熱再生瀝青混合料路用性能影響因素研究

摘要：為研究熱再生瀝青混合料技術(shù)性能，文章基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，采用動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、半圓彎拉試驗(yàn)評(píng)價(jià)了RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間對(duì)AC-20型再生混合料路用性能的影響。結(jié)果表明：RAP可以提高再生瀝青混合料的高溫性能，RAP摻量越高，再生混合料的動(dòng)態(tài)模量越大，但RAP的摻入會(huì)降低再生瀝青混合料的低溫性能；隨RAP預(yù)熱溫度提高或拌和時(shí)間延長(zhǎng)，再生瀝青混合料的高低溫性能及水穩(wěn)定性均得到改善，RAP摻量與RAP預(yù)熱溫度對(duì)再生瀝青混合料高溫性能的影響程度為顯著，熱拌再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)著重控制RAP摻量穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：路面回收瀝青混合料；配合比；正交試驗(yàn)；顯著性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.03 A 09 025 3

0 引言

瀝青路面是我國(guó)高速公路主要路面結(jié)構(gòu)形式，其具有行車(chē)舒適性好、鋪筑后通車(chē)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，但是瀝青路面在行車(chē)荷載及自然條件作用下易發(fā)生老化損害。老化損害造成裂縫、松散坑槽等病害，此時(shí)瀝青路面需要進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，而路面維修養(yǎng)護(hù)會(huì)產(chǎn)生大量的路面回收瀝青混合料（RAP）［1］。回收瀝青混合料的棄用堆放不僅污染環(huán)境，也造成了大量的資源浪費(fèi)，因此如何對(duì)廢棄瀝青混合料進(jìn)行再生循環(huán)利用，是道路科研工作者重要的研究方向。

我國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)始開(kāi)展瀝青路面再生領(lǐng)域的研究，交通運(yùn)輸部在1982年正式將瀝青路面再生科研項(xiàng)目列為重點(diǎn)科技項(xiàng)目，2008年頒布了《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）。瀝青路面再生技術(shù)目前主要可以分為熱再生和冷再生兩類(lèi)。熱再生技術(shù)是指對(duì)RAP進(jìn)行加熱，再加入新瀝青、再生劑及新礦料對(duì)舊混合料拌和再生，相對(duì)冷再生技術(shù)，其再生效率更高，RAP利用率也較高，因此應(yīng)用相對(duì)廣泛。瀝青混合料熱再生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，再生混合料質(zhì)量受到RAP老化程度、RAP摻量、拌和溫度及時(shí)間等多重因素影響［2］。目前，大多數(shù)工程的RAP再生生產(chǎn)工藝參數(shù)都依賴(lài)于工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論指導(dǎo)，因此本文擬從再生混合料路用性能等方面，展開(kāi)熱拌再生瀝青混合料技術(shù)研究，以期為生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程提供理論依據(jù)。

1 原材料

1.1 新瀝青

新瀝青選用東海牌70#A級(jí)瀝青，性能指標(biāo)如表1所示。

1.2 舊瀝青混合料

RAP來(lái)自防東高速公路銑刨料，現(xiàn)場(chǎng)銑刨料級(jí)配變異性大，不利于再生瀝青混合料研究，因此后續(xù)將對(duì)其進(jìn)行篩分處理。

1.3 新集料

采用石灰?guī)r作為新集料，摻入RAP中調(diào)節(jié)級(jí)配，粗細(xì)級(jí)配的主要性能指標(biāo)如表2所示。

2 再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 RAP破碎與篩分

RAP銑刨料粒徑均勻性較差，級(jí)配穩(wěn)定性不良，對(duì)RAP進(jìn)行篩分，取 0～5 mm，5～10 mm及 10～20 mm粒徑RAP作為試驗(yàn)研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行離析分離試驗(yàn)，測(cè)定級(jí)配如表3所示。

