穩(wěn)定型橡膠瀝青廠拌熱再生混合料性能研究

曹艷霞 謝天賜 曹果

摘要：文章將基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用相結(jié)合，以穩(wěn)定型橡膠瀝青及橡膠瀝青再生混合料的路用性能研究為切入點(diǎn)，以再生瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與長(zhǎng)期性能驗(yàn)證為落腳點(diǎn)，融合理論分析、試驗(yàn)手段，在廠拌熱再生的基礎(chǔ)上，充分考慮穩(wěn)定型橡膠瀝青的特點(diǎn)，圍繞穩(wěn)定型橡膠常規(guī)物理特性及路用性能開展廣泛的膠結(jié)料試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定型橡膠瀝青;熱再生;性能研究

瀝青路面回收料（RAP）的循環(huán)再生利用是發(fā)展綠色交通、推進(jìn)資源集約利用的重要舉措之一[1]。瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)，是根據(jù)再生路面的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)再生舊料預(yù)處理后的技術(shù)特點(diǎn)，按照瀝青混合料的合成級(jí)配和新礦物的數(shù)量，將一定比例的瀝青和添加劑加入再生瀝青混合料中熱拌、攤鋪和碾壓的再生瀝青路面技術(shù)[2]。傳統(tǒng)的熱再生瀝青路面的長(zhǎng)期性能較差，聚合物改性劑的使用影響了廠拌熱再生的經(jīng)濟(jì)效益，限制了該技術(shù)的廣泛采用。將廢舊輪胎粉碎成橡膠粉制備成橡膠瀝青用于道路建設(shè)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，并成為處理大量舊輪胎的最有效方法之一。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家將橡膠瀝青與再生技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用進(jìn)行研究，以獲得更為優(yōu)異的再生瀝青混合料性能[3]～[4]。

穩(wěn)定型橡膠瀝青常規(guī)物理特性

在橡膠瀝青中摻入特有的礦物活性成分制備成穩(wěn)定型橡膠瀝青，能有效改善傳統(tǒng)橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和抗離析性。為研究穩(wěn)定型橡膠瀝青的特性，本項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)研究方法，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011），選用現(xiàn)代化工廠集中生產(chǎn)的穩(wěn)定型橡膠瀝青，研究其物理特性，并將其與70#道路石油瀝青、SBS改性瀝青及橡膠瀝青進(jìn)行對(duì)比，得到不同瀝青的檢測(cè)結(jié)果見表1。

由表1可知，穩(wěn)定型橡膠瀝青與SBS改性瀝青物理性質(zhì)相對(duì)接近，穩(wěn)定型橡膠瀝青針入度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)能力略高于后者，延度要明顯低于改性瀝青，但比橡膠瀝青要高出約1倍。另外，穩(wěn)定型橡膠瀝青的黏度顯著低于橡膠瀝青，這主要是由于穩(wěn)定型橡膠瀝青經(jīng)過工廠化生產(chǎn)后膠粉與瀝青之間反應(yīng)更加充分，加快了橡膠的脫硫與降解，導(dǎo)致膠粉三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)崩解，分子量下降，綜合導(dǎo)致橡膠瀝青針入度變大、黏度下降，使得穩(wěn)定型橡膠瀝青的施工和易性大幅優(yōu)于橡膠瀝青[1]。

穩(wěn)定型橡膠瀝青再生混合料配合比設(shè)計(jì)

（1）試驗(yàn)原材料分析

試驗(yàn)所用RAP料從某高速公路上面層銑刨獲得，原路面上面層為 4 cm AC-13，采用 SBS 改性瀝青。所用的新料中，粗、細(xì)集料均為花崗巖集料，按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）要求對(duì)集料性能進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。結(jié)果表明，粗、細(xì)集料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）中高速公路及一級(jí)公路表面層瀝青混合料用粗、細(xì)集料的質(zhì)量技術(shù)要求。

技術(shù)指標(biāo)單位試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求試驗(yàn)方法表觀相對(duì)密度—2.670≧2.5T0328砂當(dāng)量%68≧60T0334

（2）級(jí)配

本試驗(yàn)選用的級(jí)配類型為AC-13C，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見表4。

最佳油石比

選用 5 個(gè)水平的RAP摻量 c：0%、20%、30%、40%、50%，采用4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%的油石比 Pa，并采用表 4 中 AC-13C 級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和配合比設(shè)計(jì)。其中，每組有效試件不少于 4 個(gè)。得到不同RAP摻量再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可知，隨著RAP摻量的增加，再生混合料的最佳油石比逐漸下降，各摻量下再生混合料在其最佳油石比下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范要求

穩(wěn)定型橡膠瀝青再生混合料路用性能試驗(yàn)

