纖維種類對高RAP摻量瀝青混合料路用性能的影響

仲小玲，張銀博

（新疆交通建設集團股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

在過去的十幾年中，國內外對提高瀝青路面的廢舊料回收利用進行了廣泛的試驗研究。常用的方法是用新瀝青和再生劑恢復舊瀝青混合物的性能，并達到新瀝青混合料的性能指標。大量研究表明，隨著纖維作為SMA 路面結構添加劑的引入，添加纖維可以改善瀝青混合料的道路性能。但從近些年來的研究趨勢來看，將纖維作為外摻劑加到廢舊瀝青混合料將其再生的研究并不多見。本文結合新疆工程項目建設情況，將于同比例、同級配下不同種類的纖維加入熱再生瀝青混合料中，與普通瀝青混合料、添加再生劑的高RAP摻量再生瀝青混合料對比，分析不同纖維對高RAP 摻量瀝青混合料路用性能的影響。

2 原材料

研究所用的廢舊瀝青混合料來自新疆某高速公路建設項目。銑刨前，原路面面層分為上下兩層，上面層為4cm 厚AC-16C 型瀝青混凝土，下面層為6cm 厚AC-20C型瀝青混凝土，路面新建采用重交道路石油瀝青。

2.1 新、舊瀝青指標

研究選擇旋轉蒸發器法回收廢舊瀝青混合料中的瀝青。在瀝青回收過程中，瀝青本身的老化在所難免。

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）測定回收瀝青的三大指標與60℃動力黏度，將回收瀝青指標與克拉瑪依90#新瀝青指標進行對比，結果見表1。

由表1可知，回收瀝青針入度、延度指標降低嚴重，軟化點、動力黏度指標顯著升高。從瀝青組分對比看，瀝青老化后飽和分、芳香分輕質組分減少，膠質、瀝青質重組分增加，瀝青的老化使瀝青的黏度增大。可明顯判斷舊瀝青老化較嚴重。舊瀝青各項基本指標已無法滿足規范要求，若想將該舊瀝青重新利用，須對舊瀝青進行再生[1]。

表1 新、舊瀝青對比指標

2.2 回收集料性能分析

路面經過多年的使用，舊瀝青混合料中的集料受行車、雨雪天氣等長期的綜合作用，其技術指標定會發生一些變化，因此對集料的抗壓能力、耐久性等常規指標進行了檢測，結果見表2。

由表2可知，雖然經過多年車輛荷載、氣候、雨雪等因素的綜合作用[2]，但是粗、細集料的各項技術指標仍滿足規范要求，說明該集料的性能較穩定，外界因素對該路面集料的性能影響較小。

2.3 新集料性能

盡管RAP 中的礦料性能滿足規范的要求，但各項性能均有不同程度的下降[3]，這就要求摻配堅硬、棱角分明、潔凈、不含雜質的集料來改善混合料的性質。考慮實際情況，采用的集料為安山巖。粗集料分為23mm～30mm、18mm～23mm、10mm～18mm、5mm～10mm 4種規格，細集料為0～5mm；新瀝青為克拉瑪依90#A級道路石油瀝青；瀝青混合料的礦粉采用石灰巖磨細而成。根據《公路工程集料試驗規程》規范要求進行試驗，材料性質均滿足規范要求。

表2 廢舊瀝青混合料的集料性能

2.4 再生劑指標

老化瀝青的再生過程實質上就是要恢復瀝青的基本性能，在工程建設中常采用再生劑或高標號的瀝青恢復已老化瀝青的路用性能[3-4]。對于普通RAP摻量的熱再生混合料，高標號的新瀝青摻入使用效果較好，但是舊料的摻量過大，瀝青的恢復性能無法滿足工程要求，該情況下常用的是添加再生劑的方法。本試驗選取HR-1325型再生劑作為研究樣本，其性能指標見表3。

2.5 纖維技術指標

用于瀝青混合料纖維的種類很多，本文初步選擇聚酯纖維、玄武巖纖維、木質素纖維和鋼纖維四種纖維進行研究，纖維長度均為3mm。其技術性能如表4～表6所示。

3 配合比設計

3.1 級配的確定

表3 再生劑的基本性能指標

表4 聚酯纖維和玄武巖纖維技術性能

表5 木質素纖維技術性能

表6 鋼纖維技術性能

表7 高RAP摻量混合料合成級配配比比例

結合新疆工程項目，研究混合料類型為AC-25C，選擇的再生瀝青混合料摻量為45%和50%，為了滿足在同等條件下對比普通熱拌瀝青混合料性能的需要，將新集料篩分成單檔然后回配，再進行普通熱拌瀝青混合料AC-25C型的配合比設計，其合成級配分別與45%RAP 和50%RAP 的合成級配相同，本研究中將該類型混合料稱為45%RAP 對比普通瀝青混合料和50%RAP對比普通瀝青混合料。

高RAP摻量混合料合成級配比例見表7。

為了與添加再生劑的再生瀝青混合料性能進行對比研究[5]，在上述同配比條件下，進行只添加再生劑HR-1325 的再生瀝青混合料，再生劑的用量為廢舊瀝青混合料中瀝青質量的10%。本研究中將該類型混合料稱為45%RAP 對比再生劑瀝青混合料和50%RAP 對比再生劑瀝青混合料。