2.2 再生瀝青混合料合成級(jí)配

再生瀝青混合料一般應(yīng)用于中下面層，本文采用AC-20作為研究目標(biāo)級(jí)配，參考表2，以RAP各檔粒徑比例 0～5 mm∶5～10 mm∶10～20 mm=3∶4∶3合成級(jí)配，新集料按照RAP摻比及RAP合成級(jí)配反算計(jì)算摻入量。AC-20再生瀝青混合料合成級(jí)配如表4所示。

2.3 油石比的確定

參考《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521-2019）進(jìn)行再生混合料馬歇爾試驗(yàn)，初擬RAP預(yù)熱溫度為 120 ℃，新集料加熱溫度為 170 ℃，新瀝青加熱溫度為 160 ℃，拌和順序?yàn)橄认蝾A(yù)熱后的RAP中加入新集料拌和均勻 60 s，再加入新瀝青拌和均勻，最后加入礦粉拌和完成混合料制備。

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定RAP摻量分別為15%、25%、35%時(shí)，再生混合料最佳新瀝青用量分別為3.9%、3.4%、3.1%。

3 再生混合料路用性能研究

影響再生混合料路用性能的主要有原材料及生產(chǎn)工藝兩個(gè)方面，包括RAP摻量，RAP來(lái)源及破損方式、生產(chǎn)拌和時(shí)間及溫度等因素。本文主要考慮RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及混合料拌和時(shí)間（拌和時(shí)間定義為：RAP與新集料拌和 1 min后，加入瀝青后再次拌和的時(shí)間）三個(gè)因素對(duì)再生混合料路用性能影響。

3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮本文試驗(yàn)量較大，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行再生混合料路用性能影響因素研究。參考前人研究，擬定各試驗(yàn)因素水平如表5所示。

3.2 路用性能分析

依據(jù)表5試驗(yàn)參數(shù)制備再生混合料，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、半圓彎拉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

采用均值分析法對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。均值分析法是指求得不同因素相同水平試驗(yàn)組結(jié)果的算術(shù)平均值，并用該值表征評(píng)價(jià)該因素水平對(duì)瀝青混合料的影響。

3.2.1 高溫穩(wěn)定性

RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間對(duì)瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量的影響如圖1所示。

（1）RAP對(duì)再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能具有改善作用。由圖1可知，隨著RAP摻量水平提高，再生瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量持續(xù)提高。這是因?yàn)楦逺AP摻量提升了再生瀝青混合料中舊瀝青比例，從而提高了再生瀝青的軟化點(diǎn)。瀝青混合料抗變形能力提升，表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)模量增大［4］。

（2）提高RAP預(yù)熱溫度或延長(zhǎng)拌和時(shí)間，均可改善再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。由圖1可知，隨RAP預(yù)熱溫度或拌和時(shí)間水平的提高，瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量增大。這是因?yàn)闇囟仍礁撸f瀝青能夠更好地軟化，便于新舊瀝青融合，而拌和時(shí)間延長(zhǎng)有利于新集料與RAP充分混合均勻，新瀝青可與RAP更好地接觸，因此提高RAP預(yù)熱溫度或延長(zhǎng)拌和時(shí)間均有利于新瀝青對(duì)RAP的再生，提高再生混合料高溫性能。

3.2.2 低溫抗裂性

RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間對(duì)瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度的影響如圖2所示。

（1）隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的低溫抗裂性能降低。由圖2可知，隨RAP摻量水平的提高，低溫半圓彎拉試驗(yàn)中抗彎拉強(qiáng)度逐漸降低，RAP摻量為15%時(shí)抗彎拉強(qiáng)度為 9.74 MPa，當(dāng)RAP摻量為35%時(shí)抗彎拉強(qiáng)度下降到 8.08 MPa，下降了17%。

（2）隨RAP預(yù)熱溫度提高或拌和時(shí)間延長(zhǎng)，再生瀝青混合料的低溫性能有所改善。這是因?yàn)樘岣逺AP預(yù)熱溫度或者延長(zhǎng)拌和時(shí)間，均有利于新瀝青對(duì)RAP的再生，RAP再生程度越高，再生瀝青混合料的路用性能越好。

