高摻量RAP 再生瀝青混合料路用性能研究

樓 婧

(南平市武夷新區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司，建陽(yáng) 354200)

隨著我國(guó)十三五規(guī)劃接近尾聲， 已經(jīng)基本建立了城市間完善的交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 公路領(lǐng)域的重心由新建路面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵缙诠返木S修與養(yǎng)護(hù)。 傳統(tǒng)的大中修工程需要消耗大量的人力物力， 同時(shí)產(chǎn)生大量的廢舊料(RAP)[1-3]，處理不當(dāng)將會(huì)造成環(huán)境污染及自然資源的浪費(fèi)。熱再生技術(shù)可以有效利用銑刨產(chǎn)生的RAP，同時(shí)合理的設(shè)計(jì)可以顯著提高再生瀝青路面的高溫穩(wěn)定性， 提高抗車(chē)轍能力。

路面再生技術(shù)的探索起源于1915 年，但早期只是進(jìn)行再生技術(shù)的探索，由于缺乏道路系統(tǒng)性，主要以大規(guī)模的新建路面研究為主，因此缺乏一定的系統(tǒng)性。發(fā)達(dá)國(guó)家20 世紀(jì)80 年代已經(jīng)開(kāi)展了大量的再生技術(shù)研究， 日本的舊料利用率高達(dá)70%[3]。 我國(guó)路面再生技術(shù)起步較晚，缺乏系統(tǒng)性的科學(xué)研究， 對(duì)新舊料融合程度與機(jī)理缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，目前存在利用率低等技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)不同地區(qū)的舊料摻量合適比例對(duì)于熱再生技術(shù)的應(yīng)用以及環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約具有可持續(xù)發(fā)展的重要意義。 本文結(jié)合福建地區(qū)的氣候及降雨特點(diǎn)， 選取了3 種不同RAP 摻量，利用全自動(dòng)抽提儀對(duì)老化瀝青的基本性能進(jìn)行測(cè)定，確定調(diào)和瀝青標(biāo)號(hào)。 對(duì)銑刨的RAP 進(jìn)行篩分并分別以50%、60%、70%的比例與新制備的集料混合拌制高摻量熱再生瀝青混合料，選用高溫車(chē)轍試驗(yàn)，低溫梁彎曲試驗(yàn)以及水穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)其路用性能進(jìn)行測(cè)定， 研究結(jié)果為高摻量熱再生瀝青混合料的應(yīng)用提供參考價(jià)值。

1 原材料

1.1 RAP 技術(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目RAP 舊料來(lái)源于某高速公路中面層銑刨材料，將銑刨料帶回實(shí)驗(yàn)室取一定舊料，選用75-B0005 全自動(dòng)抽提儀，對(duì)銑刨的RAP 進(jìn)行篩分、離析，抽提得到老化瀝青，篩分及老化瀝青的結(jié)果分別如表1～2 所示。

表1 瀝青抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1 可知， 瀝青路面經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的環(huán)境作用及行車(chē)荷載后，路面瀝青的性能存在一定程度的下降，但老化程度較輕，仍具備一定結(jié)合料的能力，具有可利用價(jià)值，屬于《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41-2008)中P≥30 等級(jí)。

1.2 調(diào)和瀝青

根據(jù)規(guī)范中要求，當(dāng)RAP 用料大于30%時(shí)，按照新舊瀝青混合調(diào)和法則確定新瀝青為90 號(hào)基質(zhì)瀝青，實(shí)驗(yàn)用來(lái)源于殼牌，具體技術(shù)指標(biāo)如表3 所示。

1.3 集料及填料

本研究取閃長(zhǎng)巖作為混合料的礦質(zhì)集料。 閃長(zhǎng)巖具有一定的耐磨性，能夠增加路面的抗滑性，同時(shí)其屬于堿性集料，與瀝青酸酐形成反應(yīng)，具備更優(yōu)的粘附性，提高混合料的水穩(wěn)定性， 減小瀝青老化造成粘附性降低的影響，石料類(lèi)型均為閃長(zhǎng)巖，其性能均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2 高摻量RAP 熱再生配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

將RAP 料與新制備的集料混合并與調(diào)和瀝青熱拌制備再生瀝青混合料[4]。 RAP 摻量分別按50%、60%和70%制備AC-20 再生瀝青混合料，級(jí)配設(shè)計(jì)曲線(xiàn)圖如圖1 所示，合成級(jí)配如表4 所示。

2.2 最佳瀝青用量

制備馬歇爾試件，通過(guò)毛體積密度、馬歇爾穩(wěn)定度、VV、VMA、VFA 及流值測(cè)定結(jié)果確定了最佳瀝青用量分別為2.2%、1.9%、1.8%。

表2 RAP 篩分試驗(yàn)結(jié)果

圖1 熱再生瀝青混合料AC-20 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

表4 AC-20 級(jí)配設(shè)計(jì)表

3 路用性能驗(yàn)證

3.1 高溫穩(wěn)定性

車(chē)轍問(wèn)題一直都是瀝青路面的主要病害問(wèn)題之一，在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，路面碾壓堆擠，瀝青路面產(chǎn)生塑性變形，不斷沖擊的過(guò)程造成塑性累積，尤其是在高溫狀態(tài)下， 隨著溫度的進(jìn)一步升高， 瀝青粘性行為愈發(fā)明顯， 越容易產(chǎn)生不可恢復(fù)變形， 從而產(chǎn)生垂直方向的加大。車(chē)轍的產(chǎn)生嚴(yán)重危害正常的瀝青路面使用質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)誘發(fā)交通事故，造成人身安全及財(cái)產(chǎn)損失。動(dòng)穩(wěn)定度與實(shí)際瀝青路面的受力狀態(tài)相似，具有較好的匹配性，一般用作瀝青材料高溫穩(wěn)定性判別指標(biāo)。

