高RAP摻量的再生瀝青混合料路用性能研究

史大運(yùn)

（涿州市交通運(yùn)輸局公路工程管理站，河北 涿州 072750）

0 引言

早期建設(shè)的瀝青路面由于使用年限的增加以及交通量、車輛載重的不斷增大，已出現(xiàn)大量病害，需要進(jìn)行翻修重建。翻修重建過程中產(chǎn)生的大量瀝青混合料廢棄物（Reclaimed Asphalt Pavement,RAP）如何處理成為亟待解決的問題。再生瀝青混合料是指將RAP破碎處理后作為骨料與天然骨料、新瀝青、礦粉混合攪拌形成的瀝青混合料。再生瀝青混合料的應(yīng)用不僅為大量RAP的處理提供了新方案，解決了環(huán)境問題，同時(shí)還可以降低施工成本，帶來經(jīng)濟(jì)效益。但是目前再生瀝青混合料中RAP的摻量不是很高，僅為20%～30%。本研究設(shè)計(jì)了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，通過檢測其路用性能，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橋路面翻修時(shí)產(chǎn)生的廢棄舊料，將其加熱分散后進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見表1。測得其表觀密度為2.8g/cm3，吸水率為1.2%。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%。

表1 RAP的篩分結(jié)果

1.2 瀝青

試驗(yàn)所用的瀝青是實(shí)驗(yàn)室自制的橡膠粉改性瀝青，采用市售的殼牌70#基質(zhì)瀝青與8%摻量的橡膠粉在轉(zhuǎn)速200r/min的攪拌機(jī)中混合而得。該橡膠粉改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 橡膠粉改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

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4個(gè)粒徑區(qū)間：0～3mm,3～5mm,5～10mm,10～15mm。天然骨料篩分結(jié)果見表3。

表3 天然骨料篩分結(jié)果

1.4 礦粉

試驗(yàn)所用的礦粉為石灰?guī)r礦粉，表觀密度為2.7g/cm3，含水率為0.4%，粒度均在0.15mm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(huì)直接影響混合料的性能。選用抗車轍變形能力較為優(yōu)異的級配super-13進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)天然骨料及RAP的篩分結(jié)果，調(diào)節(jié)各檔骨料的用量，進(jìn)行級配合成，結(jié)果見表4。合成級配的各檔骨料比例為：RAP∶0～3mm天然骨料∶礦粉=83∶14∶3。

表4 合成級配數(shù)據(jù)

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，說明舊瀝青路面在服役過程中瀝青的損耗量并不多，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%等5種瀝青用量制備馬歇爾試件，制得的馬歇爾試件的性能指標(biāo)如表5所示。

表5 馬歇爾試件的性能指標(biāo)與瀝青用量

由表2可知，當(dāng)瀝青摻量為1%時(shí)，空隙率最大為5.3%。對曲線進(jìn)行擬合，計(jì)算得到空隙率為4.0%對應(yīng)的瀝青摻量為1.7%，此摻量下對應(yīng)的流值、穩(wěn)定度度分別為1.53mm和71.2%，均滿足規(guī)范要求，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)。由于地處沿海地區(qū)，基本無嚴(yán)寒或冰凍現(xiàn)象，但雨水豐富，所以路用性能分析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%等3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組。各組瀝青混合料的制備方法見表6。

表6 瀝青混合料制備方法

3.1 再生瀝青混合料的高溫性能

瀝青混合料的高溫性能是指混合料在高溫下承受外界荷載時(shí)抵抗變形的性能。車轍試驗(yàn)可以很好地模擬真實(shí)路面受車輛碾壓之后瀝青混合料的變形情況。試驗(yàn)溫度設(shè)定為60℃，輪壓固定為0.7MPa。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4h。用動(dòng)穩(wěn)定度來表征車轍試驗(yàn)的結(jié)果。動(dòng)穩(wěn)定度的計(jì)算見式（1）：

式（1）中：DS為動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm），動(dòng)穩(wěn)定度越大，說明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分別為145min和260min時(shí)對應(yīng)的變形量（mm）；C1,C2為試驗(yàn)參數(shù)，取值均為1.0；N為輪碾行進(jìn)的速度，取值為42次/min。

瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知，高RAP再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度顯著高于天然骨料的瀝青混合料，比對比組高47.5%。這是因?yàn)镽AP在自然條件下長期服役的過程中，不斷遭受車輪碾壓以及紫外線照射，其中包含的地瀝青已經(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(huì)導(dǎo)致瀝青變脆、變硬。再生瀝青混合料中含有大量的RAP，從而導(dǎo)致了其動(dòng)穩(wěn)定度增大，因此高溫性能更為優(yōu)異。

表7 瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

觀察表7中3組再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，新瀝青中的橡膠粉含量增大，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也隨之提高。ZJ-12組的動(dòng)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(dòng)穩(wěn)定度帶來的效果并不顯著。

3.2 再生瀝青混合料的抗水損害性能

瀝青混合料的抗水損害性能用凍融劈裂強(qiáng)度比表征。凍融劈裂試驗(yàn)使用馬歇爾試件進(jìn)行，分為兩組，其中一組在真空飽水之后在-18℃的環(huán)境中冷凍16h，之后取出在60℃水中浸泡24h，最后將兩組試件同時(shí)置于25℃水域中浸泡2h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（2）～式（4）中：RT1,RT2分別為未經(jīng)凍融和經(jīng)過凍融的劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）；PT1,PT2分別為未經(jīng)凍融和經(jīng)過凍融的劈裂時(shí)荷載值（N）；h1,h2分別為未經(jīng)凍融和經(jīng)過凍融的馬歇爾試件高度（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8。由表8可知，高RAP摻量的再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比相較于天然骨料的瀝青混合料低一些。說明高RAP摻量會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料抗水損害性能下降。這是因?yàn)椋孩賀AP中的舊瀝青老化嚴(yán)重，黏度下降，與骨料的黏結(jié)性變差，導(dǎo)致再生瀝青混合料的空隙率增大；②一部分舊瀝青與新瀝青發(fā)生膠結(jié)，導(dǎo)致混合料中的有效瀝青含量降低。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。

表8 瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，通過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(huì)提高再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，雖然使得再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比有所降低，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(dòng)穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比。在8%～16%的摻量范圍內(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。