再生瀝青混合料路用性能及路面修補(bǔ)應(yīng)用研究

范一平

（山西省公路局 太原公路分局，山西 太原 030012）

0 引言

近年來，由于公路的大規(guī)模發(fā)展，我國交通路網(wǎng)逐步趨于完善，但瀝青路面在運(yùn)營期間經(jīng)常出現(xiàn)不同程度病害，為保證道路安全運(yùn)營需及時(shí)對其進(jìn)行修復(fù)[1]。公路在翻修過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢舊瀝青混合料，若不及時(shí)進(jìn)行處理不僅會(huì)造成瀝青資源的浪費(fèi)，更會(huì)對生態(tài)造成一定污染，因此，如何將廢舊瀝青混合料進(jìn)行再回收利用成為當(dāng)下學(xué)者亟需解決的重要課題[2]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于再生瀝青混合料展開了大量研究，如程培峰等[3]研究了舊料摻量對熱再生瀝青混合料拌和壓實(shí)溫度及性能的影響，針對不同舊料摻量的熱再生瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合黏溫曲線和體積指標(biāo)控制方法對最佳拌和壓實(shí)溫度進(jìn)行試驗(yàn)分析。郭娟等[4]分析了高RAP摻量熱再生瀝青混合料動(dòng)態(tài)流變性能，分別測定了不同溫度時(shí)動(dòng)態(tài)模量、相位角、疲勞因子和車轍因子隨加載頻率和RAP摻量的變化情況。李達(dá)[5]探討了舊料摻量對溫拌再生瀝青混合料耐久性的影響。由于廢舊瀝青混合料的特殊性，其摻量對再生瀝青混合料產(chǎn)生的影響不同，以往研究主要著重于制作工藝和路用性能，而關(guān)于摻量問題還有待進(jìn)一步提升[6]。基于此，本文深入研究了舊瀝青混合料摻量對再生瀝青混合料各項(xiàng)路用性能的影響，提升了舊瀝青混合料摻量，并結(jié)合實(shí)際工程驗(yàn)證了該舊料摻量再生瀝青混合料的路面應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益。

1 試驗(yàn)原材料

a）新瀝青 試驗(yàn)選用70號(hào)基質(zhì)瀝青，加熱溫度為150℃，其基本性能測試結(jié)果如表1所示。

表1 70號(hào)基質(zhì)瀝青基本性能指標(biāo)

b）集料及礦粉 試驗(yàn)所用粗集料為石灰?guī)r碎石，細(xì)集料為碎卵石，填料采用礦粉，其基本物理力學(xué)性能如表2所示。

c）舊瀝青混合料 試驗(yàn)選用某公路回收的路面銑刨料，為防止該銑刨料級(jí)配發(fā)生較大變異，根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41—2008）要求，在制備再生瀝青混合料前，采用9.5 mm方孔篩分為粗、細(xì)兩種集料，篩分結(jié)果如表3所示。

表2 集料基本物理性能

表3 舊瀝青混合料篩分結(jié)果

2 試驗(yàn)方法

2.1 配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用再生瀝青混合料級(jí)配類型為AC-20型，分別制備舊瀝青混合料摻量為0%、20%、40%及60%的馬歇爾試件，為減小不同舊料摻量的再生瀝青混合料級(jí)配誤差，保證試驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，混合料油石比為4.6%，其礦料配合比設(shè)計(jì)如表4所示。

表4 再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì) %

2.2 馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的再生瀝青混合料配合比，采用馬歇爾擊實(shí)法分別制備不同舊料摻量的馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面各75次，混合料拌和溫度及試件成型溫度分別為150℃和140℃，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 試件馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

為研究舊料摻量對瀝青混合料路用性能的影響，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)范試驗(yàn)要求，分別對不同舊料摻量的馬歇爾試件進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)以及4點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)，對比分析了不同舊料摻量再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、抗水損害性能以及抗疲勞性能，具體分析過程及試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料高溫性能主要以動(dòng)穩(wěn)定度表征情況來進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過車轍試驗(yàn)分別對不同舊料摻量再生瀝青混合料試件的動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行測試，得到試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同舊料摻量-動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線

根據(jù)圖1可知，隨著舊料摻量的增大，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈不斷增大趨勢，且不同舊料摻量的再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均大于1 000次/mm，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)范要求，說明舊瀝青混合料的摻入可以有效提升再生瀝青混合料的抗車轍性能，分析原因是舊瀝青混合料由于長時(shí)間的使用早已老化變硬，同時(shí)瀝青中的瀝青質(zhì)能一定程度改善瀝青的抗車轍性能，從而可以有效提升再生瀝青混合料的高溫性能。由于再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨著舊料摻量的增加而增大，因此再生瀝青混合料的高溫性能并不能成為確定舊料摻量的關(guān)鍵因素。

