溫拌再生瀝青混合料水穩定性正交試驗研究

黃 川，楊大田，陳富強

(1.廣西壯族自治區公路管理局，廣西 南寧 530029；2.長沙理工大學公路養護技術國家工程實驗室，湖南 長沙 410114)

瀝青路面再生方法經過了熱拌和冷拌再生，目前出現了新拌合再生技術——溫拌再生技術。熱拌再生瀝青混凝土，由于一定程度上再次氧化瀝青混凝土，因此該工藝會影響再生瀝青混凝土路面的低溫、抗疲勞性能和使用壽命；冷拌再生，由于是常溫拌和施工，因此其性能相對較差，不能滿足高等級路面的要求[1]；溫拌再生，利用溫拌技術，降低結合料的拌合溫度，不僅保證了瀝青混合料的路用特性，而且可以節省燃料、降低生產過程中的再生瀝青混合料的再次老化和減少溫室氣體排放[2]。

湯文等[3]主要研究了RAP摻量對WRAM高溫性能、低溫性能和水穩定性的影響。鄧昌中等[4]研究了不同溫拌劑摻量下WRAM的高溫、低溫和水穩定性能。AbhilashKusam等人[5]用間接拉伸比評價了含有RAP的溫拌再生瀝青混凝土的水穩定性。謝翠玲等人[6]試驗研究了拌和溫度和石料烘干時間對溫拌再生瀝青混凝土水穩定性的影響。陳培峰等人[7]研究不同RAP(回收瀝青路面材料)摻量對溫拌再生瀝青混合料水穩定性的影響，發現溫拌再生混合料的水穩定性隨著RAP摻量的增加而下降。王理吉等人[8]試驗研究了Sasobit溫拌劑對溫拌再生瀝青混凝土水穩定性的影響。

現有資料表明，溫拌劑對溫拌再生瀝青混凝土的水穩定性有較大影響，但都是單因素試驗分析，對RAP摻量、溫拌劑用量和RAP粒徑組成交互作用對WRAM水穩定性的影響研究卻鮮有報道。

本文選用AC-13舊料破碎、篩分、抽提回收舊瀝青，并對其進行試驗；按正交試驗法，進行組合設計，以凍融間接拉伸強度比為指標，用數理統計方法分析各影響因素，為溫拌再生瀝青混凝土的應用，特別是其水穩定性提供借鑒。

1 原材料與試驗

1.1 集料

舊料為AC-13，采取銑刨方法回收，回收后進行人工破碎。以4.75 mm、9.5 mm、19 mm為界限，將RAP分為0～5 mm、5～10 mm、10～19 mm，去除19 mm以上超粒徑集料。利用抽提法分離出瀝青和集料，舊集料為石灰巖，通過篩分試驗，得到表1級配。以4.75作為關鍵篩孔，將回收舊集料分為<4.75和>4.75兩種，采用四分法進行樣本取樣，進行抽提試驗，測得舊集料的各項技術指標，見表2。新集料采用石灰巖，其各項主要技術指標見表3。

表1 抽提后舊料級配表

表2 舊集料主要技術指標表

表3 新集料主要技術指標表

從表2，可以看出舊集料的技術指標均滿足規范[9]要求。

1.2 瀝青

新瀝青采用90#基質石油瀝青。90#瀝青和回收瀝青的技術指標見表4。

表4 新舊瀝青主要技術指標表

從表4可以看出，新舊瀝青技術性能均符合規范[9-10]使用要求。

1.3 溫拌劑

Sasobit溫拌技術屬于有機添加劑類降粘溫拌技術[11]，其外觀為2～4 mm大小的白色顆粒球狀體，是一種合成直鏈脂肪族炭氫化合物。

2 試驗方法及試驗結果分析

采用拉伸強度比，評價WRMA的水穩定性。為保證每個試件空隙率為7%，按目標空隙率7%，計算混合料密度并稱料，旋轉壓實儀選擇等高模式成型試件，試件尺寸均為直徑100 mm×高63.5 mm。

選取三個因素(RAP摻量、溫拌劑用量、RAP顆粒組成)，每個因素取三個水平進行正交試驗，即三因素三水平的正交試驗[12]，其因素水平表見表5。

表5 正交試驗因素水平表

依據表5，按正交試驗方法，形成了9種試驗方案。

每種試驗方案，成型兩組試件，每組5個。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的試驗方法，第一組在常溫下保存備用，第二組進行凍融循環。試驗在25 ℃±0.5 ℃條件下，用50 mm/min的加載速率進行間接拉伸試驗，計算各組間接拉伸強度均值，結果見表6。

