高RAP摻量的再生瀝青混合料路用性能研究

金星 吳凡

摘 要：設計了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，同時改變改性瀝青中橡膠粉的摻量，研究高RAP摻量以及橡膠粉摻量對再生瀝青混合料高溫性能、抗水損害性能的影響。結果表明：高RAP摻量可以提高再生瀝青混合料的動穩定度，但會輕微影響凍融劈裂強度比;橡膠粉摻量在8%～16%范圍內，再生瀝青混合料的動穩定度、凍融劈裂強度比與橡膠粉的摻量成正比。

關鍵詞：RAP;再生瀝青混合料;路用性能

0 引言

二十一世紀以來，我國的經濟飛速增長，與此同時，交通運輸事業也取得了前所未有的質的飛躍，高等級的公路建設突飛猛進。但是，早期建設的瀝青公路由于設計使用年限的迫近以及車輛數量、載重的不斷增加，已出現大量的病害，需要進行翻修重建。而如何處理道路維修過程中產生的大量瀝青混合料廢棄物（RAP）成了急需解決的一大難點。

再生瀝青混合料是指將RAP破碎處理后當作骨料與天然骨料、新瀝青、礦粉混合攪拌而得到的瀝青混合料。再生瀝青混合料的應用不僅為處理大量堆積的RAP提供了新的處理方案，解決環境問題，同時還可以降低施工成本，帶來不菲的經濟效益。但是再生瀝青混合料中，目前RAP的摻量均不是很高，僅在20%～30%之間，本文以提高RAP摻量為目的，設計一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，檢測其路用性能，并分析不同橡膠粉摻量的改性瀝青對再生瀝青混合料路用性能的影響。

1 原材料

1.1 舊瀝青混合料

試驗所用的瀝青混合料廢棄物取自南京某高架路面翻修時產生的廢棄舊料，將其加熱分散后進行篩分，篩分數據見表1。并測得表觀相對密度為2.8 g/cm3，吸水率為1.2%。同時采用離心分離法對RAP進行抽提蒸餾，測得RAP中的瀝青含量為4.9%。

1.2 瀝青

試驗所用的瀝青是橡膠粉改性瀝青，是由實驗室自制得到。采用市售的殼牌70號基質瀝青與8%摻量的橡膠粉在200轉速的攪拌機中混合均勻而得。橡膠粉改性瀝青的技術指標見表2。

1.3 天然骨料

試驗所用的天然骨料選用玄武巖碎石，共有0 mm～3 mm、3 mm～5 mm、5 mm～10 mm、10 mm～15 mm四個粒徑區間。其篩分數據見表3。

1.4 礦粉

試驗所用的礦粉為石灰巖礦粉，表觀密度2.7 g/cm3，含水量0.4%，粒度均在0.15 mm以下，符合規范要求。

2 配合比設計

2.1 礦料級配設計

混合料的礦料級配設計會直接影響到混合料的性能，選用抗車轍變形較為優異的級配super-13進行設計。根據天然骨料以及RAP的篩分數據，調節各檔骨料的用量，并將其級配進行合成，合成級配數據見表4，合成級配曲線見圖1。合成級配的各檔骨料比例：RAP：0 mm～3 mm天然骨料：礦粉為83：14：3。

2.2 最佳瀝青用量設計

由于RAP中原本含有4.9%的瀝青，說明該RAP在服役的過程中瀝青的損耗量并不多，進行最佳瀝青用量設計時根據經驗選取0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%五種瀝青用量進行制備馬歇爾試件，制得的馬歇爾試件的體積及性能指標見圖2。

由圖2可知，在瀝青摻量為1%時，空隙率最大為5.3%。對曲線進行擬合并計算得到4.0%空隙率對應的瀝青摻量為1.7%。此摻量下對應的礦料間隙率、飽和度分別為15.3%、71.2%，均符合規范標準，因此確定最佳瀝青用量為1.7%。

3 路用性能分析

根據設計好的礦料級配以及最佳瀝青用量進行瀝青混合料的路用性能試驗。由于處于沿海地區，基本無嚴寒或者冰凍現象，但雨水豐富，所以選擇以高溫性能和抗水損害性能為主。為了比較不同的橡膠粉摻量對瀝青混合料路用性能的影響，共制備8%、12%、16%三種不同橡膠粉摻量的改性瀝青。同時成型一組不摻RAP的天然骨料瀝青混合料作為對比。各組瀝青混合料具體編號見表5。

