泡沫溫拌再生瀝青高低溫性能研究

徐 波，徐佳駿，張 娜

泡沫溫拌再生瀝青高低溫性能研究

徐 波，徐佳駿，張 娜

（江蘇京滬高速公路有限公司，江蘇 淮安 221415）

為研究回收瀝青摻量對泡沫溫拌瀝青高低溫性能的影響，分別對摻加0%、20%、40%、60%、80%回收瀝青的泡沫溫拌瀝青進行軟化點、DSR和BBR試驗。試驗表明：隨著回收瀝青摻量的增加，泡沫溫拌再生瀝青的軟化點、車轍因子和破壞溫度值逐漸升高；當回收瀝青的摻量達到60%及以上時，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能明顯改善；膠結料試樣的低溫抗裂性能隨著回收瀝青摻量比例的增加而逐漸降低，當回收瀝青的摻量大于40%時，泡沫溫拌再生瀝青的蠕變勁度S和蠕變速率m值不能滿足規范要求，低溫抗裂性能較差；建議回收瀝青的摻量小于60%。

回收瀝青；泡沫溫拌；再生技術；高低溫性能

泡沫溫拌再生技術是將泡沫溫拌技術與熱再生技術相結合，不僅能夠保證路面的質量，而且可以實現廢舊材料的循環利用與節能減排。國內外對于溫拌再生技術已經有了一定的研究。Bussa等[1-2]研究發現溫拌再生技術能夠提高再生混合料的高溫性能和疲勞性能。H.A.Rondón等[3]發現與傳統的熱拌瀝青混合料相比，溫拌再生瀝青混合料具有更好的抗水損害性能和高溫性能。Zhao S等[4]研究發現，隨著RAP摻量（0%、30%、40%、50%）的逐漸增加，溫拌再生瀝青混合料的高溫抗車轍性能和抗水損害性能逐漸增強。劉明珠等[5]發現RAP的加入可以提高瀝青混合料的高溫穩定性能，同時其低溫性能不斷降低，并建議RAP材料摻量的上限為35%。李佳坤[6]的研究結果表明，RAP料摻量增加能夠提高混合料的高溫性能，同時會降低混合料的低溫性能和疲勞性能。肖飛鵬等[7]發現回收瀝青能夠提高溫拌再生瀝青的高溫性能，但是會降低溫拌再生瀝青的疲勞性能。通過國內外的調研發現，目前對于泡沫溫拌再生瀝青高低溫流變性能的研究并不多見。因此，文章針對摻加0%、20%、40%、60%、80%回收瀝青的泡沫溫拌瀝青進行高溫性能和低溫性能測試，以明確回收瀝青摻量對泡沫瀝青高低溫性能的影響，最終確定回收瀝青的合適摻量。

1 試驗材料

1.1 回收瀝青

試驗所用的RAP材料為某公路上面層的銑刨料，采用旋轉蒸發器法[8]進行瀝青的回收，所得的回收瀝青的性能指標如表1所示。

表1 回收瀝青的技術指標Tab.1 Basic technical indexes of recycled asphalt

1.2 泡沫瀝青

泡沫瀝青的制備選用70#道路石油瀝青作為基質瀝青，基質瀝青的性能指標見表2。泡沫溫拌瀝青的制備參數如下：145℃的發泡溫度；1.5%的發泡用水量；25℃的發泡水溫。

表2 基質瀝青基本技術指標Tab.2 Basic technical indexes of matrix asphalt

2 高溫性能試驗與分析

2.1 軟化點試驗

軟化點試驗采用上海昌吉SYD-2806E型軟化點試驗儀進行，分別對摻加0%、20%、40%、60%和80%回收瀝青的泡沫溫拌瀝青的軟化點進行測試，試驗結果如圖1所示。

圖1 泡沫溫拌再生瀝青試樣的軟化點Fig.1 Softening point of foamed warm-mix recycled asphalt

由圖1可以看出，隨著回收瀝青摻量的增加，所得到的泡沫溫拌再生瀝青膠結料試樣的軟化點值越來越高。當回收瀝青的摻量增加至80%時，膠結料的軟化點值達到68.6℃，增幅為44.7%，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能明顯改善。