表6 試驗結果表

對表6數據進行初步計算分析，見表7。

根據表7可知，溫拌劑用量變化引起的TSR變化情況是B1>B3>B2，即在溫拌劑用量2%時，水穩定性最好；在溫拌劑用量3%時，水穩定性最差。RAP摻量變化引起的TSR變化情況是A2>A1>A3，即在RAP摻量30%時，水穩定性最好，在RAP摻量45%時，水穩定性最差。RAP顆粒組成對TSR幾乎無影響。

表7 TSR計算分析表

進一步對表7進行因素顯著性分析，其方差分析計算見表8。

表8 方差分析表

由表8可知，當α=0.01時，FB=128.64>F0.01(2，2)=99；當α=0.1時，FA=13.07>F0.1(2，2)=9。根據F檢驗標準，B因素對TSR有顯著影響，A因素對TSR有比較顯著的影響，C因素對TSR無顯著性影響。因此，A、B和C三因素對TSR影響的主次順序是：B、A、C，即溫拌劑用量>RAP摻量>RAP本身組成。對于溫拌再生瀝青混凝土，這充分說明了溫拌劑用量對提高其水穩定性尤為重要，因此在溫拌再生瀝青混凝土時首先考慮溫拌劑的合適摻量。

綜合分析表7和表8，可以得到Sasobit溫拌劑溫拌再生瀝青混凝土的水穩定性最優組合為A2B1C2，最差組合A3B2C1，其中A2B1C2的TSR較A3B2C1的提高了17.7%。

3 結語

利用方差分析和F檢驗，對9種組合的溫拌再生瀝青進行水穩定性試驗分析，發現了A、B和C三因素對TSR影響的次序依次為：B、A、C，即溫拌劑用量>RAP摻量>RAP本身組成。同時，得到了A2B1C2為最優組合，A3B2C1為最差組合，A2B1C2組合的水穩定性較A3B2C1的高出17.7%。因此，為了防止溫拌再生瀝青混凝土發生早期水損壞，推薦Sasobit溫拌劑用量3%，RAP摻量30%，對于RAP材料進行集中粉碎和篩分處理，RAP材料尺寸控制在5～10 mm。

[1]俞志龍.廠拌熱再生瀝青混合料路用性能及施工工藝研究[D].重慶：重慶交通大學，2013.

[2]徐世法，徐立庭，鄭 偉，等.熱再生瀝青混合料新技術及其發展展望[J].筑路機械與施工機械化，2013，6(6)：39-43.

[3]湯 文，盛曉軍，謝旭飛，等.回收料摻量對溫拌再生瀝青混合料性能的影響[J].建筑材料學報，2016，19(1)：204-208.

[4]鄧昌中，徐 燕.基于溫拌再生瀝青混合料路用性能的Sasobit摻量確定[J].公路與汽運，2014(5)：98-100.

[5]AbhilashKusam；HarithaMalladi；Akhtarhusein A.Taye-bali，and N.Paul Khosla.Laboratory Evaluation of Workability and MoistureSusceptibility of Warm-Mix Asphalt MixturesContaining Recycled Asphalt Pavements[J].Journal of Materials in CivilEngineering，2017(04016276)：1-8.

[6]謝翠玲，張 新，蘇 明，等.溫拌瀝青混合料水穩定性研究[J].公路交通科技：應用技術版，2011(9)：13-15.

[7]程培峰，韓永強.溫拌再生瀝青混合料水穩性能研究[J].重慶交通大學學報：自然科學版，2015，34(1)：60-63.

[8]王理吉，吳 歡，徐 燕.Sasobit溫拌再生瀝青混合料水穩定性改善措施研究[J].公路交通技術，2015(2)：53-56.

[9]JTG F50-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[10]JTG F41-2008，公路瀝青路面再生技術規范[S].

[11]呂玉超，張美玉，張玉貞.溫拌瀝青混合料發展現狀[J].石油瀝青，2013，27(5)：1-6.

[12]楊 虎，劉瓊蓀，鐘 波.數理統計[M].北京：高等教育出版社，2006.