不同摻量細RAP的廠拌熱再生AC-13路用性能研究

何書進，黃哲驍，屈慶余，劉 進，蔡 平，包廣志

(1.葛洲壩湖北襄荊高速公路有限公司，荊門 448000；2.葛洲壩集團交通投資有限公司，武漢 430000；3.中南安全環境技術研究院股份有限公司，武漢 430000)

我國公路建設，尤其是高速公路的大規模建設經歷了30多年的發展，高速公路總里程已超過16萬km，其中90%以上的路面為瀝青混凝土路面。目前，已建設的高速公路陸續進入大、中修期，每年產生大量的廢舊瀝青混合料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)。在資源匱乏的全球背景下，瀝青路面再生技術是公路建設可持續發展戰略的重要組成部分，在我國現階段尤其具有重要的現實意義[1-3]。

廠拌熱再生技術是將瀝青銑刨料運至拌合站與新集料和新瀝青/再生劑拌和而成具有良好路用性能的瀝青混合料，進而重新鋪筑使用[4,5]。實踐證明，瀝青混合料廠拌熱再生技術施工質量易于把控，如果采用完善的設計和正確的施工方案，熱再生瀝青混合料的性能可達到甚至超過普通熱拌瀝青混合料。但在實際工程應用過程中，受舊料加熱溫度、級配等因素影響，RAP摻配比例提升后再生混合料路用性能難以達到預期。該文采用襄荊高速公路實際養護過程中產生的上面層細廢舊瀝青混合料作為研究對象，通過室內試驗研究不同RAP摻量下的再生混合料馬歇爾體積參數、高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性的變化規律，以期為工程應用提供參考[6，7]。

1 試 驗

1.1 試驗材料

試驗用銑刨料均來自于襄荊高速公路某路段上面層。原混合料類型為Sup-13，經預處理破碎、篩分后分為0～8 mm、8～26 mm兩檔，破碎篩分后0～8 mm檔占比超過70%。主要原因是瀝青混合料經長期荷載碾壓，集料不同程度受到粉化，經銑刨、破碎后，廢舊料進一步粉化。為提升廢舊料整體利用率，對0～8 mm檔細RAP進行再生研究，再生時僅摻配細RAP進行使用。0～8 mm檔RAP抽提后篩分結果見表1。

表1 0～8 mm RAP抽提篩分試驗結果 /%

試驗用改性瀝青為SBS(I-D)型，各項指標滿足使用要求，檢測指標見表2。試驗用再生劑各項技術指標見表3，滿足使用要求。

表2 改性瀝青各項指標檢測結果

表3 再生劑技術指標

試驗用新的粗、細集料均采用輝綠巖，填料采用石灰巖礦粉，各項參數均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)的相關要求。

1.2 試驗方案

試驗首先根據RAP中瀝青老化程度確定再生劑摻配比例，接著基于馬歇爾試驗方法分別進行0、20%、30%、40%共計4個不同RAP摻配比例的混合料配合比設計，確定合適礦料級配和最佳瀝青用量。最后對比4種RAP摻量下的再生混合料馬歇爾體積參數、高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性[8]。

2 結果與分析

2.1 再生劑摻量確定

試驗選用0、2%、4%、6%、8%、10%共6個摻量的再生劑與回收的舊瀝青進行調和，通過測定調和后的舊瀝青三大指標和135 ℃布氏黏度確定再生劑最佳摻配比例，試驗結果見表4。

表4 不同再生劑摻量下的舊瀝青部分技術指標

通過表4可以看出，隨著再生劑摻量的增加，針入度和延度隨之增大，軟化點和布氏黏度降低，表明舊瀝青中的輕質組分得到補充，黏彈特性得到恢復，但原再生劑無法修復原SBS的黏彈特性。當再生劑摻量達到6%時，調和的舊瀝青接近于70#基質瀝青各項參數。因此，該試驗確定6%為再生劑摻量進行使用。

2.2 配合比設計

通過馬歇爾設計方法對RAP摻量0、20%、30%、40%的AC-13混合料進行配合比設計，各檔礦料占比見表5。根據經驗分別預估不同摻量RAP的新瀝青用量進行馬歇爾試驗，對比不同新瀝青下的馬歇爾體積參數，最終確定0、20%、30%、40%RAP摻量的最佳新瀝青用量分別為4.9%、3.3%、2.7%、2.4%。

表5 不同RAP摻量的混合料礦料摻配比例

試驗基于上述不同RAP摻量的配比，通過馬歇爾試驗、60 ℃動穩定度試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、低溫彎曲試驗研究不同RAP摻量對再生料路用性能的影響。

