上面層高摻量廠拌熱再生混合料配合比及性能研究

孫思威

摘要 文章通過相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)對上面層高摻量廠拌熱再生瀝青混合料配合比及路用性能進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：30%RAP料摻量的AC-13上面層滿足瀝青混合料路用性能技術(shù)要求，并且隨著RAP料摻量的提高，其水穩(wěn)定性能有小幅下降，而動穩(wěn)定度均有所提高。相比新拌瀝青混合料， 30%RAP摻量瀝青混合料具有更好的疲勞性能，條件允許下可在養(yǎng)護(hù)工程中進(jìn)行規(guī)模運(yùn)用。

關(guān)鍵詞 高摻量廠拌熱再生瀝青混合料;高溫性能;低溫性能;疲勞性能

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0076-04

0 引言

隨著我國“十四五”發(fā)展的戰(zhàn)略布局，公路事業(yè)發(fā)展建設(shè)成為重要部分，國省干線公路養(yǎng)護(hù)成為重點(diǎn)問題。廠拌熱再生技術(shù)近年來是路面養(yǎng)護(hù)方向研究的重要課題，廠拌熱再生技術(shù)的應(yīng)用已較為成熟，目前江蘇、浙江、山東等省份在國省干線老路改造中使用較多，而對于銑刨舊料的摻量一般控制在20%以內(nèi)。根據(jù)調(diào)查了解，廠拌熱再生技術(shù)效果較好，江蘇省各地市國省道路面養(yǎng)護(hù)中、下面層基本全部采用廠拌熱再生瀝青混合料。隨著公路里程的不斷增加和老路路面性能逐漸衰減，對老路改造的規(guī)模逐步擴(kuò)大，瀝青路面養(yǎng)護(hù)改造工程中產(chǎn)生的瀝青混合料數(shù)量非常大，常規(guī)廠拌熱再生中銑刨舊料的摻量相比之下較小，因此高摻量廠拌熱再生技術(shù)逐漸成為需要深入探索的問題。高摻量廠拌熱再生一般指舊瀝青用量占瀝青總量的25%以上，但是對于舊瀝青摻量大于25%的再生混合料，對其性能的評價及研究還沒有得出確切而公認(rèn)的結(jié)論[1-3]。因此，如何通過正確的再生混合料設(shè)計，實(shí)現(xiàn)廠拌熱再生的高RAP摻量，減少新集料的使用，實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的節(jié)約利用，降低碳排放量具有突破性的意義。

1 工程概況

基于研究現(xiàn)狀，該文依托某高速公路養(yǎng)護(hù)大中修養(yǎng)修工程，試驗(yàn)段長度為3 km，路段為瀝青路面，已通車十年以上，瀝青層厚度為19 cm，水穩(wěn)碎石層為54 cm，該路段做過超粘磨耗層預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，路面病害以橫向裂縫為主，局部存在龜裂、松散等病害，重車較多，貨車占比達(dá)到38%。

以30%銑刨舊料摻量條件下的AC-13瀝青混合料作為主要研究對象，通過調(diào)配不同摻量的RAP料，并對瀝青混合料進(jìn)行多性能試驗(yàn)，分析不同摻量下性能差異，旨在為后續(xù)廠拌熱再生研究提供參考。

2 試驗(yàn)設(shè)計

2.1 瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1.1 RAP料

銑刨料抽提篩分結(jié)果見表1。

2.1.2 新集料及新瀝青

新料為玄武巖集料，瀝青為SBS改性瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)檢測結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

2.1.3 級配設(shè)計

集料的篩分結(jié)果如表2所示。

根據(jù)RAP材料和新集料的級配，進(jìn)行了30%摻量級配的試驗(yàn)，并與20%摻量各數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，合成級配曲線如表3、表4、圖1所示。

2.2 性能試驗(yàn)

試驗(yàn)對象為30%RAP料摻量的AC-13再生混合料。

2.2.1 水穩(wěn)性能試驗(yàn)

通過浸水馬歇爾穩(wěn)定試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，對摻配比例內(nèi)的廠拌熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能進(jìn)行評價分析。

2.2.2 高溫性能試驗(yàn)

該文采用普通車轍試驗(yàn)對AC-13再生混合料的高溫性能進(jìn)行評價分析。

2.2.3 低溫性能試驗(yàn)

采用低溫小梁試驗(yàn)對AC-13再生混合料的低溫性能進(jìn)行評價分析。

2.2.4 劈裂疲勞試驗(yàn)

采用間接拉伸疲勞試驗(yàn)對AC-13再生瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行評價分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 水穩(wěn)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

從表5中數(shù)據(jù)可以看出，20%、30% RAP料摻量的殘留穩(wěn)定度（RS）分別為90%、88.8%，而規(guī)范中的技術(shù)要求是不小于85%，因此可見兩種摻量下殘留穩(wěn)定度均滿足技術(shù)要求。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，RAP料摻量20%增加至30%，殘留穩(wěn)定度僅下降了1.6%，這也表明了10%RAP料摻量差值對水穩(wěn)定性能影響有限，30%RAP料摻量水穩(wěn)性能仍然較好。另外，20%、30% RAP料摻量TSR分別為91.3%、89.6%，而規(guī)范中的技術(shù)要求是不小于80%，可見均滿足技術(shù)要求。此外，30% RAP料摻量的TSR比20% RAP料摻量要低1.7%，同樣佐證了30%RAP料摻量水穩(wěn)性能較好，與常規(guī)摻量條件下的水穩(wěn)性能相差不大。

