不同RAP摻量對混合料抗水損害性能的影響

安平　胡宗文

【摘 要】本文分析銑刨料不同摻量對混合料抗水損害性能的影響，評價再生瀝青混合料的水穩定性性能。

【關鍵詞】RAP；水損害因素；水穩定性

【Abstract】in this paper， the influence of different mixing amount on the water damage resistance of the mixture is analyzed， and the water stability property of recycled asphalt mixture is evaluated.

【Key words】RAP； Water damage factors； Water stability

0 前言

水損害是瀝青路面破壞的一種重要形式，尤其是瀝青面層的早期破壞多與此有關。水損害是在水或凍融循環作用下，由于汽車動載反復作用，進入大瀝青面層空隙里的水對瀝青混合料引起沖刷和侵蝕，瀝青的粘附性下降，使瀝青膜從礦物表明脫落，從而瀝青路面產生坑槽、松散等破壞，最終表現為瀝青混合料的整體強度降低，因此瀝青混合料的水穩定性最終是由浸水條件下瀝青混合料物理力學性能降低的程度來表征的。現在廣泛應用的有浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂殘留強度試驗、浸水劈裂強度試驗、浸水車轍試驗等。

現在高速公路使用壽命遠遠達不到設計使用年限，瀝青混凝土面層的水穩定性不足造成的路面早期水損害是重要原因。所謂瀝青路面的水損害是指，在水或凍融循環的作用下，水進入瀝青路面孔隙裂縫內，在瀝青路面上的車輛動態荷載耦合作用下，不斷產生動水壓力或真空負壓抽吸，兩種現象循環往復使得水分逐漸滲入到瀝青-集料界面上。水分在瀝青與集料界面上持續存在導致瀝青的粘附性逐漸降低直到失去粘結力，瀝青與集料剝離，直觀上的表現就是瀝青混合料松散、掉粒最終形成坑槽等水損現象。

除荷載和水分等外部因素，水穩性主要決定因素是瀝青混合料本身的抗水損害的能力。已有研究表明，同樣是混合料設計合格的情況下，不均勻的混合料更易產生水損害。RAP材料與新料存在些許差異，更易出現拌合不均勻的現象，同時，回收的舊混合料表面的灰塵如果去除不干凈勢必會影響與新料的粘結。因此，評價再生瀝青混合料的水穩定性尤為重要的工作。

1 瀝青混合料水損害的作用機理

瀝青與集料之間的粘附理論是瀝青混合料水損害作用機理的主要依據。所謂粘附，是指一種物體和另一種物體粘結時的物理作用。

通常用來解釋瀝青與集料間粘附性的理論有四種，分別是分子定向理論、表面能理論、化學反應理論和力學理論。

1.1 分子定向理論

分子定向理論的觀點是，瀝青之所以會與集料間產生吸附性是因為瀝青中的表面活性物質與集料表面形成了定向吸附。

組成表面活性物質的分子結構是不對稱的，包括極性基團和非極性基團，極性基團所帶的偶極矩是產生力場的根本原因。從微觀角度分析瀝青與集料的粘附，其過程如下：瀝青與集料接觸后，瀝青材料的表面活性物質在集料表面首先發生極性分子的定向排列而形成吸附層；同時，極性力場中的非極性分子得到記性感應獲得定向能力，形成致密的表面吸附層。由于水是極性分子且含有極性較強的氫鍵，所以水對石料的吸附力是很強的，低吸附性石油瀝青與親水性的石料粘附時僅有的物理吸附在水的作用下是很容易被破壞的。

1.2 表面能理論

表面能理論認為，能量原理是瀝青與集料間粘附性的根本原因，即瀝青潤濕了集料表面形成的。瀝青的潤濕能力與其他液體一樣取與其自身粘結力有關。

在混合料拌合過程中瀝青擴散到礦料表面會產生能量交換，此交換是一種表面現象，靠的是瀝青與集料的相互吸引。但是水對集料的粘附力要比瀝青對集料的大得多，因此，水可以可破壞瀝青與集料間形成的界面，使得瀝青脫離集料產生水損害。

1.3 化學反應理論

化學反應理論的觀點為：瀝青與礦料形成粘附性是由于在兩者的接觸面發生了化學反應。該理論解釋了堿性集料與酸性集料在與瀝青粘附性上有差異的原因。

1.4 力學理論

該理論認為瀝青與快料的粘附性主要是由分子間作用力形成的。

礦料的表面從微觀上來講是粗糙、高低不平的，這增大了礦料的表面積，使得瀝青與礦料的接觸面積增大，從而提高了兩者之間的粘結力。除此之外，礦料還存在形態各異的孔隙和微裂縫，對瀝青產生毛細管吸附作用，更增大了瀝青與礦料間的粘結性。另一點就是，在混合料拌合和攤鋪過程中，由于溫度較高，瀝青是以液態的形式滲入礦料的孔隙與裂縫中的，隨著溫度的下降瀝青逐漸硬化產生楔入與錨固作用，增強了瀝青與礦料之間的機械結合力。