3.2 高RAP摻量再生混合料的體積性能指標

依據經驗性做法，試驗研究過程中四種纖維摻量均為0.3%。按照設計級配，在最佳油石比條件下，四種

纖維再生瀝青混合料、對比普通瀝青混合料拌瀝青混合料以及對比再生劑瀝青混合料的馬歇爾試驗指標見表8。

從試驗結果來看，在同等試驗條件下，兩種RAP摻量下，添加纖維的再生瀝青混合料的油石比和穩定度明顯大于對比普通瀝青混合料和對比再生劑瀝青混合料，該結果一方面體現了纖維的吸油能力，另一方面也體現了其較好的水穩定性。

表8 高RAP摻量再生混合料馬歇爾試驗指標

表9 高RAP摻量再生混合料馬歇爾試驗指標

不同的纖維種類，相同比例摻量條件下，最佳油石比相差很小，但是纖維的吸油能力還是存在一定的差異性，木質素纖維吸油力最大，鋼纖維吸油不明顯。

4 不同纖維高RAP摻量再生混合料路用性能試驗

4.1 高溫性能試驗

通過車轍試驗對各再生瀝青混合料的高溫性能進行研究，試驗結果見表9。

從試驗結果分析可得，45%RAP的再生瀝青混合料的動穩定度明顯低于50%RAP的再生瀝青混合料的動穩定度。隨著廢舊瀝青混合料摻量的增加[6]，動穩定度呈現上升的趨勢，高RAP 摻量再生瀝青混合料的高溫性能較好。與普通瀝青混合料相比，摻再生劑與纖維的再生瀝青混合料的動穩定度顯著提高[7]。

聚酯纖維稍優于玄武巖纖維，木質素纖維和鋼纖維高溫性能明顯低于聚酯和玄武巖纖維兩種纖維，這可能是木質素纖維和鋼纖維對促進新舊瀝青的有效接觸融合能力較低導致。從提升高溫性能的能力來看，各纖維材料再生混合料高溫性排序為：聚酯纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、木質素纖維能再生瀝青混合料。

4.2 水穩定性能試驗

通過凍融劈裂試驗對各再生瀝青混合料的水穩定性能進行研究，試驗結果見表10。

從試驗結果分析可得，45%RAP的再生瀝青混合料比50%RAP 的再生瀝青混合料的水穩定性有明顯的優越性。

在同等條件下，聚酯纖維和玄武巖纖維提高再生瀝青混合料水穩定性的能力均高于摻木質素纖維和鋼纖維。

在試驗過程中，添加再生劑的兩種高RAP 摻量再生瀝青混合料成型的馬歇爾試件在60℃水浴箱7h～9h后全部散落，無法滿足規范要求。結果說明再生劑可以一定程度上恢復舊瀝青的使用性能，但再生后瀝青的使用性能仍與新瀝青有較大的差別[8]。

各再生混合料水穩定性為指標由高到低排序依次為：聚酯纖維、玄武巖纖維、對比普通瀝青、木質素纖維、鋼纖維、添加再生劑的再生瀝青混合料。

4.3 低溫性能試驗

對各再生瀝青混合料的低溫性能進行研究，低溫彎曲試驗結果見表11。

表10 高RAP摻量再生混合料馬歇爾試驗指標

表11 高RAP摻量再生混合料低溫彎曲試驗結果

從試驗結果分析可得，45%RAP摻量再生瀝青混合料的低溫抗裂性能稍高于50%RAP摻量的再生瀝青混合料。普通熱拌瀝青混合料與摻加纖維的再生瀝青混合料的低溫抗裂性能遠遠高于摻再生劑的再生瀝青混合料。

在同條件下，對添加四種纖維的RAP 摻量再生混合料低溫性能進行對比，摻加聚酯纖維再生瀝青混合料的低溫抗裂性最好[9]，鋼纖維的最差，可能是鋼纖維無吸油能力原因所導致的。

以提升混合料低溫抗裂性能的能力為指標排序，各纖維材料再生混合抗裂能力依次為：聚酯纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、木質料素纖維的再生瀝青混合料。

5 結語

①兩種高RAP 摻量，不同纖維、同種摻量下，對比分析可知本研究中四種纖維瀝青混合料的最佳油石比相差很小，但按照吸油能力大小來看，木質素纖維吸油力最大，鋼纖維吸油不明顯。

②采用添加HR-1325型再生劑的方式可提升RAP摻量的用量，但其不適用于高RAP 摻量的再生瀝青混合料，具有明顯的局限性。

③綜合對比聚酯纖維、玄武巖纖維、鋼纖維、木質素纖維高RAP摻量瀝青混合料高溫、低溫和水穩定性，聚酯纖維改善高RAP摻量再生瀝青混合料路用性能的效果顯著。

④在實際工程建設過程中可優先選擇聚酯纖維，可有效改善熱再生瀝青路面的使用性能。