通過在最佳油石比下，對(duì)不同RAP摻量c：0%、20%、30%、40%、50%的穩(wěn)定型橡膠瀝青混再生混合料進(jìn)行浸水馬歇爾、凍融劈裂、車轍、小梁彎曲等試驗(yàn)，分析RAP摻量對(duì)橡膠瀝青混再生合料水穩(wěn)定性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能的影響。

（1）水穩(wěn)定性

采用凍融劈裂試驗(yàn)?zāi)M潮濕地區(qū)來評(píng)定穩(wěn)定型橡膠瀝青混再生混合料的水穩(wěn)定性能。試驗(yàn)過程參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）。凍融劈裂試驗(yàn)是通過測(cè)定瀝青混合料試件在受到水損壞前后的劈裂破壞強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)通過在最佳油石比下，對(duì)不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料按標(biāo)準(zhǔn)成型馬歇爾試件，正反兩面各擊實(shí) 50 次。凍融劈裂強(qiáng)度比TSR試驗(yàn)結(jié)果見圖1?？傮w來說，橡膠瀝青膠結(jié)料具有較好的水穩(wěn)定性，隨著RAP摻量的增加，水穩(wěn)定性由下降趨勢(shì)變?yōu)樯仙?，主要原因是充分加熱的RAP料中老化的SBS改性瀝青對(duì)集料有良好的包裹性，能較好地保護(hù)瀝青層內(nèi)部。

（2）高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)穩(wěn)定型橡膠瀝青混再生混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)采用不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料在其最佳油石比下制備車轍試件，試件尺寸為300mm×300mm×50mm。試驗(yàn)前，先將試塊與試模一同在60℃環(huán)境中預(yù)熱6h左右。試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的相關(guān)規(guī)定具體操作。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，提高RAP摻量可顯著提升再生混合料的高溫穩(wěn)定性。主要原因在于，橡膠瀝青膠結(jié)料本身具有良好的高溫穩(wěn)定性，加上RAP舊料中老化的SBS改性瀝青，因此隨著RAP摻量增加，瀝青總質(zhì)量占比增加，從而有利于提高高溫穩(wěn)定性。

（3）低溫抗裂性

采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)來評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的低溫抗裂性，并分析RAP對(duì)瀝青混合料低溫抗裂性的影響。試驗(yàn)先按標(biāo)準(zhǔn)制備不同RAP摻量0%、20%、30%、40%、50%的五組再生瀝青混合料在其最佳油石比下的車轍試件，每組一塊試件，然后將其切成尺寸為 250mm×30mm×35mm 的小梁，試驗(yàn)前，先將小梁置于溫度為-10℃的溫濕度試驗(yàn)箱中不少于3h，使試件內(nèi)部溫度達(dá)到要求的試驗(yàn)溫度。試驗(yàn)采用三點(diǎn)加載法，跨徑為 200mm，加載速率為 50mm/min。由試驗(yàn)結(jié)果圖3可知，隨著RAP摻量提高，再生混合料的抗彎拉強(qiáng)度逐漸提高，最大彎拉應(yīng)變下降，說明RAP摻量的增加，使得再生混合料的強(qiáng)度增大、硬度提高，但總體來說，具有較好的低溫抗裂性。

結(jié)語(yǔ)

穩(wěn)定型橡膠瀝青常規(guī)物理特性在針入度、軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)等指標(biāo)方面接近于SBS改性瀝青，延度雖然相較于SBS改性瀝青有所下降，但明顯優(yōu)于傳統(tǒng)橡膠瀝青，且黏度較傳統(tǒng)橡膠瀝青更低，具有更好的施工和易性。

隨著RAP摻量的增加，再生混合料的最佳油石比逐漸下降，各摻量下再生混合料在其最佳油石比下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范要求。

（3）隨著RAP摻量的增加，穩(wěn)定型橡膠瀝青再生混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗彎拉強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，極限彎拉應(yīng)變降低，表明逐漸增加RAP摻量，使得再生混合料強(qiáng)度、剛度提高，但脆性也隨之增大。

參考文獻(xiàn)

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程其瑜，仰建崗，祝譚雍.廠拌熱再生瀝青混合料中RAP摻量對(duì)馬歇爾指標(biāo)的影響分析[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019，15（07）：83-86.

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吳曉霞.高比例RAP摻量橡膠熱再生混合料路用性能與改性機(jī)理研究[J].公路工程，2016，41（04）：118-123.

基金項(xiàng)目：本文系2019年湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目“穩(wěn)定型橡膠瀝青廠拌熱再生混合料性能研究”（項(xiàng)目編號(hào)：19C0690）成果之一。

通信作者：曹艷霞，碩士，講師，從事道路與鐵道工程、建筑工程的教學(xué)和科研研究

第二作者：謝天賜，湖南交通工程學(xué)院土木工程專業(yè)在讀本科生;

第三作者：曹果，碩士，講師，從事建筑工程教學(xué)與科研工作;