高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料性能研究

江名飛

（上饒市鄱陽(yáng)公路事業(yè)發(fā)展中心，江西上饒 333100）

1 引言

交通荷載隨交通經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷增加，公路面層破壞日趨嚴(yán)重。以往對(duì)于破壞的公路面層常采用銑刨重鋪維修方案，這與當(dāng)今節(jié)能減排的主旋律相悖[1]。如何行之有效地貫徹我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排化的公路養(yǎng)護(hù)已成為現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)正探索的重要研究方向。對(duì)廢舊瀝青混合料（RAP）進(jìn)行再生利用，是目前較為主流的破局思路。

有學(xué)者[2]認(rèn)為瀝青混合料老化過(guò)程并未完全改變其基本結(jié)構(gòu)體系，且具有可恢復(fù)性，對(duì)RAP 料中的老化瀝青可通過(guò)摻加再生劑等工藝實(shí)現(xiàn)性能部分或全部恢復(fù)。部分研究者[3]提出在RAP 料中除再生劑外同時(shí)摻配新集料和新瀝青后，通過(guò)再次拌和重鋪實(shí)現(xiàn)再生利用。與之相結(jié)合的廠拌熱再生技術(shù)能夠較好地恢復(fù)舊瀝青混合料性能，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用[4]。摻配RAP 料后的瀝青混合料能一定程度上提升其高溫穩(wěn)定性[5]。另一方面，采用廠拌熱再生方法制取的再生瀝青混合料的RAP 料摻配比例通常在30%以下，這是由于過(guò)高比例的RAP 摻配比例需要大幅提升瀝青混合料加熱溫度，除了能源消耗和氣體排放污染問(wèn)題外，這也將帶來(lái)瀝青的二次老化問(wèn)題，限制了再生瀝青混合料的進(jìn)一步發(fā)展[6]。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，RAP 料再生利用及傳統(tǒng)廠拌熱再生方案方面已有一定的研究基礎(chǔ)，但其固有缺陷仍限制著相關(guān)技術(shù)發(fā)展。而溫拌瀝青技術(shù)的引入能夠較好地彌補(bǔ)RAP 利用率不高等相關(guān)缺陷。本文提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應(yīng)用方案，并對(duì)其路用性能展開(kāi)了深入探討。對(duì)RAP料級(jí)配展開(kāi)分析并評(píng)價(jià)舊瀝青性能指標(biāo)；對(duì)比2%～8%再生劑摻配比例對(duì)再生瀝青性能指標(biāo)的影響規(guī)律，確定合理再生劑摻配比例；對(duì)比溫拌再生瀝青混合料試件在135～165 ℃拌和溫度條件下的路用性能變化規(guī)律，驗(yàn)證其應(yīng)用效果。

2 原材料分析

瀝青混合料的老化主要是指瀝青混合料在荷載、自然環(huán)境如紫外線、水及氧氣等作用下發(fā)生瀝青膠結(jié)料的老化及集料的破碎。

本研究中所用的回收瀝青混合料舊料源于江西省某市政道路上面層AC-16 密級(jí)配瀝青混凝土，原材料組成中的膠結(jié)材料為70#A 級(jí)道路石油瀝青。在對(duì)RAP 料進(jìn)行再生利用前須對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)分析舊料級(jí)配和瀝青老化情況。

2.1 級(jí)配分析

為最大程度確保RAP 料結(jié)構(gòu)層的完整性，采用連續(xù)切割方案進(jìn)行回收，回收的舊料見(jiàn)圖1。為防止對(duì)RAP 料級(jí)配分析結(jié)果產(chǎn)生影響，通過(guò)多次反復(fù)抽提的方法以減少舊瀝青殘留，對(duì)抽提完成后的舊料進(jìn)行烘干和篩分，共進(jìn)行了3 組平行試驗(yàn)，與原設(shè)計(jì)瀝青混合料的油石比數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。可以發(fā)現(xiàn)，3 組數(shù)據(jù)中的抽提瀝青占比平均為4.057%，與原設(shè)計(jì)成果中的4.18%較為接近，這表明抽提瀝青結(jié)果與初始設(shè)計(jì)具備一致性。

