含有高摻量RAP料的高速公路瀝青混合料的性能評價

劉慧軍（石家莊交通勘察設計院，石家莊 050000）

含有高摻量RAP料的高速公路瀝青混合料的性能評價

劉慧軍
（石家莊交通勘察設計院，石家莊 050000）

主要研究了含有高摻量RAP料（最高達50%）的熱拌瀝青混合料路面的水穩定性。通過對比路面取芯與室內成型試件性能，得出了相關結論。結果表明，含有50%摻量RAP料的熱拌瀝青混合料具有可以接受的抗水損害和抗斷裂的性能。多重凍融循環試驗提供了更好的分析混合料抗水損害能力的方法。綜合而言，室內成型的試件可以用來評價實際工程中的混合料的抗水損害。

高摻量RAP料；熱拌瀝青混合料；水穩定性

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.042

1　引言

廢舊瀝青混合料（RAP）已經在熱拌瀝青混合料路面中使用很多年了，并且由于廢棄物填埋場場地的有限，高質量新料的減少和瀝青高昂的價格而日益收到歡迎。雖然許多公路部門都已經意識到使用RAP料的好處，但是在熱拌瀝青混合料尤其是在面層材料中使用高含量的RAP料（多于25%），與每年能夠提供的RAP料比較而言，仍然很少。含有高摻量的RAP料的熱拌瀝青混合料在抗疲勞性、抗裂性和水穩定性這3個方面受到研究者的關注。

因此,改進設計和分析含有高含量RAP料的熱拌瀝青混合料性能的方法就顯得很有必要。當RAP料含量較低時，RAP料也許并不足以顯著影響新的混合料的性能。但是，當RAP料含量高的時候，高硬度的RAP料使得混合料變硬，這有益于新混合料的抗車轍性，但是對其抗裂性能不利。

熱拌瀝青混合料級配設計的原則是推薦一種能夠承受交通和環境綜合作用的混合料級配[1]。因此,評價各級配組成對混合料性能（例如：抗車轍性能、疲勞性能和抗溫度裂縫性能）的影響是極為重要的。由于新舊料間復雜的作用，混合料中RAP料的存在對設計師是一個挑戰。熱拌瀝青混合料中的RAP料能夠提高混合料的抗車轍性能，但會危及其抗疲勞性能和抗溫度裂縫性能。在熱拌瀝青混合料中摻入RAP料成功的關鍵是具有評估其對路面性能影響的能力以及認識到關于材料和加載條件兩者的獨特性。

在熱拌瀝青混合料中使用RAP料的一個考慮是RAP料對混合料水損害敏感性的影響。瀝青混合料的水穩定性是其長期性能的重要因素。水損害是表明混合料受水作用以后自身總體強度或者剛度的降低。如果一種瀝青混合料容易受到水損害，那也意味著它最終會受到4種破環形式（車轍、疲勞、溫度裂縫和剝落）的任意一種。

本文針對含有0%、15%和50%RAP料的室內成型試件和試驗路段取芯試件進行了研究。對所有的混合料都進行了水穩定性評價和抗溫度裂縫性能的評價，并論述了試驗路段取芯試件和室內成型試件的性能比較。

2　試驗設計

該試驗段位于河北省內一條高速公路。整個試驗段全長27.36km，其中用于作對比試驗的不含RAP料的熱拌瀝青混合料路段長9.67km。試驗段于2009年9月鋪筑，分為高度為5.1cm的熱拌瀝青路面、含15%RAP料和50%RAP料的新瀝青性能等級不變的瀝青路面和含50%RAP料的新瀝青性能等級改變的瀝青路面4段。下面的結構為2008年鋪筑的高10.2cm的含50%RAP的熱拌瀝青混合料下面層、基層和土基。除了含50%RAP料的一段熱拌瀝青路面所用的新瀝青其瀝青性能分級有變化（為Pen200-300，按針入度分級），其余3段瀝青路面所用瀝青的瀝青性能分級都是PEN 150-200。

在施工現場用攤鋪螺旋鉆機在鋪面過程中取松散的混合料就地成型試件，這些混合料稱為現場制作的，標記為F-0% -150，F-15%-150，F-50%-150和F-50%-200。標記的含義，舉例而言，F-0%-150指的是不含RAP料的與PEN 150-200瀝青拌合成型的試件，而F-50%-200指的是含50%RAP料的與PEN 200-300瀝青拌合成型得到的試件。將冷的礦料、瀝青膠結料和各種摻量的RAP料在當地的拌合廠進行拌合并成型。所有的原材料也將用于室內成型試件。對應的室內成型試件標記為：L-0%-150，L-15%-150，L-50%-150和L-50%-200。

