RAP溫度對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度的影響研究

王友福 王偲 朱弘宇 趙學(xué)穎 王中帥

摘要 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，將廢舊瀝青混合料（RAP）用于現(xiàn)場(chǎng)冷再生施工瀝青路面封層的路面養(yǎng)護(hù)案例越來(lái)越多。盡管如此，目前針對(duì)制備泡沫瀝青冷再生混合料所用原材料的溫度對(duì)混合料使用性能的影響研究仍尚存欠缺。因此，該研究將以此為切入點(diǎn)，通過(guò)浸水劈裂試驗(yàn)分析RAP溫度、泡沫瀝青溫度與用量對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料強(qiáng)度與使用性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于不同的RAP溫度與瀝青溫度，其最佳瀝青用量不同，同時(shí)當(dāng)RAP溫度更高時(shí)，即RAP溫度為55℃時(shí)，泡沫冷再生瀝青混合料強(qiáng)度更高，使用性能更好，由此推知夏季高溫季節(jié)更適合進(jìn)行就地冷再生瀝青混合料封層施工。

關(guān)鍵詞 廢舊瀝青混合料（RAP）;溫度影響;泡沫瀝青;冷再生混合料

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0169-03

0 引言

泡沫冷再生瀝青混合料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)的各級(jí)公路養(yǎng)護(hù)，尤其是就地冷再生技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，泡沫瀝青由溫度介于160～180 ℃的瀝青結(jié)合料、冷水與空氣混合，經(jīng)攪拌發(fā)泡后制備。眾所周知，溫度對(duì)于瀝青混合料性能具有較大影響，故溫度對(duì)于泡沫冷再生瀝青混合料的使用性能亦具有較大影響。目前，已經(jīng)有大量研究人員針對(duì)不同泡沫瀝青溫度對(duì)于泡沫瀝青混合料使用性能影響開(kāi)展研究。Brennen等經(jīng)過(guò)研究表明當(dāng)泡沫瀝青的制備溫度為160 ℃，水的摻加量為2%時(shí)，泡沫瀝青的膨脹比與半衰期最佳[1];Mohammad等認(rèn)為對(duì)于PG 58-28的瀝青混合料，最佳用水量為2.75%[2];Marquis等研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于PG 64-28的瀝青混合料，當(dāng)最佳用水量為3.0%，溫度為160 ℃時(shí)，泡沫瀝青的膨脹率為11%，半衰期為8.5 s[3]。綜上，盡管目前已經(jīng)開(kāi)展了大量針對(duì)泡沫瀝青溫度對(duì)于混合料的使用性能影響的研究，然而關(guān)于冷再生泡沫瀝青混合料使用性能受RAP溫度與泡沫瀝青溫度的影響尚且存疑[4-6]。冷再生泡沫瀝青混合料中應(yīng)用RAP充當(dāng)集料，而RAP性能與普通集料差別較大，其表面完全或部分附著已經(jīng)完全老化硬化的瀝青膠漿，且RAP經(jīng)過(guò)破碎后而得，其級(jí)配已與普通集料差距較大，此時(shí)再利用泡沫瀝青作為冷再生混合料的瀝青結(jié)合料，其使用性能必然與新拌泡沫瀝青混合料差距較大。因此，該研究將以此為切入點(diǎn)，通過(guò)浸水劈裂試驗(yàn)分析研究RAP溫度、泡沫瀝青溫度與用量對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料使用性能的影響，以期為提升泡沫瀝青冷再生混合料長(zhǎng)期使用性能提供參考。

1 試件制備與試驗(yàn)條件

該研究RAP用量為100%，水泥摻量為1.5%，泡沫瀝青的用水量為3%。旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的泡沫瀝青混合料試件在40 ℃條件下養(yǎng)生3天并且在室溫條件下冷卻2 h后，放入25 ℃水中浸泡使其充分飽水。

該研究選擇的控制變量為：瀝青溫度、RAP溫度、泡沫瀝青用量。其中瀝青溫度為：160 ℃、180 ℃;RAP溫度為：25 ℃、40 ℃、55 ℃;泡沫瀝青用量為：1%、2%、3%。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

不同瀝青溫度、RAP溫度與泡沫瀝青用量條件下的冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

通過(guò)表1結(jié)果可以看出，當(dāng)RAP溫度更高時(shí)，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度更高，使用性能更好。這一結(jié)果表明夏季高溫條件下銑刨而得的RAP，用于就地冷再生瀝青混合料封層施工，可能強(qiáng)度與使用性能優(yōu)于其他季節(jié)條件時(shí)施工的路面封層。為了進(jìn)一步分析表1數(shù)據(jù)，將不同條件下冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂試驗(yàn)結(jié)果的平均值繪制如圖1所示。

