廠拌熱再生RAP的分散特性研究*

萬(wàn)寧， 張爍， 胡林杰

(1.中交路橋華南工程有限公司， 廣東 中山 528403；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

1 RAP分散特性

在熱再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)中，RAP集料的級(jí)配是經(jīng)過抽提將舊集料和舊瀝青分離后篩分得到的，結(jié)合RAP摻配比例與新集料調(diào)整得到總體集料的合成級(jí)配即設(shè)計(jì)級(jí)配。在實(shí)際生產(chǎn)中，RAP表面的瀝青膜在高溫加熱作用下軟化，加入到新混合料的高溫拌和中，在短暫的加熱和離心過程中往往達(dá)不到將舊集料和舊瀝青完全分離的效果，熱再生過程后獲得的瀝青混合料級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配存在一定偏差，導(dǎo)致再生瀝青混合料的路用性能與新拌瀝青混合料存在一定差異。

RAP結(jié)團(tuán)顆粒在高溫作用下產(chǎn)生一定分散和遷移，最終形成的“有效級(jí)配”的集料比表面積高于原RAP級(jí)配，但低于抽提篩分后RAP集料級(jí)配。RAP的分散程度和遷移程度能很好地反映熱再生過程中所獲取的瀝青混合料的級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配的接近程度。下面結(jié)合具體試驗(yàn)測(cè)定不同加熱和拌和溫度下各檔RAP膠團(tuán)分散后的有效級(jí)配，分析不同加熱和拌和溫度對(duì)RAP級(jí)配分散特性的影響，從而確定最佳加熱和拌和溫度。

2 試驗(yàn)方案

熱再生過程中測(cè)定RAP的分散程度需要將拌和后混合料中的新、舊集料分離，常規(guī)試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)。因此，采用工業(yè)鹽替代熱再生過程中的新集料，通過水洗法將拌和后的工業(yè)鹽去除，實(shí)現(xiàn)新、舊集料分離。由于不同粒徑RAP在特定加熱、拌和溫度下的分散程度不相同，為有效評(píng)價(jià)RAP在熱再生過程中的分散特性，對(duì)不同粒徑RAP逐級(jí)測(cè)定其分散程度。

2.1 試驗(yàn)方法

采用佛山一環(huán)西拓舊路改造工程舊路銑刨、破碎的上面層RAP料，其級(jí)配通過直接篩分試驗(yàn)測(cè)定，瀝青含量和集料級(jí)配由抽提及抽提后篩分試驗(yàn)測(cè)定。根據(jù)直接篩分試驗(yàn)結(jié)果將RAP分為13.2～26.5 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、1.18～2.36 mm、0～1.18 mm 6檔，測(cè)定1.18 mm RAP的分散程度。試驗(yàn)方法如下：

(1) 通過抽提及篩分試驗(yàn)測(cè)得各檔RAP的瀝青含量和集料級(jí)配。

(2) 采用四分法，每檔RAP取樣4.0 kg，把各檔RAP原料置于恒溫加熱箱中，采用對(duì)應(yīng)加熱溫度加熱2～3 h。

(3) 把加熱后RAP原料倒入對(duì)應(yīng)拌和溫度的拌和鍋內(nèi)，加入與RAP原料等質(zhì)量的工業(yè)鹽，攪拌120 s后倒出混合料，再翻面倒回拌和鍋內(nèi)繼續(xù)拌和120 s。重復(fù)該操作直至RAP與工業(yè)鹽分散均勻。

(4) 將拌和完成的混合料倒出，采用水洗法去除混合料中的工業(yè)鹽，放置混合料至冷卻后通過篩分試驗(yàn)測(cè)得各檔RAP原料在不同加熱、拌和溫度下形成的RAP“有效級(jí)配”。

(5) 在抽提篩分后得到的各檔RAP集料中加入相應(yīng)瀝青含量的新瀝青，高溫拌和為新瀝青混合料，冷卻后重復(fù)第2～4步，最終測(cè)得各檔RAP原料在不同加熱、拌和溫度下形成的同樣集料級(jí)配且分散均勻的“標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配”。

(6) 計(jì)算各檔RAP在不同溫度條件下形成的集料有效級(jí)配與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配的集料比表面積，據(jù)此計(jì)算其分散度β，公式如下：

βi=SAi/SAi0×100

(1)

式中：βi為第i檔RAP分散度；SAi為第i檔RAP有效級(jí)配的集料比表面積；SAi0為第i檔RAP標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配的集料比表面積。集料比表面積SA按式(2)計(jì)算。

SA=∑(PiFAi)

(2)

式中：Pi為各粒徑的分級(jí)篩余百分率；FAi為相應(yīng)于各粒徑集料的比表面積系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[16]的試驗(yàn)結(jié)果確定(見表1)。

表1 各粒徑集料的比表面積系數(shù)

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示

為研究不同加熱和拌和溫度對(duì)RAP分散程度的影響，分別采用固定115 ℃加熱溫度、變化拌和溫度，固定190 ℃拌和溫度、變化加熱溫度的方法進(jìn)行試驗(yàn)。105 ℃、115 ℃、125 ℃加熱溫度與190 ℃拌和溫度下得到的RAP有效級(jí)配分別記為T105、T115、T125；115 ℃加熱溫度與180 ℃、190 ℃、200 ℃拌和溫度下得到的RAP有效級(jí)配分別記為T180、T190、T200；各檔RAP抽提后集料加入相同新瀝青含量高溫拌和后在相應(yīng)加熱和拌和溫度下所測(cè)得的混合料“標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配”，1.18～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm、13.2～26.5 mm 5檔粒徑RAP分別記為R1、R2、R3、R4、R5。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分散特性分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

