廠拌熱再生瀝青混合料水穩定性能研究

方 楊，李善強，2，劉 宇

(1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州510400;2.長安大學公路學院，陜西 西安710064)

近年來，出于節約能源、綠色低碳發展的理念，廠拌熱再生技術由于使用效果良好在我國受到重視。我國高速公路經過十幾年的建設期，如今許多瀝青路面達到中修大修期限。如何高效合理利用這些有回收價值的 RAP(回收瀝青路面材料，Reclaimed Asphalt Pavement)是亟待同仁研究的課題。已有研究表明［1-3］，RAP摻量不超過40%時，熱再生混合料的水穩定性不低于非再生混合料。筆者將針對RAP摻量在30%以上的熱再生混合料水穩定性能進行綜合分析。

瀝青路面水損害是水在外力作用下滲入到瀝青與礦料的界面或瀝青內部，使瀝青與礦料之間的黏附性降低并逐漸喪失黏結能力，從而使瀝青膜逐漸從礦料表面剝離致使瀝青混合料松散掉粒，進而使瀝青路面發生整體性破壞的過程［4-8］。

1 水穩定性能試驗

按照JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》［9］(以下簡稱《規范》)采用馬歇爾設計方法，以AC-25普通瀝青混合料為基準，分別摻加30%，45%，60%RAP，拌制了4種AC-25混合料;以 AC-20普通瀝青混合料為基準，分別摻加30%，45%RAP，拌制了3種AC-20混合料。膠結料為東莞東交AH-70重交通道路石油瀝青。采用JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》［10］(以下簡稱《規程》)中的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、肯塔堡浸水飛散試驗研究水穩定性能，并結合混合瀝青黏韌性試驗結果對水穩定性能進行綜合評價。

1.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗以殘留穩定度評價水穩定性能，如圖1。從圖1看出，在RAP各種摻量下瀝青混合料的殘留穩定度均滿足《規范》［9］要求。AC-25瀝青混合料殘留穩定度在RAP為30%時達到峰值后隨著RAP摻量增加而降低;AC-20瀝青混合料殘留穩定度在隨RAP摻量增加而降低。浸水馬歇爾試驗認為熱再生瀝青混合料水穩定性能總體上比普通瀝青混合料要低，RAP在30%用量時出現最大值。

圖1 浸水馬歇爾試驗殘留穩定度與RAP摻量關系Fig.1 Relationship between RAP content and residual stability of immersion Marshall test

1.2 凍融劈裂試驗

混合料凍融劈裂試驗以殘留強度比評價水穩定性能。殘留強度比與RAP摻量關系如圖2。從圖2看出，在RAP各種摻量下，瀝青混合料的殘留強度比均滿足《規范》［9］要求。普通瀝青混合料殘留強度比最低;隨著RAP增加熱再生混合料殘留強度比時高時低，毫無規律。凍融劈裂試驗認為熱再生混合料水穩定性比普通混合料要好，RAP摻量為30%時出現最大值。

圖2 凍融劈裂試驗殘留強度比與RAP摻量關系Fig.2 Relationship between RAP content and freezing-thawing splitting stability

1.3 肯塔堡浸水飛散試驗

肯塔堡浸水飛散試驗以浸水飛散損失評價水穩定性能，其與RAP摻量關系如圖3。圖3中飛散損失先降低后增加，RAP在30%時損失最低，意味著瀝青混合料水穩定性能先加強后減弱。RAP在30%時水穩定性最好，這個結論與前兩項試驗結論相同。

圖3 肯塔堡浸水飛散損失與RAP摻量關系Fig.3 Relationship between RAP content and Cantabro immersion scattering loss

1.4 黏韌性試驗

肯塔堡飛散試驗使瀝青黏結能力的重要性突顯出來，黏結能力的喪失正是水損害發發生的病根。在瀝青性質眾多指標中，黏韌性試驗是唯一評價黏結能力的指標。

國內對瀝青黏韌性研究幾乎處于空白，該指標在日本非常受到重視。黏韌性試驗在1974年被日本橡膠協會定為標準，并收入日本道路協會鋪裝試驗法便覽?，F在日本瀝青路面鋪裝要綱的改性瀝青標準中正式列入了黏韌性指標，用以評價瀝青改性效果［11］。根據日本的研究，瀝青的黏韌性影響瀝青混合料的抗剝離性能、脆性和高溫穩定性，提高黏韌性能夠防止骨料松散、改善抗滑能力以及抗車轍能力［12］。

筆者進行了混合瀝青的黏韌性試驗?；旌蠟r青是熱再生混合料設計時根據RAP瀝青含量、RAP摻量、最佳瀝青用量確定了AH-70瀝青和舊瀝青比例后，混合而成的瀝青。黏韌性試驗曲線如圖4。

圖4 黏韌性試驗荷載-變形曲線Fig.4 Curve of load-deformation in toughness test

根據黏韌性試驗原理，筆者提出瀝青“黏結性”的概念。瀝青黏結性定義為：瀝青與被黏物體緊密結合抵抗拉力破壞的能力，表現為力值較大，變形較小。瀝青的韌性是瀝青變形和斷裂過程中吸收能量的能力，表現為力值較小，變形較大。瀝青黏韌性是瀝青黏結性與韌性之和。在數值上，瀝青黏結性 =曲線ABCE的面積 =曲線ABCDF的面積－曲線CDEF的面積 =瀝青黏韌性－瀝青韌性，單位為N·m。表1為混合瀝青黏韌性試驗結果。圖5為混合料浸水飛散損失與混合瀝青黏結性關系。