3.1 再生瀝青混合料高溫性能

瀝青混合料的高溫性能是指在高溫下承受外界荷載時抵抗變形發生的性能。車轍試驗可以很好的模擬真實路面車輛碾壓之后瀝青混合料的變形情況。試驗溫度設定60℃，輪壓固定0.7 MPa不變。需要注意的是，在開始試驗之前，需要將車轍試塊置于60℃恒溫環境下保溫4 h。車轍試驗的結果使用動穩定度來表征，動穩定度計算公式見式（1）：

式中，DS是動穩定度，單位次/mm，動穩定度越大，意味著瀝青混合料的抗車轍性能越優異，即高溫下抗變形性能越好;d1、d2分別指的是在T145分鐘和T260分鐘時對應的變形量，單位為mm;C1、C2為試驗參數，取值均為1.0;N是輪碾行進的速度，為42次/min。

瀝青混合料車轍試驗的結果見表3。由表3可知，高RAP再生瀝青混合料的動穩定度要顯著高于天然骨料的瀝青混合料，最大可高于Blank組47.5%。這是因為RAP在自然條件下長期的服役中，不斷地遭受車輪碾壓以及太陽地紫外線照射，其中包含地瀝青已經發生了老化。而瀝青的老化是一個油分減少、瀝青質增加，低分子組分向高分子組分轉變的過程，該過程會導致瀝青變脆變硬。在再生瀝青混合料中含有大量的RAP，從而導致了其動穩定度的增大，高溫性能更為優異。

觀察表6中3組再生瀝青混合料的動穩定度數據，發現新瀝青中的橡膠粉含量增大，瀝青混合料的動穩定度也隨之提高。ZJ-12組的動穩定度比ZJ-8組提高了10.9%，ZJ-16組比ZJ-8組提高了15.5%。在橡膠粉摻量大于8%以后，增大橡膠粉摻量對提高動穩定度帶來的效果并不顯著。

3.2 再生瀝青混合料抗水損害性能

瀝青混合料的抗水損害性能用凍融劈裂試驗的凍融劈裂強度比來表征。凍融劈裂試驗使用馬歇爾試驗來進行。分為兩組，其中一組需在真空飽水之后在-18℃的環境中冷凍16 h，之后取出在60℃水浴中浸泡24 h，最后將兩組試件同時置于25℃水域中浸泡2 h后進行劈裂試驗。凍融劈裂強度比的計算公式見式（2）：

式中，、分別為未經凍融和經過凍融的劈裂抗拉強度，單位為MPa;、分別為未經凍融和經過凍融的劈裂時荷載值，單位為N;h1、h2為馬歇爾試件的高度，單位mm;TSR為凍融劈裂強度比。

瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果見表7。由表7可知，高RAP摻量的再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比相較于天然骨料的瀝青混合料更低一些。說明高RAP摻量會導致瀝青混合料抗水損害性能不良。這是因為RAP中的舊瀝青老化嚴重，黏度下降，與骨料的粘結性變差，導致再生瀝青混合料中的空隙率增大;其次是因為一部分舊瀝青與新瀝青會發生膠結，導致混合料中的有效瀝青降低，這兩個因素導致了再生瀝青混合料的水穩定性較差。橡膠粉摻量在8%～16%的范圍內變化時，凍融劈裂強度比隨橡膠粉摻量的增大而增大。

4 結論

設計了一種高RAP摻量的再生瀝青混合料，并改變改性瀝青中橡膠粉的摻量，研究高RAP摻量以及橡膠粉摻量對再生瀝青混合料性能的影響，得出如下結論：

（1）高RAP摻量會提高再生瀝青混合料的動穩定度。雖然降低再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比，但仍能滿足規范要求。

（2）橡膠粉改性瀝青可以提高瀝青混合料的動穩定度和凍融劈裂強度比。在8%～16%摻量范圍內，橡膠粉摻量越高，對再生瀝青混合料性能的提升效果越好。

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