中，DS是動穩(wěn)定度，單位次/mm，動穩(wěn)定度越大，意味著瀝青混合料的抗車轍性能越優(yōu)異，即高溫下抗變形性能越好;d1、d2分別指的是在T145分鐘和T260分鐘時(shí)對應(yīng)的變形量，單位為mm;C1、C2為試驗(yàn)參數(shù)，取值均為1.0;N是輪碾行進(jìn)的速度，為42次/min。

瀝青混合料車轍試驗(yàn)的結(jié)果見表3。由表3可知，高RAP再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度要顯著高于天然骨料的瀝青混合料，最大可高于Blank組47.5%。這是因?yàn)镽AP在自然條件下長期的服役中，不斷地遭受車輪碾壓以及太陽地紫外線照射，其中包含地瀝青已經(jīng)發(fā)生了老化。而瀝青的老化是一個(gè)油分減少、瀝青質(zhì)增加，低分子組分向高分子組分轉(zhuǎn)變的過程，該過程會導(dǎo)致瀝青變脆變硬。在再生瀝青混合料中含有大量的RAP，從而導(dǎo)致了其動穩(wěn)定度的增大，高溫性能更為優(yōu)異。

觀察表6中3組再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新瀝青中的橡膠粉含量增大，瀝青混合料的動穩(wěn)定度也隨之提高。ZJ-12組的動穩(wěn)定度比ZJ-8組提高了10.9%，ZJ-16組比ZJ-8組提高了15.5%。在橡膠粉摻量大于8%以后，增大橡膠粉摻量對提高動穩(wěn)定度帶來的效果并不顯著。

3.2 再生瀝青混合料抗水損害性能

瀝青混合料的抗水損害性能用凍融劈裂試驗(yàn)的凍融劈裂強(qiáng)度比來表征。凍融劈裂試驗(yàn)使用馬歇爾試驗(yàn)來進(jìn)行。分為兩組，其中一組需在真空飽水之后在-18℃的環(huán)境中冷凍16 h，之后取出在60℃水浴中浸泡24 h，最后將兩組試件同時(shí)置于25℃水域中浸泡2 h后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。凍融劈裂強(qiáng)度比的計(jì)算公式見式（2）：

式中，、分別為未經(jīng)凍融和經(jīng)過凍融的劈裂抗拉強(qiáng)度，單位為MPa;、分別為未經(jīng)凍融和經(jīng)過凍融的劈裂時(shí)荷載值，單位為N;h1、h2為馬歇爾試件的高度，單位mm;TSR為凍融劈裂強(qiáng)度比。

瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知，高RAP摻量的再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比相較于天然骨料的瀝青混合料更低一些。說明高RAP摻量會導(dǎo)致瀝青混合料抗水損害性能不良。這是因?yàn)镽AP中的舊瀝青老化嚴(yán)重，黏度下降，與骨料的粘結(jié)性變差，導(dǎo)致再生瀝青混合料中的空隙率增大;其次是因?yàn)橐徊糠峙f瀝青與新瀝青會發(fā)生膠結(jié)，導(dǎo)致混合料中的有效瀝青降低，這兩個(gè)因素導(dǎo)致了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性較差。橡膠粉摻量在8%～16%的范圍內(nèi)變化時(shí)，凍融劈裂強(qiáng)度比隨橡膠粉摻量的增大而增大。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，并改變改性瀝青中橡膠粉的摻量，研究高RAP摻量以及橡膠粉摻量對再生瀝青混合料性能的影響，得出如下結(jié)論：

（1）高RAP摻量會提高再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度。雖然降低再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比，但仍能滿足規(guī)范要求。

（2）橡膠粉改性瀝青可以提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比。在8%～16%摻量范圍內(nèi)，橡膠粉摻量越高，對再生瀝青混合料性能的提升效果越好。

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