預估水損害考慮多次凍融循環。水穩定性用有約束的和無約束的劈裂試驗進行評價，同時，也考慮多次凍融循環劈裂試驗的凍融劈裂強度比。

根據瀝青路面規范中的PG性能分級對廠拌瀝青混合料和室內成型試件所用混合料的新的瀝青膠結料、RAP料中的舊瀝青和新舊料拌合后回收的瀝青膠結料進行性能分級。所有回收的膠結料通過使用離心機萃取并使用旋轉蒸發儀在由按體積比為85%甲苯和15%乙醇的溶液中回收得到。在壓力老化容器中檢測回收瀝青膠結料的初始性能、短期老化性能（薄膜加熱TFOT）和長期老化性能（PAV壓力老化）并對其進行性能分級。為了模擬現場老化，將室內拌合的混合料放在135℃的強制通風的烘箱中進行4h的短期老化。圖1列出了各種瀝青膠結料的臨界溫度。臨界溫度指的是瀝青膠結料剛好滿足Superpave規范的合適的特定溫度。表1列出了Superpave規范規定的瀝青膠結料PG性能分級的溫度要求。

圖1　各種瀝青膠結料的PG性能分級溫度

表1　各種瀝青膠結料的SuperpavePG性能分級溫度要求℃

從試驗數據中可以得到以下結論：

1）Pen150-200和Pen200-300的低溫溫度相差僅2℃，但高溫溫度卻相差了5℃。

2）不論是現場拌合混合料還是室內拌合混合料，當采用PG58-28瀝青時，混合料中增加RAP料含量會導致新混合料回收瀝青的高溫溫度和低溫溫度變高。

3）平均而言，不論RAP料的含量，現場拌合生產的新混合料的回收瀝青的高溫溫度和低溫溫度比室內拌合的混合料的回收瀝青的溫度高，分別平均高2.4℃和1.2℃。換句話說，現場拌合的混合料的回收瀝青比室內拌合混合料的回收瀝青硬。這意味著：將室內拌合的混合料放在135℃的強制通風的烘箱中進行4h的短期老化并不能模擬施工現場的老化條件。

4）從F-50%-200和L-50%-200混合料回收的瀝青比從F-50%-150和L-50%-150混合料回收的瀝青軟，高溫溫度分別高4.0℃和4.2℃。

總之，含有0%和15%RAP料的混合料的PG性能分級符合當地的PG要求。含有50%RAP料的混合料的高溫溫度滿足或超過了58℃的PG要求，但是低溫溫度不滿足-28℃的低溫溫度要求。這個結論與新瀝青的性能等級變化與否無關。使用較軟的瀝青（如PG52-34）并摻入50%RAP料的混合料的低溫溫度并沒有降低到PG性能分級要求的溫度。正如之前提到的，Pen150-200和Pen200-300的低溫溫度相差僅2℃，這并能明顯改變新混合料的瀝青的低溫性能。由于不想增加瀝青粘結劑的使用，本文就只使用了唯一能夠得到的商業用途的軟瀝青也就是Pen200-300。

3　試驗結果分析

本文評價混合料的水穩定性是通過比較多次凍融循環條件下浸水和不浸水試件的劈裂強度以及凍融劈裂抗拉強度比TSR值來進行的。多重凍融循環條件遵照規范進行。將15個試件分成3組，直徑4英寸，并且以馬歇爾擊實儀控制孔隙率在（7依0.5）%，每5個試件為1組，分別為不浸水、浸水并凍融循環1次和浸水并凍融循環3次。之所以進行3次凍融循環是因為有試件在4次凍融循環時已經發生破環。每個試件按以下程序進行試驗：

1）檢測不浸水條件下的劈裂強度；

2）使剩余的10個試件浸水，并達到75%依5%的飽水率；

3）將試件進行凍融循環，1次標準的凍融循環為：-18℃下保溫16h，取出放入60℃恒溫水槽中保溫24h，最后再放入25℃水中保溫2h；

4）分別測量1次和3次凍融循環后的劈裂強度；

5）計算1次和3次凍融循環后的凍融劈裂抗拉強度比TSR值。

水穩定性評定標準：25℃下不浸水的劈裂強度為0.483MPa，1次凍融循環后的凍融劈裂抗拉強度比TSR值不小于80%。圖2列出了所有現場成型試件和室內成型試件的劈裂試驗和凍融劈裂試驗的結果，誤差線代表95%強度保證率的區間。置信區間的重疊表明不同混合料測得的劈裂強度值相似。圖2結果表明，所有的混合料都滿足劈裂強度的最低要求和1次凍融循環試驗后的TSR值要求。沒有混合料需要在施工時添加減水劑以達到Superpave對于水穩定性即1次凍融后TSR值不小于80%范圍的要求。然而，所有的混合料在3次凍融循環后TSR值均小于80%。