2.2 動態剪切流變試驗

動態剪切流變儀可以研究瀝青膠結料真正意義上的力學響應，這種試驗方法使得瀝青膠結料處在動荷載的作用下進行試驗，可以準確的表征瀝青膠結料的動粘彈性質[9-10]。本次研究使用美國TAAR1500EX型動態剪切流變儀(DSR)對摻加0%、20%、40%、60%和80%回收瀝青的泡沫溫拌瀝青進行溫度掃描。試驗條件為：溫度為50℃～80℃（步長5℃）；頻率為10 rad/s；應變控制為12%。通過試驗所得的泡沫溫拌再生瀝青的車轍因子G*/sin(δ)如下圖2所示。

由圖2可以發現，在相同試驗溫度下，隨著回收瀝青摻量的增加，泡沫溫拌瀝青的車轍因子在不斷升高，高溫性能逐漸改善。

圖2 泡沫溫拌再生瀝青的車轍因子Fig.2 Rutting factor of foamed warm-mix recycled asphalt

建立車轍因子對數值log（G*/sinδ）-溫度T曲線圖，并對曲線進行回歸分析，得到不同回收瀝青摻量下的泡沫溫拌瀝青在G*/sinδ=1 kPa時的破壞溫度值，計算所得的破壞溫度值如圖3所示。

圖3 泡沫溫拌再生瀝青的破壞溫度值Fig.3 Failure temperature of foamed warm-mix recycled asphalt

從圖3可知，泡沫溫拌再生瀝青的破壞溫度值隨著回收瀝青摻量的增加而逐漸增大。當回收瀝青的摻量為40%、60%、80%時，泡沫溫拌瀝青的破壞溫度值增幅分別為15.9%、25.8%和31.7%。表明隨著回收瀝青摻量的增加，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能逐漸變優，在回收瀝青的摻量達到60%及以上時，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能明顯改善。

3 低溫性能試驗結果與分析

在Surperpave設計體系和瀝青結合料路用性能規范中采用彎曲梁流變試驗（BBR）評價瀝青結合料的低溫抗裂性能，其評價指標有蠕變勁度S值和荷載作用時瀝青勁度隨時間的變化率m值，并且要求評價指標是60 s時的S值和m值[11]。

本研究采用美國CANNON公司生產的彎曲梁流變儀，對不同回收瀝青摻量的泡沫溫拌再生瀝青進行BBR試驗，獲取在-12℃、-18℃和-24℃的蠕變勁度S和蠕變速率m，S值越小，m值越大，膠結料的低溫抗裂性越好。試驗60 s時S和m值見圖4。

根據圖4中數據可知，在同一試驗溫度下，隨著回收瀝青摻量的增加，勁度模量S值逐漸增大，而蠕變速率m逐漸變小，表明膠結料試樣的低溫抗裂性隨著回收瀝青摻量的增加而逐漸降低。Superpave設計體系規范中要求的是60 s的蠕變勁度S≤300 MPa和蠕變速率m≥0.3。隨著試驗溫度的降低，S值明顯增大，m值明顯減小，表明泡沫溫拌再生瀝青的低溫性能隨著溫度的降低而顯著下降；在-12℃時，80%回收瀝青摻量下的泡沫溫拌再生瀝青的S和m值均不能滿足規范要求，當回收瀝青的摻量為60%時，泡沫溫拌再生瀝青的蠕變速率m值不能滿足規范要求，而S值勉強可以。綜合考慮泡沫溫拌再生瀝青的蠕變勁度S和蠕變速率m值，建議回收瀝青的摻量小于60%。

圖4 試驗60 s的S和m值Fig.4 S and m values of test 60 s

4 結論

1）隨著回收瀝青摻量的增加，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的軟化點值逐漸升高，當回收瀝青摻量達到80%時，膠結料的軟化點值增幅達到44.7%，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能明顯改善。