圖1 回收的舊料

表1 瀝青抽提數(shù)據(jù)表

將抽提后3 組RAP 料篩分后的平均級(jí)配情況，與原始級(jí)配、AC-16 級(jí)配上下限進(jìn)行對(duì)比，級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。

圖2 RAP 料級(jí)配曲線圖

可以發(fā)現(xiàn)，與原瀝青混合料原始級(jí)配相比，RAP 料級(jí)配曲線在0.075～13.2 mm 范圍內(nèi)均相對(duì)變高，這說(shuō)明集料在長(zhǎng)期施工過(guò)程中發(fā)生了一定程度的細(xì)化，但集料破碎程度相對(duì)較輕，且其級(jí)配分布情況仍符合AC-16 級(jí)配設(shè)計(jì)規(guī)范要求，因此可在不調(diào)整舊料級(jí)配的情況下直接應(yīng)用該批RAP 料。

2.2 再生劑及溫拌劑

本研究選用100%摻配比例的RAP 料制備溫拌再生瀝青混合料，除了不調(diào)整舊料級(jí)配外，同時(shí)在拌和過(guò)程中不再摻加新瀝青，而是在舊瀝青中摻配再生劑實(shí)現(xiàn)再生利用。再生劑中的芳香分成分可與舊瀝青有效相容，補(bǔ)充舊瀝青在長(zhǎng)期使用過(guò)程中流失的輕質(zhì)組分，并恢復(fù)其流變特性，從而實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)瀝青性能指標(biāo)的改善，改變舊瀝青脆硬的宏觀表現(xiàn)，降低其黏度。再生后的瀝青可有效裹覆集料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)RAP 料性能的恢復(fù)，提升其作為面層材料的路用性能。本試驗(yàn)選取的再生劑為ZGSB 型，呈墨棕色。通過(guò)高速剪切機(jī)向旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)所得的老化瀝青中摻配該再生劑，其中攪拌剪切時(shí)間為30 min。

為實(shí)現(xiàn)較好彌補(bǔ)RAP 利用率不高等相關(guān)缺陷，本文將RAP 料的再生利用與溫拌瀝青技術(shù)相結(jié)合，提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應(yīng)用方案。本試驗(yàn)選用的溫拌劑為聚乙烯蠟類降黏型溫拌劑，呈白色顆粒狀。根據(jù)廠家推薦數(shù)據(jù)及相關(guān)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選取再生瀝青質(zhì)量的3%作為溫拌劑外摻比例。

3 再生瀝青性能分析

在3%溫拌劑摻配比例的基礎(chǔ)上，控制2%～8%再生劑摻配比例，分析其對(duì)再生瀝青性能指標(biāo)的影響規(guī)律，以確定合理再生劑摻配比例。檢測(cè)各組再生瀝青試樣的常規(guī)性能表現(xiàn)，包括25 ℃針入度、軟化點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 再生劑比例對(duì)針入度的影響

圖4 再生劑比例對(duì)軟化點(diǎn)的影響

圖5 再生劑比例對(duì)旋轉(zhuǎn)黏度的影響

可以發(fā)現(xiàn)，將不同再生劑摻配比例的再生瀝青性能與原設(shè)計(jì)方案中的70#新基質(zhì)瀝青性能進(jìn)行對(duì)比，70#新基質(zhì)瀝青的25 ℃針入度為65（0.1 mm），軟化點(diǎn)為45.5 ℃，135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度為0.31 Pa·s。分析再生劑比例對(duì)針入度的影響規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)：再生瀝青的針入度與再生劑摻配比例呈正相關(guān)關(guān)系，從老化瀝青的48（0.1 mm）提升到127（0.1 mm），當(dāng)再生劑摻配比例超過(guò)4%時(shí)，舊瀝青的針入度可恢復(fù)至70#基質(zhì)瀝青水平；再生瀝青的軟化點(diǎn)則隨再生劑摻配比例的提升線形下降，從老化瀝青的52.5 ℃降低至42.4 ℃，當(dāng)再生劑摻配比例超過(guò)4%時(shí)，舊瀝青的軟化點(diǎn)可恢復(fù)至70#基質(zhì)瀝青水平；再生瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度與再生劑摻配比例呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，從老化瀝青的0.588 Pa·s 降低至0.078 Pa·s，當(dāng)再生劑摻配比例超過(guò)2%時(shí)，舊瀝青的軟化點(diǎn)即可恢復(fù)至70#基質(zhì)瀝青水平。