表5 為不同摻量再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果，結(jié)果表明RAP 摻量的增加使得再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度依次提升13.6%和37.6%。 這主要是由于RAP 中瀝青老化導(dǎo)致材料強(qiáng)度增大，彈性行為明顯，且由于老化瀝青的軟化點(diǎn)升高，導(dǎo)致在高溫時(shí)瀝青不易軟化，具備更強(qiáng)的溫度穩(wěn)定性，因此在高溫條件下主要表現(xiàn)出彈性性質(zhì)，且強(qiáng)度較大，不易產(chǎn)生變形，因此隨著RAP 摻量增大，動(dòng)穩(wěn)定度明顯提升。福建地區(qū)夏季相對(duì)較熱，因此高溫穩(wěn)定性是高摻量熱再生瀝青混合料在福建地區(qū)應(yīng)用的重要指標(biāo)，根據(jù)規(guī)范中自然區(qū)劃，福建地區(qū)的動(dòng)穩(wěn)定度為≥1000次/mm。 由試驗(yàn)結(jié)果可知，高摻量熱再生瀝青混合料的高溫性能可以滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表5 不同舊料摻量下動(dòng)穩(wěn)定度

3.2 低溫穩(wěn)定性

低溫性能是嚴(yán)重制約RAP 摻量提高的重要因素。 集料本身是一種彈性體，而瀝青的粘彈性可以提高低溫下的抗變形能力， 但高RAP 再生料中瀝青存在不同程度的老化，因此嚴(yán)重制約了高RAP 再生混合料的應(yīng)用。試驗(yàn)采用低溫梁蠕變?cè)囼?yàn)對(duì)3 種再生瀝青混合料進(jìn)行低溫驗(yàn)證。

表6 為再生瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果，RAP 摻量的增加顯著降低了再生瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變， 分別下降13.6%和26.9%， 摻量的增加導(dǎo)致低溫性能成倍增長(zhǎng)。RAP 摻量60%，最大彎拉應(yīng)變?yōu)?288 με，略高于規(guī)范要求中≥2000 要求。

表6 不同舊料摻量下低溫破壞應(yīng)變

3.3 水穩(wěn)定性

水損壞對(duì)瀝青路面的破壞呈持續(xù)性的， 盡管通過(guò)提高排水系統(tǒng)質(zhì)量能相對(duì)減少水損壞的影響， 但是難以從材料自身提高抗水損壞性能。福建地區(qū)降雨頻繁，年降雨量超過(guò)1000 mm，屬于潮濕地區(qū)，因此水穩(wěn)定性能優(yōu)劣對(duì)于熱再生瀝青混凝土的應(yīng)用尤為重要。 通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)測(cè)得的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂試驗(yàn)測(cè)得的劈裂強(qiáng)度比作為水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法。

表7 為再生瀝青混合料殘留穩(wěn)定度與TSR 試驗(yàn)結(jié)果，水破壞了原有瀝青與集料之間的表面狀態(tài)，因此降低了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。 殘留穩(wěn)定度結(jié)果表明RAP 摻量為70%時(shí)，已經(jīng)接近下限。 TSR 結(jié)果表明RAP摻量為60%就已經(jīng)達(dá)到規(guī)范的下限。

表7 不同舊料摻量下水穩(wěn)定性

4 結(jié)論

本文通過(guò)阿布森法確定了RAP 中瀝青的性能指標(biāo)并對(duì)舊料進(jìn)行了篩分試驗(yàn)。 按照規(guī)范要求通過(guò)粘度調(diào)和準(zhǔn)則確定了新瀝青的標(biāo)號(hào)，并進(jìn)行了高摻量(50%、60%、70%)熱再生配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)路用性能試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比研究分析，得到如下結(jié)論：

(1)高溫穩(wěn)定性：RAP 的摻入能有效提高熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，且隨著RAP 摻量的增加，高溫提升愈發(fā)顯著，動(dòng)穩(wěn)定度依次提高了13.6%和37.6%，均遠(yuǎn)高于規(guī)范要求。

(2)低溫穩(wěn)定性：RAP 中由于老化瀝青的存在，降低了低溫下再生瀝青混合料的抗變形， 往往在較低的應(yīng)變下就發(fā)生斷裂。 當(dāng)RAP 為60%時(shí)， 最大破壞蠕變僅為2288 με， 已經(jīng)接近規(guī)范中對(duì)冬溫區(qū)的低溫性能下限，且隨著RAP 摻量的進(jìn)一步提高，低溫性能成倍降低。

(3)水穩(wěn)定性：水破壞了原有瀝青與集料之間的表面狀態(tài)，因此降低了再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性。 殘留穩(wěn)定度及TSR 試驗(yàn)結(jié)果表明RAP 不利于再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性，當(dāng)摻量為60%時(shí)，TSR 結(jié)果已不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

(4)綜合各種路用性能試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)RAP 摻量大于60%時(shí)，應(yīng)慎重考慮RAP 再生瀝青混合料的使用。