基于制備工藝的熱再生瀝青混合料性能研究

楊 林 李文博

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

為了積極響應國家節約資源和保護環境的宗旨，瀝青混合料再生技術[1-3]已經被廣泛應用。目前，我國的再生技術主要包括廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生等。其中，廠拌熱再生技術以其較好的適應性和良好的路用性能成為應用最廣泛的再生技術。國內學者對廠拌再生混合料路用性能的研究比較充足，研究方向大多集中在物質材料方面，如RAP摻配比例[3-6]、溫拌劑改性等。但是，制備工藝[7]對于再生混合料路用性能影響的研究還不夠深入。因此，本文通過室內車轍試驗，低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗，研究9種不同制備工藝下熱再生瀝青混合料性能指標的變化規律，并據此分析不同制備工藝對再生瀝青混合料路用性能的影響，為提高廠拌熱再生混合料的性能提供一定的參考。

1 熱再生混合料配合比設計

本試驗選用的RAP摻量為30%，再生劑采用70號(A)道路石油瀝青。室內試驗設計級配采用AC-13中值級配。試驗拌合溫度采用160 ℃，新瀝青加熱溫度采用150 ℃,新集料加熱溫度采用185 ℃。

最佳瀝青用量的確定采用馬歇爾試驗方法，預估最佳油石比為4.9%，根據JTG F40—2004公路瀝青路面施工規范要求，按0.5%的間隔變化，取5個不同油石比，分別成型馬歇爾試件，并對試件的穩定度、流值及密度等指標進行測定。各項指標結果見表1。

表1 馬歇爾各項指標測試結果

根據JTG F40—2004公路瀝青路面施工規范中規定的最佳瀝青用量計算方法，得出混合料最佳油石比為4.9%，包括RAP原有瀝青和新瀝青。

2 試驗方案與評價指標

為確定熱再生瀝青混合料制備中各因素的影響性，設計正交實驗方案和各因素水平如表2所示。

試驗評價根據高溫車轍實驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗所測得的動穩定度、破壞應變、凍融劈裂強度比作為評價指標。

3 試驗結果及分析

表2 水平因素表

3.1 試驗結果

根據正交實驗方案得到的27組試驗結果見表3。

表3 正交試驗結果

3.2 試驗結果分析

3.2.1極差分析與方差分析

極差比可見圖1，正交實驗極差分析結果及方差分析結果可分別見表4，表5。

表4 正交實驗極差分析表

性能因素A(RAP溫度)空列B(拌合時間)C(拌合順序)高溫穩定性能K16 540.06 877.96 750.46 741.2K27 309.67 011.07 558.36 070.2K37 059.97 020.66 600.88 098.1極差769.6142.7957.52 027.9低溫抗裂性能K17 544.37 701.37 756.17 792.2K27 759.27 697.47 836.47 371.6K37 750.37 655.27 461.37 890.1極差214.846.1375.2518.5水穩定性K1264.4266.1265.6268.3K2267.6265.5267.9261.8K3265.5265.8263.9267.3極差10.645.5

表5 正交實驗方差分析表

將各個評價指標中RAP的極差值作為單位，其他兩個因素的極差值分別與其做比，即得到極差比圖。由圖1可知：

1)三條極差比曲線均為上升趨勢。故可知對于三個評價指標的主要影響因素的順序均為C(拌合順序)>B(拌合時間)>A(RAP溫度)；

2)相比較混合料的高低溫性能對應的極差比值，拌合時間與拌合順序在水穩定性的影響程度要明顯高于RAP預熱溫度的影響程度。

通過對表4,表5的分析可得出基本結論如下：

1)對于高溫性能：水平最優組合為，A2,B2,C3。

2)對于低溫性能：水平最優組合為，A2,B2,C3。

3)對于水穩定性：水平最優組合為，A2,B2,C1。由此可知，A2,B2,C3分別為混合料高溫、低溫性能的最優水平，而C1水平的水穩定性要好于C3。

4)通過F值的比較可以得到熱再生混合料動穩定度影響大小的順序為：C(拌合順序)>B(拌合時間)>A(RAP溫度)。

3.2.2因素及水平分析

對于因素A(RAP溫度)。由表4可知，熱再生混合料高溫、低溫、水穩定性的K1,K2,K3值，隨著RAP預熱溫度的提高而呈現出先增后減的規律，即在RAP預熱溫度為120 ℃時取得極大值。這可能的原因是：當預熱溫度過低時，RAP上附著的瀝青由于老化，老化瀝青薄膜沒有完全融化，導致混合料在拌合過程中，老化瀝青與新瀝青的相溶度不高，RAP的還原程度不足，從而影響混合料的路用性能；當預熱溫度過高時，RAP中的瀝青容易產生二次老化，二次老化的瀝青會表現出粘度增加的性狀。故，產生二次老化的RAP在與新集料拌合的過程中會粘結細集料，形成集料團，從而造成混合料粗細集料分布不均勻，使混合料性能下降。

對于因素B(拌合時間)。由表4得，隨著拌合時間的增加，混合料的路用性能逐漸得到提升，即在拌合時間為150 s時各性能指標均取到最大值。這可能的原因是：隨著拌合時間增加，混合料的拌合更均勻，骨架結構強度和老化瀝青還原程度升高，故混合料的各性能得到增強。

對于因素C(拌合順序)。由表4可得到，綜合看來C3拌合順序較好，即新粗集料、RAP先拌合，然后依次加入瀝青、礦粉、新細集料進行拌合。這種順序較其他兩個順序路用性能好的原因可能是：RAP先與新粗集料拌合，RAP中的老化瀝青向新粗集料上面轉移，這不僅使老化瀝青在集料中分布的更加均勻，同時也讓RAP上的老化瀝青附著層變薄，從而使得新瀝青與老化瀝青的接觸面積增大，老化的還原程度好，再生混合料的瀝青性能得到提升。加入礦粉拌合后，混合料的膠漿性能增強。最后加入新細集料，由于膠漿性能在加入礦粉后增加，使得新細集料的瀝青裹附程度相比于其他兩種拌合次序較少，從而新細集料相對移動所需要的能量和集料間的內摩阻力較大，所以骨架結構更加穩定。故，在C3的拌合次序下，混合料的性能得到一定提升。

4 結語

1)通過改變制備工藝，熱再生瀝青混合料的高溫穩定性能、低溫抗裂性能、水穩定性能均得到了一定的提升。

2)采用4因素3水平正交設計表，通過對動穩定度、破壞應變、凍融劈裂強度比的直觀分析和方差分析得到：因素C(拌合順序)為非常顯著影響，因素B(拌合時間)和因素A(RAP溫度)均為顯著影響；混合料的最優水平組合為，RAP預熱溫度：120 ℃；拌合時間：150 s；拌合順序：新粗集料、RAP+瀝青+礦粉+新細集料。

3)RAP預熱溫度應該控制在適當的范圍內。預熱溫度過高，RAP上的瀝青容易產生二次老化，過低則RAP附著的老化瀝青不能充分融化，導致混合料拌合和易性不好，建議RAP預熱溫度控制在120 ℃左右；再生混合料性能隨著拌合時間的增加而增強，但拌合時間過長也容易使瀝青發生老化，故建議拌合時間在150 s左右。