2）泡沫溫拌再生瀝青的車轍因子和破壞溫度值隨著回收瀝青摻量的增加而逐漸增大。當回收瀝青的摻量達到60%及以上時，泡沫溫拌再生瀝青膠結料的高溫性能明顯改善。

3）在同一試驗溫度下，隨著回收瀝青摻量的增加，泡沫溫拌瀝青的勁度模量S值逐漸增大，而蠕變速率m逐漸變小，表明膠結料試樣的低溫抗裂性能隨著回收瀝青摻量的增加而逐漸降低。當回收瀝青的摻量大于等于60%時，泡沫溫拌再生瀝青的蠕變速率m值不能滿足規范要求，低溫抗裂性能較差。綜合考慮泡沫溫拌再生瀝青的高溫性能和低溫性能，建議回收瀝青的摻量小于60%。

[1]SHU X， HUANG B，SHRUM E D，et al.Laboratory evaluation of moisture susceptibility of foamed warm mix asphalt containing high percentages of RAP[J].Construction and Building Materials，2012（35）：125-130.

[2]BUSS A，CASCIONE A，WILLIAMS R C.Evaluation of warm mix asphalt containing recycled asphalt shingles[J]. Construction and Building Materials，2014（61）：1-9.

[3]RONDON H A，URAZ N C F，CH VEZ S B.Characterization of a Warm Mix Asphalt Containing Reclaimed Asphalt Pavements[C]//Airfield and Highway Pavements 2015.2015：19-30.

[4]ZHAO S，HUANG B，SHU X，et al.Laboratory performance evaluation of warm-mix asphalt containing high percentages of reclaimed asphalt pavement[J].Transportation Research Record： Journal of the Transportation Research Board，2012(2294)：98-105.

[5]劉明珠.Sasobit 溫拌再生瀝青混合料路用性能評價[D].北京：北京建筑大學，2013.

[6]李佳坤.RAP加工工藝及溫拌再生瀝青混合料路用性能研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

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[8]樊 亮，李永振，林江濤.旋轉蒸發器法回收瀝青空白試驗研究[J].公路，2013(10)：194-196.

[9]馬煜纓.纖維瀝青膠漿流變性能的試驗研究[J].公路工程，2014(5)：311-314.

[10]朱 林，徐大衛，張 誠.用水量對泡沫瀝青高溫流變性能的影響[J].大連交通大學學報，2014，35(3)：73-76.

[11]MARASTEANU M.Role of bending beam rheometer parameters in thermal stress calculations[J].Transportation Research Record：Journal of the Transportation Research Board，2004 (1875)：9-13.

（責任編輯 王利君）

Investigation on High and Low Temperature Properties of foamed warm-mix recycled asphalt

XU Bo,XU Jiajun,ZHANG Na

( Jiangsu Jinghu Expressway Co. Ltd., Jiangsu Huaian,221415, China)

In order to investigate the influence of recycled asphalt content on high and low temperature properties of foamed warm-mix asphalt, the softening point test, dynamic shear rheological test and BBR test are conducted with 0%, 20%, 40%, 60%, 80% recycled asphalt. The results indicate that, with the increase of recycled asphalt content, the softening point, rutting factor and fail temperature of the foam warm-mix asphalt increase gradually, and the high temperature performance of the asphalt binder is obviously improved. The low temperature crack resistance of foamed asphalt decreases with the increase of the proportion of recycled asphalt content. When the recycled asphalt content is more than 40%, the creep stiffness and creep strain rate of the foamed asphalt cannot meet the requirements of the specification, and the low temperature cracking performance is poor. So the proper amount of recycled asphalt is less than 60%.

Recycled asphalt; Foamed warm-mix; Recycling Technology; High and low temperature performance

U416.217

A

1673-9469（2017）01-0021-03

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.01.005

投稿日期：2016-09-28

國家自然科學基金資助項目（51278173）

徐波（1990-），男，江蘇宿遷人，碩士研究生，助理工程師，從事高速公路養護工作。