綜合考慮再生劑摻配比例對(duì)再生瀝青25 ℃針入度、軟化點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)的影響，最終確定再生劑的摻配比例為4%。

4 再生瀝青性能分析

選用100%摻配比例的RAP 料制備溫拌再生瀝青混合料，溫拌劑和再生劑摻配比例分別為3%和4%，對(duì)比溫拌再生瀝青混合料試件在135～165 ℃拌和溫度條件下的路用性能變化規(guī)律展開(kāi)分析，最終推薦最佳溫拌施工溫度。

4.1 高溫性能分析

通過(guò)全自動(dòng)車轍試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行混合料高溫性能分析，設(shè)定輪壓為0.70 MPa，試驗(yàn)溫度為60 ℃，測(cè)得拌和溫度對(duì)高RAP摻量下溫拌再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度變化，見(jiàn)圖6。

圖6 拌和溫度對(duì)高溫性能的影響

可以發(fā)現(xiàn)，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料動(dòng)穩(wěn)定度呈上升趨勢(shì)，從1 387 次/mm 提升至1 902 次/mm，但隨著伴和溫度的提高提升幅度快速下降，提升至155 ℃后，動(dòng)穩(wěn)定度提升不再明顯。

4.2 低溫性能分析

已有經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)RAP 摻量較高時(shí)，再生瀝青混合料低溫性能易受到不利影響，通過(guò)低溫小梁試驗(yàn)分析高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變的變化，見(jiàn)圖7。

圖7 拌和溫度對(duì)低溫性能的影響

可以發(fā)現(xiàn)，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料最大彎拉應(yīng)變呈先增后降趨勢(shì)，峰值處于155 ℃時(shí)，達(dá)到4 246 με。這是因?yàn)楫?dāng)拌和溫度過(guò)高時(shí)易造成再生瀝青的二次老化，從而引起混合料中膠結(jié)料黏附性下降，宏觀上表現(xiàn)為低溫抗裂性降低。

4.3 水穩(wěn)定性分析

再生瀝青具備憎水特性，而集料有著親水特性，瀝青混合料在水的侵蝕下易發(fā)生瀝青膜剝落現(xiàn)象，通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)分析高RAP 摻量下溫拌再生瀝青混合料殘留穩(wěn)定度變化，見(jiàn)圖8。

圖8 拌和溫度對(duì)水穩(wěn)定性的影響

可以發(fā)現(xiàn)，隨著拌和溫度從135 ℃提升至165 ℃，混合料殘留穩(wěn)定度同樣呈先增后降趨勢(shì)，峰值處于155 ℃時(shí)，達(dá)到88.2%。

綜合考慮拌和溫度對(duì)溫拌再生瀝青混合料試件路用性能的影響，最終推薦了155 ℃的拌和溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出高RAP 摻量下的溫拌再生瀝青混合料應(yīng)用方案，并對(duì)其路用性能展開(kāi)了深入探討，得出如下主要結(jié)論：

1）抽提瀝青占比平均為4.057%，與原設(shè)計(jì)成果中的4.18%接近；

2）集料在長(zhǎng)期施工過(guò)程中發(fā)生了一定程度的細(xì)化，但其級(jí)配分布情況仍符合AC-16 級(jí)配設(shè)計(jì)規(guī)范要求；

3）綜合考慮再生劑摻配比例對(duì)再生瀝青25 ℃針入度、軟化點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)的影響，推薦再生劑的摻配比例為4%；

4）綜合考慮拌和溫度對(duì)溫拌再生瀝青混合料試件路用性能的影響，推薦拌和溫度155 ℃。