3.2 高溫性能試驗(yàn)結(jié)果分析

表6試驗(yàn)結(jié)果表明，20%、30% RAP料摻量的動穩(wěn)定度分別為5 450（次/mm）、7 365（次/mm），均滿足規(guī)范中不小于2 800（次/mm）的技術(shù)要求。另外，結(jié)果顯示大摻量下動穩(wěn)定度增加了1 915（次/mm），可見大RAP摻量下瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性更好，這是因?yàn)闉r青會隨著時間的推移發(fā)生明顯的老化，并且老化是一個持續(xù)的過程，而老化過程中瀝青的主要成分之一輕質(zhì)油分會再發(fā)生揮發(fā)變化，而剩余瀝青中的瀝青質(zhì)會增加瀝青膠漿的黏度，因此隨著RAP摻量增加，瀝青質(zhì)含量會同步增加，從而使瀝青混合料內(nèi)部粘結(jié)性增強(qiáng)，提升瀝青混合料的高溫抵抗變形能力。

3.3 低溫性能試驗(yàn)結(jié)果分析

從表7中數(shù)據(jù)可以看出，30%RAP料摻量條件下，各組試驗(yàn)破壞應(yīng)變均大于技術(shù)要求2 500 με，其中試驗(yàn)中破壞應(yīng)變最小值為2 610 με，最大值為2 948.4 με，平均值為2 819.5 με，勁度模量平均值為4 675.5 MPa?？梢?0%RAP料摻量條件下，瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能。

3.4 劈裂疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果分析

目前，隨著交通量整體式增長，對道路耐久性、長壽命等技術(shù)要求越來越高，而RAP摻量瀝青混合料的耐久性、疲勞性能是關(guān)注的重點(diǎn)。該文根據(jù)試件位移變化曲線的第二個反彎點(diǎn)來確定試件的疲勞壽命[4-5]。不同應(yīng)力比條件下的疲勞次數(shù)見表8，疲勞試驗(yàn)結(jié)果見圖2、圖3。

可看出隨著應(yīng)力比的增加，瀝青混合料的疲勞性能下降，并且兩種瀝青混合料的應(yīng)力比—疲勞壽命擬合的線性方程可靠度均在0.98以上，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和擬合的線性方程具有很高的可信度。另外，由表9可知在同應(yīng)力條件下，兩種瀝青混合料相差較小，表征疲勞敏感度的|a|值在摻加RAP料后有所增大，增加幅度為6.66%，再生類混合料相較于新拌混合料疲勞敏感度增大是必然的趨勢，主要是由于RAP中裹覆于集料表面的瀝青在經(jīng)過水、溫、光等外界條件作用后發(fā)生了一定程度的老化，從而使性能有所下降，表現(xiàn)形式為對外界作用的敏感性較弱;表征疲勞壽命的b值在摻加RAP料后下降了0.37%，可見混合料疲勞壽命降低極小。

總而言之，作為瀝青混合料上面層，再生瀝青混合料性能有尚佳表現(xiàn)，同時30%RAP摻量能夠充分利用廢舊銑刨料，降低工程養(yǎng)護(hù)成本。從道路養(yǎng)護(hù)工程全壽命周期角度看，再生混合料具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且根據(jù)后期對試驗(yàn)路段的跟蹤觀測得知，裂縫病害出現(xiàn)的頻次相對較少，車轍病害基本鮮有出現(xiàn)。在試驗(yàn)路段通車較長時間后，對廠拌再生路面進(jìn)行多次的觀測，重點(diǎn)是路面外觀包括裂縫和瀝青膜的剝落情況，首先查閱了原路面在實(shí)施罩面前的病害及處理情況，對照原裂縫處治樁號，未發(fā)現(xiàn)原裂縫位置有持續(xù)發(fā)育的反射裂縫，步檢全部試驗(yàn)段，也未發(fā)現(xiàn)有裂縫、坑洞病害。從骨料表面瀝青膜剝落的情況看，經(jīng)過較長期車輛荷載作用，路面骨料突起部分瀝青膜均出現(xiàn)剝落，已經(jīng)很難區(qū)分表面剝落的是RAP還是新集料。對試驗(yàn)路段構(gòu)造深度、抗滑性能及滲水系數(shù)進(jìn)行了多次檢測，結(jié)果均能滿足設(shè)計要求[6-7]。其中構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)指標(biāo)在后期觀測中較工后數(shù)據(jù)有所上升，為試驗(yàn)段通車前期部分粗集料瀝青膜脫落后集料棱角性暴露后增加了摩擦力所致，之后隨通車時間增加，抗滑性能出現(xiàn)緩慢衰減，為主車道輪跡帶經(jīng)汽車行駛作用下正常的衰減。由此可見，該技術(shù)的運(yùn)用具有良好的適用性，因此，在養(yǎng)護(hù)工程中可對高摻量瀝青混合料進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用。

4 結(jié)論

（1）30%RAP料摻量的AC-13滿足水穩(wěn)性能技術(shù)要求，RAP摻量對水穩(wěn)定性能影響較小。

（2）20%與30%RAP料摻量瀝青混合料的動穩(wěn)定度滿足技術(shù)要求，隨著RAP料摻量的提高，其動穩(wěn)定度均有所增加。

（3）30%RAP料摻量條件下，勁度模量為4 675.5 MPa，低溫小梁破壞應(yīng)變?yōu)? 819.5 με，符合技術(shù)要求。

（4）30%RAP摻量瀝青混合料的疲勞壽命與新拌瀝青混合料較為接近，可見前者具有良好的疲勞性能。

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