以上四種理論從四種不同的角度解釋了瀝青與礦料的粘附機理，但由于瀝青與礦料之間的作用十分復雜，任何一種理論的解釋都是有限的，只有相互補充說明才能更好的解釋瀝青與礦料的吸附機理。

2 瀝青混合料水損害的影響因素

瀝青混合料的水損害主要與兩種現象有關：一是，瀝青與礦料間粘附性過小；二是，瀝青的粘聚性減弱。綜合四種理論對上述兩種現象的分析，現將影響瀝青混合料水穩定性的因素總結如下：

2.1 集料性質

含有較高硅質的酸性集料呈現較強的親水性，更易受到水的作用導致與瀝青剝落，堿性集料則與此相反，具有優于酸性集料的抗剝落性能；集料的表面化學性質、表面積和空隙率等都會對瀝青混合料的水穩定性產生影響；集料表面的潔凈度對其與瀝青的粘附性也有很大影響，潔凈的集料與瀝青的粘附性要好些；集料的致密度和吸水率也對混合料的水穩定性有一定影響。

2.2 瀝青性質

由于粘性大的瀝青中的極性物質較多且有良好的潤濕性，所以以粘性大的瀝青為膠結料制成的混合料的水穩定性較好；瀝青的組成成分也是混合料的水穩定性的一個重要影響因素，如經過聚合物改性的瀝青制得的混合料的水穩定性較好。

2.3 混合料類型

瀝青面層的混合料級配選擇對于其抗水損害能力有很大影響。研究表明，瀝青路面的空隙率在8%以下時，瀝青層中的水在動荷載的作用下一般不會產生動水壓力，從而不會造成水損害。

2.4 施工碾壓

瀝青路面如在雨天施工，路面碾壓過程中會將一部分水封閉在瀝青混合料中，這部分水將對瀝青混合料的粘結性造成重大損害；寒冷潮濕的氣候條件下進行瀝青路面的施工更是對瀝青混合料的水穩定性影響巨大；碾壓工藝對混合料的各項路用性能均有不同程度的影響，如果碾壓不足，混合料則存在較大的空隙率，不僅使得水更易進入混合料和路面結構內部造成早期水損害，還會產生早期的壓密型永久變形。

2.5 離析和不均勻

瀝青路面的水損害并不是在長達幾百甚至上千公里的瀝青路面的各個部分都發生的，而是在局部發生，有可能是若干小坑、一段行車道或者連續幾公里損壞。之所以在局部發生是因為混合料在這局部發生離析，或者因為各種原因形成的混合料不均勻。

3 瀝青混合料的水穩定性能評價

評價瀝青混合料的水穩定性一般從兩個方面進行：一是，評價瀝青與礦料之間的粘附性，二是，直接評價瀝青混合料的水穩定性。本文直接對新拌瀝青混合料和再生瀝青混合料進行水穩定性評價。

本論文采用LMT-3型瀝青混合料材料性能試驗系統，按照《瀝青混合料試驗規程》（T0729-2000）中的操作步驟，并在試件抽真空后封裝時采用了CORELOK進行真空封裝，以保證試件空隙充滿水后凍結。試件直徑100mm、高63.5mm，空隙率控制在6%～8%之間。試驗溫度為25℃，加載速率為50mm/min。以試驗荷載最大值計算劈裂抗拉強度，以經受凍融循環的試件的劈裂抗拉強度與未經受凍融循環的試件的劈裂抗拉強度的比值的百分數作為凍融劈裂抗拉強度比TSR，來評價瀝青混合料的水穩定性。

本文比較了不同RAP摻量對混合料抗水損害性能的影響，30%比例摻加了2%普通硅酸鹽水泥作為抗剝落劑對比驗證。

由圖1、圖2、表1可以看出，再生瀝青混凝土劈裂強度較新拌瀝青混合料強度有提高，隨著RAP料的摻加，混合料劈裂強度及損失區別并不大，摻加2%水泥作為抗剝落劑后，TSR值有明顯改善，施工過程建議采用摻加2%水泥以提高再生混合料的使用性能。

【參考文獻】

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[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社.

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[責任編輯：王楠]