3.2.3 抗水損害性

RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間對(duì)瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度的影響如圖3所示。

（1）隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能先增加后減小。由圖3可知，凍融劈裂強(qiáng)度比曲線(xiàn)呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì)，RAP摻量為25%時(shí)再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比最大。這是因?yàn)殡SRAP摻量增加，瀝青混合料中總瀝青用量增大，瀝青膜厚度增大，水不易侵入瀝青與集料接觸面，從而提升水穩(wěn)定性，而隨RPA摻量持續(xù)增加，再生混合料中老化瀝青含量偏高，降低了集料與瀝青的粘附性，故導(dǎo)致凍融劈裂強(qiáng)度比下降，水穩(wěn)定性能降低［5］。

（2）提高RAP預(yù)熱溫度或延長(zhǎng)拌和時(shí)間有利于提高再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能。由圖3可知，隨RAP預(yù)熱溫度水平或拌和時(shí)間水平提高，再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比增大，這與前文分析一致，提高預(yù)熱溫度或拌和時(shí)間，可提高RAP在再生混合料中的分散程度，RAP再生效果更好，因此再生混合料水穩(wěn)定性能得到提升。

3.3 影響因素顯著性分析

為對(duì)再生混合料生產(chǎn)質(zhì)量準(zhǔn)確掌控，探究RAP摻量、RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間3個(gè)因素對(duì)再生混合料性能的影響程度分析，本文基于SPSS軟件對(duì)表6數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如后頁(yè)表7所示。

由表7可知，RAP摻量與RAP預(yù)熱溫度對(duì)再生瀝青混合料的P值＜0.05，說(shuō)明其對(duì)再生瀝青混合的高溫性能為顯著影響。各因素對(duì)再生瀝青混合料高溫性能及低溫抗性能影響程度排序?yàn)椋篟AP摻量gt;RAP預(yù)熱溫度gt;拌和時(shí)間，對(duì)再生瀝青混合料水穩(wěn)性能影響程度排序?yàn)椋篟AP摻量gt;拌和時(shí)間gt;RAP預(yù)熱溫度。因此熱拌再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)著重控制RAP摻量穩(wěn)定，并保證RAP預(yù)熱溫度及拌和時(shí)間達(dá)到生產(chǎn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)熱拌再生瀝青混合料路用性能影響因素研究，得出以下結(jié)論：

（1）基于正交試驗(yàn)，展開(kāi)再生混合料影響因素研究可知：隨RAP摻量增加，再生瀝青混合料的高溫性能得到改善，但劣化了其低溫性能，水穩(wěn)性能呈現(xiàn)先增加后降低現(xiàn)象，隨RAP預(yù)熱溫度提高或拌和時(shí)間延長(zhǎng)，再生瀝青混合料的高低溫性能及水穩(wěn)定性均得到改善。

（2）基于方差分析可知，RAP摻量與RAP預(yù)熱溫度對(duì)再生瀝青混合料高溫性能為顯著影響，熱拌再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)著重控制RAP摻量。

參考文獻(xiàn)

［1］王 晨.多來(lái)源RAP料性能評(píng)價(jià)及超高比例廠(chǎng)拌熱再生利用技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2021.

［2］盛三湘，陳宇亮，王巍偉.就地?zé)嵩偕鸀r青混合料均勻性的影響因素研究［J］.河北工業(yè)科技，2021，38（3）：236-242.

［3］徐金枝，張濱焌，張德鵬.基于再生劑/新瀝青擴(kuò)散行為的老化瀝青再生規(guī)律［J］.硅酸鹽通報(bào)，2021，40（12）：4 187-4 196.

［4］殷 鵬.基于自制再生劑的熱再生改性瀝青混合料的耐久性能研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2021.

［5］黃伯承.40%摻量RAP廠(chǎng)拌熱再生瀝青混合料設(shè)計(jì)及路用性能［J］.貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，38（6）：109-114.

收稿日期：2022-12-12