表1 混合瀝青黏韌性試驗結果Table 1 Results of mixed bitumen toughness test

圖5 瀝青混合料浸水飛散損失與混合瀝青黏結性關系Fig.5 Relationship between bitumen toughness and Cantabro immersion scattering loss

圖5表明熱再生混合料的浸水飛散損失與混合瀝青黏結性存在良好的二次項關系，RAP摻量在30%時，混合瀝青黏結性較為合適，混合料抗水損害能力較好。

2 試驗結果分析

由于浸水馬歇爾試驗過程荷載為靜荷載，不能模擬水分對瀝青膜產生的機械沖刷及反復吸壓作用，穩定度值所反映的主要是集料之間的嵌擠力，而對于瀝青與集料之間黏附力不敏感［4-8］，所以浸水馬歇爾試驗不能準確評價混合料水穩定性。

凍融劈裂試驗存在類似的缺陷，不過劈裂過程可以部分衡量混合料抗拉強度，比浸水馬歇爾試驗合理一點。但筆者研究表明該試驗結果無規律。

肯塔堡浸水飛散試驗通過浸水模擬瀝青老化，通過反復機械沖擊磕碰打磨考察混合料礦料嵌擠能力、瀝青老化后的黏結能力、抗剝離能力，用于檢驗瀝青用量或黏結能力不足造成了路面集料脫落和散失的程度，能夠最大程度的模擬水損害過程?？纤わw散試驗結果能夠與瀝青黏韌性性能很好的對應。

日本標準中對瀝青黏韌性和韌性做出了細致要求，例如高黏附性瀝青要求黏韌性≥16 N·m、韌性≥8N·m，高黏度改性瀝青黏韌性≥20 N·m、韌性≥5 N·m［12］，意味著只有在滿足瀝青韌性的前提下提高黏結性才有意義，二者必須協同一致才能保證瀝青混合料抗裂能力和防松散能力。而表2中混合瀝青性質恰恰相反，隨著RAP用量提高，黏結性不斷提高，韌性不升反降。黏韌性雖然比普通瀝青提高了一倍以上，但主要是黏結性在提高，韌性貢獻很小甚至降低。分析認為：

1)隨著RAP摻量增加舊瀝青增加，混合瀝青越來越硬，峰值拉力迅速增加，使得圖4中曲線ABCE的面積增大，黏結性在迅速提高。由于B點峰值拉力在試驗開始后幾秒鐘內就已經達到，黏結性的增加主要是由于AB線段拉高，AE線段延長不多甚至在后期會降低。例如RAP摻量由45%提高到60%時，混合瀝青黏結性提高2%，峰值拉力卻提高66%，說明AE線段長度在縮短。

2)表1中，不摻RAP的全新AH-70瀝青、RAP摻量為30%和45%時的混合瀝青進行黏韌性試驗時樣品均能夠被拉伸至《規程》［10］規定的0.3 m。當RAP摻量到達60%時，樣品在試驗后期斷裂，導致圖4中CD線段縮短，曲線CDEF面積減小，韌性降低，使得混合瀝青黏結性是普通瀝青的250%，韌性卻是普通瀝青的80%。韌性降低意味著變形能力小吸收能量的作用弱，混合瀝青逐漸由黏彈性向脆性轉變，即使黏結性提高幅度很大，但是韌性降低引起的脆性破壞作用超過黏結性提高帶來的強化作用，最終混合料的表現是硬而脆，其抵抗機械沖擊能力下降，抗剝落性能降低。所以熱再生混合料浸水飛散損失在RAP摻量繼續提高后呈現出圖5的規律。

3 工程應用

2010年12月—2011年1月，在廣東省廣惠高速公路廣州至惠州方向路段，鋪設了較高摻量RAP廠拌熱再生混合料試驗路段，全長4 080 m。試驗路段設計了3種結構方案，中面層(AC-20+30%RAP)+下面層(AC-25+30%RAP)、中面層(AC-20+30%RAP)+下面層(AC-25+45%RAP)、中面層(AC-20+45%RAP)+下面層(AC-25+45%RAP)。經過連續兩年的密切監測，試驗路段經過廣東省濕熱高溫氣候和大交通量的嚴酷考驗，整體平整密實，無車轍無裂縫，表現良好。

4 結論

1)浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結果表明熱再生混合料水穩定性能滿足規范要求;浸水馬歇爾試驗結果認為熱再生混合料水穩定性在RAP摻量為30%時略優于普通瀝青混合料，RAP摻量為45%，60%時不如普通瀝青混合料;凍融劈裂試驗結果表明RAP摻量為30%，45%，60%時熱再生混合料水穩定性均優于普通瀝青混合料。

2)浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、肯塔堡浸水飛散試驗結果均表明熱再生混合料在RAP摻量為30%時，水穩定性能最好。

3)肯塔堡浸水飛散試驗能最大程度的模擬水損害過程，且與混合瀝青“黏結性”關系良好，可以用作評價瀝青混合料水穩定性的方法。

4)瀝青黏結性和韌性指標可用于評價瀝青混合料水穩定性。

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