通過(guò)圖1可以更加清晰地看出當(dāng)瀝青與RAP溫度更高時(shí)，泡沫冷再生瀝青混合料強(qiáng)度更高。這可能是由于當(dāng)RAP溫度更高時(shí)，對(duì)于瀝青泡沫在RAP表面的消散具有幫助作用，從而形成更加均勻的膠漿體系，使得浸水劈裂強(qiáng)度更高，使用性能更好，并且溫度更高的RAP可以使得泡沫瀝青能夠更好地發(fā)揮其粘結(jié)作用。進(jìn)一步觀察圖1（a）、（b）、（c），當(dāng)泡沫瀝青用量為1%，瀝青溫度為180 ℃時(shí)，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度隨著RAP溫度的升高先增加后減小，RAP最佳溫度介于25～55 ℃之間，而在該研究中的其他泡沫瀝青用量和瀝青溫度條件下，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度均隨著RAP溫度的提高不斷增大，此時(shí)的RAP最佳溫度通過(guò)該次試驗(yàn)并不能夠觀察得到。這可能是由于當(dāng)泡沫瀝青用量為1%時(shí)，泡沫瀝青用量較小，當(dāng)瀝青溫度提升至180 ℃時(shí)已經(jīng)能夠充分發(fā)揮泡沫瀝青的粘結(jié)作用，而對(duì)于其他泡沫瀝青用量（當(dāng)泡沫瀝青用量為2%、3%時(shí)），若僅為獲得更高的浸水劈裂強(qiáng)度，可能能夠通過(guò)進(jìn)一步提高瀝青溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而，大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，若瀝青溫度進(jìn)一步提升，瀝青老化現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其是當(dāng)瀝青溫度超過(guò)180 ℃時(shí)，故不斷提高瀝青溫度可能亦無(wú)法獲得更高的浸水劈裂強(qiáng)度與再生混合料使用性能。因此，對(duì)于如何能夠獲得更高的浸水劈裂強(qiáng)度，需要后續(xù)進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)研究。

為了進(jìn)一步分析泡沫瀝青用量對(duì)冷再生泡沫瀝青混合料使用性能的影響，不同RAP溫度下冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

通過(guò)圖2可以看出，除瀝青溫度為160 ℃，RAP溫度為55 ℃外，當(dāng)泡沫瀝青的用量為2%時(shí)，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強(qiáng)度均最大。瀝青溫度為160 ℃，RAP溫度為55 ℃，為本次試驗(yàn)的最高RAP溫度與最低瀝青溫度。故該條件下混合料浸水劈裂強(qiáng)度并未在2%泡沫瀝青用量時(shí)取得最大值，可能是由于此時(shí)RAP溫度相較于瀝青溫度較高，瀝青溫度與RAP溫度的匹配性較差，不能獲得更高的浸水劈裂強(qiáng)度與更加理想的使用性能。

因此，該研究推薦：當(dāng)泡沫瀝青推薦用量為2%時(shí)，瀝青推薦溫度為180 ℃，RAP推薦溫度為55 ℃;當(dāng)泡沫瀝青推薦用量為1%時(shí)，瀝青推薦溫度為160 ℃，RAP推薦溫度為55 ℃。

3 結(jié)論

盡管目前已經(jīng)開(kāi)展了大量針對(duì)泡沫瀝青溫度對(duì)冷再生瀝青混合料使用性能影響的研究，然而針對(duì)RAP溫度、瀝青用量與溫度對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料性能影響的研究仍存不足。因此，該研究從這一點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)浸水劈裂試驗(yàn)，研究不同RAP溫度（25 ℃、40 ℃、55 ℃）、瀝青溫度（160 ℃、180 ℃）與泡沫瀝青用量（1%、2%、3%）條件下，泡沫瀝青冷再生混合料的強(qiáng)度和使用性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)RAP溫度更高時(shí)，泡沫冷再生瀝青混合料強(qiáng)度更高，這可能是由于高溫條件對(duì)RAP表面的泡沫瀝青消散起到幫助作用，能夠形成更加均勻的膠漿體系，提高了浸水劈裂強(qiáng)度，優(yōu)化了使用性能。因此，該研究推薦在夏季高溫季節(jié)施工就地冷再生瀝青混合料封層。

參考文獻(xiàn)

[1] Brennen， M.， Tia， M.， Altschaeffl， A. G.， and Wood， E. L. （1983）.“Laboratory investigation of the use of foamed asphalt for recycled bituminous pavements.” Transportation Research Record 911， Transportation Research Board， Washington， DC， 80–87.

[2] Mohammad， L. N.， Abu-Farsakh， M. Y.， Wu， Z.， and Abadie， C. （2003）. “Louisiana experience with foamed recycled asphalt pavement base materials.” Transportation Research Record 1832， Transportation Research Board， Washington， DC， 17–24.

[3] Marquis， B.， et al. （2003）. “Design， construction and early performance of foamed asphalt full depth reclaimed （FDR） pavement in Maine.” Proc.， 82nd TRB Annual Meeting （CD-ROM）， Washington， DC.

[4]叢培， 凌濤. 泡沫瀝青冷再生混合料疲勞特性及其長(zhǎng)壽命冷再生瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 公路， 2021（12）： 8-16.

[5]余暉， 鄭炳鋒， 黃毅， 等. 泡沫溫拌再生瀝青混合料力學(xué)性能研究[J]. 中外公路， 2021（4）： 277-281.

[6]竇志榮. 基于泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料基體的半柔性路面路用性能研究[J]. 中華建設(shè)， 2021（8）： 50-51.