廠拌熱再生瀝青混合料路用性能試驗(yàn)分析

陳家旭

（天津市交通科學(xué)研究院，天津 300300）

我國高等級道路普遍進(jìn)入大中修階段，養(yǎng)護(hù)和改建施工時會產(chǎn)生大量舊料，將這些舊料再生鋪筑瀝青路面，既降低建設(shè)成本，又助于解決廢物處理問題，是舊料再生利用的主要途徑[1～5]；但是由于舊料存在老化程度不同、經(jīng)銑刨后級配變異性過大等問題，會導(dǎo)致瀝青路面耐久性下降[6～8]。目前，在廠拌熱再生瀝青混合料中回收瀝青路面材料（RAP）摻量很低，一般不超過20%[9～10]。本文以天津地區(qū)某高速公路RAP為研究對象，針對不同RAP摻量的廠拌熱再生瀝青混合料路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，為廠拌熱再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)材料

1.1 新添加瀝青

道路石油瀝青采用中海產(chǎn)70號A級，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 新添加瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 新添加集料

1）采用遵化產(chǎn)10～20 mm 和5～10 mm 兩檔石灰?guī)r粗集料，見表2。

表2 粗集料主要技術(shù)指標(biāo)

2）采用遵化產(chǎn)0～5 mm石灰?guī)r細(xì)集料，見表3。

表3 細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)

3）采用遵化產(chǎn)石灰?guī)r礦粉，見表4。

表4 礦粉主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 回收瀝青路面材料

為降低RAP 的變異性，將RAP 分為1#倉和2#倉兩檔，見表5。

表5 RAP主要技術(shù)指標(biāo)

由表5可知，RAP中瀝青的針入度和延度降低，軟化點(diǎn)提高；表明RAP 中的舊瀝青結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，黏度增大、流變指數(shù)下降，從而導(dǎo)致瀝青性能降低，使用時應(yīng)添加再生劑進(jìn)行調(diào)和。擬加入摻量為8%（占RAP質(zhì)量比，下同）的再生劑進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2 摻加RAP混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 級配設(shè)計(jì)

使用AC-20C 型礦料級配進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過調(diào)整使其滿足JTGF 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對AC-20C型級配要求。為盡量消除級配對性能的影響，不斷調(diào)整新料比例，使關(guān)鍵篩孔通過率盡可能相同。見表6。

表6 AC-20C型礦料級配組成%

2.2 確定最佳油石比

采用馬歇爾法進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同摻量的熱再生瀝青混合料最佳總油石比差別非常小，為便于研究，在性能對比試驗(yàn)中，總油石比統(tǒng)一取4.2%。

2.3 RAP混合料

RAP混合料設(shè)計(jì)結(jié)果見表7。

表7 熱再生混合料技術(shù)指標(biāo)

3 路用性能試驗(yàn)研究

按照配合比設(shè)計(jì)所得總油石比成型試件，對RAP摻量為0、30%、40%和50%的熱再生混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性、低溫性能、高溫穩(wěn)定性等路用性能試驗(yàn)研究。

3.1 水穩(wěn)定性能

3.1.1 浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：雙面擊實(shí)75 次成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件；兩組試件分別在60 ℃恒溫水槽中保溫40 min和48 h，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 RAP摻量與殘留穩(wěn)定度比關(guān)系

由圖1可以看出：與普通瀝青混合料相比，RAP摻量30%和40%的熱再生瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度明顯增大；當(dāng)RAP 摻量40%以上時，性能出現(xiàn)明顯下降趨勢。通過分析可知：添加再生劑后舊料性能明顯改善，瀝青與礦料間的黏結(jié)變好；隨著RAP摻量增加，受舊料老化等因素的影響導(dǎo)致馬歇爾試件強(qiáng)度變大，從而使混合料殘留穩(wěn)定度提高；當(dāng)使用50%RAP 時，再生劑不足以改變大部分舊料的性能，使得瀝青與礦料間的黏結(jié)變差，殘留穩(wěn)定度降低。因此，當(dāng)RAP摻量較大時，會逐漸降低熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.1.2 凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：雙面擊實(shí)50 次成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件；在60 ℃恒溫水槽中放入第一組經(jīng)真空飽水后在-18 ℃條件下已放置16 h 的試件,保溫24 h 后將第一組和第二組試件全部浸入25 ℃恒溫水槽中等待2.5 h 后進(jìn)行劈裂試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 RAP摻量與凍融劈裂殘留強(qiáng)度比關(guān)系