2.3 路用性能

2.3.1 馬歇爾體積參數

馬歇爾試驗涉及的再生瀝青混合料性能主要參數有空隙率、馬歇爾穩定度、流值等，不同RAP摻量的部分馬歇爾體積參數見表6。

表6 不同RAP摻量的混合料馬歇爾體積參數

從表6中可以看出，不同RAP摻量下的再生混合料空隙率、馬歇爾穩定度、流值均滿足技術要求。隨著RAP摻量的增加，再生混合料的空隙率出現變大，馬歇爾穩定度降低，流值增大，主要原因是0～8 mm檔RAP中存在較多瀝青和細集料或礦粉形成的“油團顆粒”。這些“油團顆粒”的尺寸通常在2.36 mm以上，外表皮上包裹了一層厚厚的瀝青膠漿。在拌和時由于加熱溫度受限，“油團顆粒”未散開而是充當粒徑更大的集料進行使用，更細的2.36 mm以下粉料缺失，隨著RAP摻配比例增加粉料缺失也會更多，所以空隙率增大。

2.3.2 高溫穩定性

由于瀝青路面直接接受車輛荷載和環境因素的影響，且瀝青混合料的強度和抗變形能力隨溫度的升降而產生變化，從而導致瀝青路面的穩定性和工作狀態變差。瀝青混合料高溫穩定性通常采用60 ℃動穩定度進行評價，試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20—2011)(T0719)進行車轍試驗。不同RAP摻量的動穩定度見圖1。

根據試驗結果可以看出，不同RAP摻量的廠拌熱再生混合料動穩定度均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中≥2 800次/mm的要求，與未加廢舊料相比，20%、30%、40%RAP摻量的動穩定度分別提升17%、40.6%、65.3%。表明隨著RAP摻量的增加，60 ℃動穩定度隨之增加，再生混合料的高溫穩定性得到提升。上面層瀝青混合料在長期服役過程中，瀝青在自然環境下經溫度、光照、雨水及交通荷載各種因素作用出現老化，輕質組分丟失，高溫黏度增加，進而導致混合料高溫穩定性得到一定提升。

2.3.3 水穩定性

瀝青路面在雨水冰雪作用下往往會出現脫粒、松散，病害進一步延伸會出現坑洞，出現這一現象的原因是瀝青混合料在水的浸蝕下，瀝青從集料表面出現剝落，使集料顆粒失去黏結而松散，這就是瀝青路面的水損害現象。目前，《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中評價瀝青混合料抗水損害的試驗方法，主要有殘留馬歇爾試驗、凍融劈裂強度比試驗，不同RAP摻量下的再生混合料浸水馬歇爾殘留穩定度比、凍融劈裂強度比見圖2、圖3。

從圖2、圖3中可以看出，隨著RAP摻量增加，浸水馬歇爾殘留穩定度比和凍融劈裂強度比隨之降低。當RAP摻量達到40%時，浸水馬歇爾殘留穩定度比和凍融劈裂強度比不滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)對于AC-13浸水馬歇爾殘留穩定度比≥85%、凍融劈裂強度比≥80%的技術要求。主要原因是礦料與瀝青的粘附性不足導致，加入RAP后，新瀝青用量降低，而“油團顆粒”中的舊瀝青在拌合中完全熔融，無法與新瀝青實現較高程度融合，導致集料表面新、舊瀝青的黏結強度降低。

2.3.4 低溫抗裂性

上面層瀝青路面在冬季氣溫較低時，在車輛荷載作用下，混合料柔韌性不足會因收縮導致橫向裂縫的產生。如果瀝青路面在低溫條件下能夠保證足夠的柔韌性，在短時間內可以將混合料產生的收縮應力松弛消失，進而避免裂縫的產生。《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中以30 mm×35 mm×250 mm的混合料小梁在-10 ℃、加載速率50 mm/min條件下的極限破壞應變作為瀝青混合料低溫抗裂性能評價指標。不同RAP摻量下的低溫小梁彎曲應變見圖4。

由圖4試驗結果可以看出，隨著RAP摻量增加，低溫小梁彎曲應變降低，表明RAP摻量增加不利于再生混合料的低溫抗裂性能。在RAP摻量為0、20%、30%時，低溫小梁彎曲應變能夠滿足≥2 500×10-6的技術要求，但RAP摻量達到40%時低溫抗裂性能不能滿足技術要求。在生產時基于調和瀝青的再生機理，再生劑的加入能夠一定程度的改善舊瀝青的黏彈性，但并不能使全部舊瀝青的輕質組分得到補充。尤其是廢舊料表面的結構瀝青，與新瀝青混合料相比廢舊料的脆性依舊較大，RAP的加入降低混合料的低溫柔韌性。

3 結 論

a.隨著細RAP的摻配增加，由于廢舊料中的“油團顆粒”存在，在拌合時難以散開，導致細料缺失，空隙率隨之增大。

b.與未加入廢舊料相比，20%、30%、40%RAP摻量下的動穩定度分別提升17%、40.6%、65.3%，再生混合料的高溫穩定性得到一定程度的提升。

c.對比不同細RAP摻配比例下的混合料水穩定性、低溫抗裂性能，隨著細RAP摻配比例增加，浸水馬歇爾殘留穩定度比、凍融劈裂強度比、低溫小梁彎曲應變隨之降低，為保證滿足技術要求RAP摻配比例不宜超過30%。