各檔RAP在不同加熱和拌和溫度下所測(cè)得的RAP有效級(jí)配和標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配見表2～6。

表2 1.18～2.36 mm RAP級(jí)配分布

表3 2.36～4.75 mm RAP級(jí)配分布

表4 4.75～9.5 mm RAP級(jí)配分布

表5 9.5～13.2 mm RAP級(jí)配分布

表6 13.2～26.5 mm RAP級(jí)配分布

3.2 分散特性分析

根據(jù)式(2)計(jì)算各檔RAP在不同溫度下形成的集料比表面積，結(jié)果見圖1。從圖1可看出：1) 在拌和溫度固定的情況下，隨著加熱溫度的提高，不同粒徑RAP集料最終形成的比表面積增大。2) 在加熱溫度固定的情況下，隨著拌和溫度的提高，不同粒徑RAP集料最終形成的比表面積先增大后減小，4.75～9.5 mm粒徑RAP尤為明顯。說明拌和溫度過高并不利于RAP集料的分散，溫度過高時(shí)RAP中瀝青會(huì)發(fā)生二次老化導(dǎo)致再次結(jié)團(tuán)。拌和溫度為190 ℃更有利于RAP集料的分散。

圖1 RAP礦料比表面積隨溫度的變化

按式(1)計(jì)算各檔RAP在不同溫度下的分散度，結(jié)果見表7。由表7可知：RAP分散度與其比表面積變化規(guī)律類似。各檔RAP的分散度隨著加熱溫度的增高而增大，隨著拌和溫度的增高先增大后減小，說明拌和溫度過高不利于RAP集料的分散，有可能形成二次結(jié)團(tuán)；不同粒徑RAP在相同溫度下的分散度有所不同，13.2～26.5 mm粒徑RAP的分散度最低，2.36～4.75 mm粒徑RAP的分散度最高；對(duì)于粒徑大于2.36 mm的粗型RAP，粒徑越大，分散度越??；粒徑大于9.5 mm RAP的分散度遠(yuǎn)低于粒徑小于9.5 mm RAP的分散度；各檔RAP分散度隨不同加熱、拌和溫度的變化規(guī)律一致，RAP在125 ℃加熱溫度和190 ℃拌和溫度時(shí)分散度最大。

表7 不同溫度下各檔RAP的分散度

4 熱再生混合料配制與路用性能

AC-20C熱再生瀝青混合料配制原料如下：瀝青采用改性瀝青SBS(I-D)；新集料選自廣西象州縣磊石建材有限公司，分為3檔，分別為10～20 mm(記為1#新料)、5～10 mm(記為2#新料)、0～3 mm(記為3#新料)；RAP來自佛山一環(huán)西拓舊路改造工程舊路銑刨、破碎的上面層，分為4檔，分別為20～26.5 mm(記為1#RAP)、9.5～20 mm(記為2#RAP)、4.75～9.5 mm(記為3#RAP)、0～4.75 mm(記為4#RAP)。參考JTG/T 5521—2019《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》及《佛山一環(huán)西拓路改造路面工程質(zhì)量管理手冊(cè)》要求的級(jí)配范圍，結(jié)合粗型RAP分散度較低的試驗(yàn)結(jié)果，擬定混合料摻配比例為m(1#RAP)∶m(2#RAP)∶m(3#RAP)∶m(4#RAP)∶m(1#新料)∶m(2#新料)∶m(3#新料)=5∶5∶7∶8∶46∶12∶17。熱再生過程中RAP原料越好的分散程度越有利于舊瀝青、舊集料與新瀝青、新集料的結(jié)合，從而更接近于設(shè)計(jì)級(jí)配。根據(jù)溫度對(duì)佛山一環(huán)西拓工程舊路銑刨、破碎的上面層RAP原料分散程度的影響，確定熱再生過程中加熱溫度為125 ℃，與新料的拌和溫度為190 ℃。礦料合成級(jí)配見表8。

表8 AC-20C熱再生瀝青混合料礦料合成級(jí)配

根據(jù)合成級(jí)配拌和、成型熱再生混合料試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合確定熱再生瀝青混合料瀝青最佳用量為4.3%，并進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。最佳油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表9，配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果見表10。

表9 熱再生瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表10 配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果

從表9、表10可以看出：AC-20C熱再生改性瀝青混合料目標(biāo)配合比的各項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果均符合JTG/T 5521—2019的要求，也滿足《佛山一環(huán)西拓路改造路面工程質(zhì)量管理手冊(cè)》的技術(shù)要求，具有優(yōu)良的路用性能。

5 結(jié)論

該文通過RAP與同配比新拌瀝青混合料在不同熱再生溫度下形成的級(jí)配對(duì)比，提出一種計(jì)算各檔RAP分散度的試驗(yàn)方法，結(jié)論如下：在125 ℃加熱溫度和190 ℃拌和溫度下RAP的分散效果最佳；加熱溫度升高有利于RAP的分散，拌和溫度過高會(huì)造成RAP中瀝青老化導(dǎo)致二次結(jié)團(tuán)；粒徑越大的RAP，加熱拌和過程中分散度越低。在上述最佳加熱溫度和拌和溫度下熱再生瀝青混合料具有優(yōu)良的路用性能，但如何確定各檔RAP的最佳摻量并通過分散度優(yōu)化熱再生瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)過程仍需進(jìn)一步研究。