由圖2可以看出：與普通瀝青混合料相比，30%和40%RAP 摻量的熱再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比略高于普通瀝青混合料；當(dāng)RAP 摻量達(dá)到50%時，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為74.2%，不符合規(guī)范凍融劈裂殘留強(qiáng)度比≥75%的要求。通過分析可知：添加再生劑后舊料性能明顯改善，瀝青與礦料間的黏結(jié)變好；隨著RAP摻量增加，受舊料老化等因素的影響導(dǎo)致馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度變大，從而使混合料凍融劈裂強(qiáng)度比提高；當(dāng)RAP 摻量＞40%時，再生劑不足以改變大多數(shù)舊材料性能，導(dǎo)致瀝青與骨料之間的附著力變差，在凍融膨脹作用下導(dǎo)致混合料凍融劈裂強(qiáng)度比降低。因此，當(dāng)RAP 摻量超過30%時，摻量的增加會逐漸降低廠拌熱再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.2 低溫抗裂性能

試驗(yàn)條件：采用輪碾法成型車轍板試件并加工成標(biāo)準(zhǔn)尺寸小梁試件；在-10 ℃恒溫水槽中保溫60 min后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 RAP摻量與最大彎拉應(yīng)變關(guān)系

由圖3可以看出：與普通瀝青混合料相比，RAP的加入使熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性逐漸降低，RAP摻量30%的熱再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 075.3，已接近規(guī)范彎拉應(yīng)變≥2 000 要求的極限值。通過分析可知：因RAP摻量的逐漸增加，舊瀝青變多，在低溫作用下混合料整體變脆，再生劑對舊料低溫性能的改善效果有限，熱再生瀝青混合料的彎拉應(yīng)變降低，勁度模量升高，從而影響了混合料的低溫抗裂性能。

3.3 高溫穩(wěn)定性

試驗(yàn)條件：采用輪碾法成型車轍試件，當(dāng)板塊密度達(dá)到馬歇爾試件密度的100%時碾壓中止；將試件在室溫下冷卻24 h后，于60 ℃車轍試驗(yàn)機(jī)中保溫6 h，測定其動穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 RAP摻量與動穩(wěn)定度關(guān)系

由圖4可以看出：與普通瀝青混合料相比，熱再生瀝青混合料動穩(wěn)定度隨RAP摻量增加不斷提高，當(dāng)摻量達(dá)到50%時，動穩(wěn)定度高達(dá)7 241 次/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范動穩(wěn)定度≥1 000次/mm的要求，比未摻加RAP時提高了近4 倍。通過分析可知：當(dāng)RAP 摻量不斷增加時，舊瀝青增多，受舊料老化等因素的影響導(dǎo)致熱再生瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度提高，增強(qiáng)了其在高溫的作用下抵抗車轍變形的能力。因此，適當(dāng)增加RAP 摻量，可以提高廠拌熱再生瀝青混合料的抗車轍能力。

4 結(jié)論

當(dāng)RAP 摻量＜30%時，熱再生瀝青混合料水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性高于普通瀝青混合料；但當(dāng)RAP摻量超過30%后，熱再生瀝青混合料的低溫性能明顯降低，不再滿足規(guī)范技術(shù)要求。因此，對于天津等北方低溫地區(qū)，廠拌熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)時需注意適當(dāng)控制RAP 摻量并適量添加再生劑。試驗(yàn)研究表明：RAP 摻量30%的廠拌熱再生瀝青混合料，摻加8%的再生劑再生后路用性能完全能夠達(dá)到規(guī)范要求，可以在天津地區(qū)推廣應(yīng)用。