圖2　混合料類型

圖2中的數據表明廠拌和室內拌合的含有RAP料的混合料試件無論在1次還是3次凍融循環條件下的不浸水劈裂強度和劈裂強度均比不含RAP料的混合料的高。在所有混合料3次凍融循環后劈裂強度均會顯著降低。因此，與不含RAP料的新料相比，在熱拌瀝青混合料中加入RAP料并沒有增加其水損害的概率。

應用0.05顯著水平下的成對均值比較分析法來判定現場和室內成型的試件的劈裂強度有否有統計上的顯著差異。結論如下：

1）總體而言，室內成型的試件的劈裂強度在統計意義上類似于或者統計學上顯著高于現場成型的試件的劈裂強度。換句話說，室內成型的試件的劈裂強度和耐久性明顯好于相應的現場成型的試件；

2）在0次或1次凍融循環條件下，室內成型的含有15% RAP料的混合料試件的劈裂強度明顯高于現場成型的試件，3次凍融循環條件下卻與它們類似；

3）室內成型的含有50%RAP料的混合料試件的劈裂強度與現場成型的試件的強度類似，但是室內成型的用PG58-28瀝青拌合的試件在不浸水條件下的劈裂強度高于現場成型的試件，室內成型的用PG52-34瀝青拌合的試件在3次凍融循環條件下的劈裂強度低于現場成型的試件。

總之，室內試驗結果可以大致用來評估廠拌混合料的水穩定性。對室內成型試件的劈裂強度進行排序，其順序與對現場成型的試件的劈裂強度排序基本相似。

4　結語

本文研究了最高達到50%RAP料的廠拌和室內拌合成型試件的性能，其中，用先進的技術評價了含高摻量RAP料的混合料的水穩定性。本文的主要結論如下：

1）多重凍融循環條件是評價混合料的水穩定性更好的方法。

2）多重凍融循環條件下的試驗結果表明：使用50%RAP料的混合料的水穩定性并沒有明顯減小。

3）室內成型的試件的劈裂強度比現場成型的試件的劈裂強度高或相似。

綜上所述，含有50%RAP料的熱拌瀝青混合料有可以令人接受的水穩定性，當使用較軟的瀝青PG52-34瀝青時，其水穩定性更好。需要繼續研究PG52-34瀝青與RAP料作用下的水穩定性更好的一致性。本文的試驗結果也表明室內成型的試件的水穩定性能可以用來預估現場混合料的相關性能。但至于是否可用室內成型試件的其他性能來預估現場混合料的相關性能呢，還有待進一步研究。

【1】查旭東，閔斌.RAP摻量對熱再生瀝青混合料性能影響分析[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2013（4）：1-8.

【2】王勛.高比例RAP廠拌熱再生瀝青混合料微觀激勵與性能實驗研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

【3】李偉.50%摻量RAP面層瀝青混合料性能研究[J].湖南交通科技，2015（3）：25-50.

Performance Evaluation of Highway Asphalt M ixtures w ith High Recycled Asphalt Pavement Content

LIU Hui-jun
（Shijiazhuang TrafficSurveyand Design Institute,Shijiazhuang 050000,China）

This study extensively evaluated the resistance to moisture damage of hot-m ixasphalt(HMA)mixtures w ith high recycledasphaltpavement(RAP)content(up to50%).A comparisonbetween thepropertiesand performanceof thefield-producedand laboratory-producedm ixtureswasalso conductedandwasincluded in thisstudy.HMAm ixtureswith50%RAP resultedinacceptable resistance to moisture damage.Theuse of multiple freeze-thaw cycles provided a better characterization ofthe m ixtures'resistance to moisturedamage.Overall,laboratory-producedm ixturescouldbeused toevaluatetherelativeresistanceofthe field-producedm ixtures tomoisturedamage.

high recycledasphaltpavement;hot-m ixasphalt;moisturedamage

U414

A

1007-9467（2016）11-0140-04

劉慧軍（1972～）,男，河北石家莊人，高級工程師，從事道路橋梁設計與研究。

2016-05-05