3.2 低溫抗裂性能

圖2 不同舊料摻量-破壞應(yīng)變變化曲線

低溫抗裂性能主要是體現(xiàn)瀝青混合料在低溫或溫度急劇下降時(shí)抵抗開裂破壞的能力，通過小梁彎曲試驗(yàn)分別對不同舊料摻量再生瀝青混合料試件抵抗低溫開裂能力進(jìn)行測試，得到試件破壞應(yīng)變變化曲線如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，隨著舊料摻量的增大，再生瀝青混合料的破壞應(yīng)變值呈不斷減小趨勢，當(dāng)舊料摻量由0增至40%時(shí)，再生瀝青混合料的破壞應(yīng)變值均大于2 000 με，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)范要求，當(dāng)舊料摻量達(dá)到60%后，再生瀝青混合料的破壞應(yīng)變值均要低于2 000 με，說明過量摻入舊瀝青混合料會(huì)導(dǎo)致再生瀝青混合料的低溫性能達(dá)不到規(guī)范要求，原因是舊瀝青混合料老化后變硬變脆，在低溫環(huán)境下極易脆裂，從而導(dǎo)致再生瀝青混合料的低溫性能有所下降。因此從再生瀝青混合料低溫性能考慮，舊瀝青混合料摻量應(yīng)小于40%才能有效保證低溫性能達(dá)到規(guī)范要求。

3.3 抗水損害性能

通過凍融劈裂試驗(yàn)分別對不同舊料摻量再生瀝青混合料的抗水損害能力進(jìn)行測試，得到試件凍融劈裂強(qiáng)度比變化曲線結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同舊料摻量-凍融劈裂強(qiáng)度比變化曲線

根據(jù)圖3可知，隨著舊料摻量的增大，再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比呈不斷減小趨勢，當(dāng)舊料摻量由0增至40%時(shí)，再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比均大于75%，滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)范要求，當(dāng)舊料摻量超過40%后，再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比開始急劇下降，均要低于75%，說明過量摻入舊瀝青混合料會(huì)導(dǎo)致再生瀝青混合料的抗水損害性能達(dá)不到規(guī)范要求，因此從再生瀝青混合料抗水損害性能考慮，舊瀝青混合料摻量應(yīng)小于40%才能有效保證低溫性能達(dá)到規(guī)范要求。

3.4 抗疲勞性能

通過4點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)分別測試不同舊料摻量再生瀝青混合料的疲勞性能，試件破壞標(biāo)準(zhǔn)以勁度模量低至初始勁度模量的50%為基準(zhǔn)，得到試件疲勞壽命變化曲線如圖4所示。

圖4 不同舊料摻量-疲勞壽命變化曲線

根據(jù)圖4可知，隨著舊料摻量的增大，再生瀝青混合料的疲勞壽命呈不斷減小趨勢，說明舊瀝青混合料的摻入會(huì)降低再生瀝青混合料的抗疲勞性能。當(dāng)舊料摻量由0增至40%時(shí)，再生瀝青混合料的疲勞壽命減小趨勢相對較小，當(dāng)舊料摻量超過40%后，再生瀝青混合料的疲勞壽命開始急劇下降，說明過量摻入舊瀝青混合料會(huì)嚴(yán)重降低再生瀝青混合料的疲勞性能，因此從再生瀝青混合料抗疲勞性能考慮，舊瀝青混合料摻量越小越好。綜合考慮再生瀝青混合料的高溫性能、低溫抗裂性能、抗水損害性能以及抗疲勞性能，舊瀝青混合料的摻量選取40%時(shí)不僅可保證各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范要求，同時(shí)舊料利用率也可達(dá)到最大化。

4 實(shí)例分析

以某繞城高速公路為研究背景，該路段于2007年9月開始正式運(yùn)營，總投資約22.64億元，全長49.5 km，車道設(shè)計(jì)為雙向六車道全封閉高速公路，行車最高時(shí)速為120 km/h。由于長期行車荷載作用，部分路面出現(xiàn)大量不規(guī)則裂縫（如圖5所示），為保證道路的安全運(yùn)營，決定對病害路面進(jìn)行修復(fù)，為驗(yàn)證舊瀝青混合料摻量為40%的再生瀝青混合料的實(shí)際工程應(yīng)用效果，以室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，取3 km病害路段采用再生瀝青混合料進(jìn)行再生鋪筑，其余路段采用基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行修復(fù)，通過對比分析實(shí)際檢測結(jié)果來判定再生瀝青混合料的工程實(shí)用性能。

試驗(yàn)路段使用舊瀝青混合料摻量為40%的再生瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料均由拌和站統(tǒng)一生產(chǎn)，基本工藝參數(shù)、級(jí)配設(shè)計(jì)以及油石比均與室內(nèi)試驗(yàn)保持一致，對現(xiàn)場生產(chǎn)的再生瀝青混合料與基質(zhì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、抗水損害性能、疲勞性能以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，路用性能試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 路用性能試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表6可知，試驗(yàn)路段采用的再生瀝青混和料雖然凍融劈裂強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變以及滲水能力均要低于基質(zhì)瀝青混合料，但再生瀝青混合料的整體路用性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）規(guī)范設(shè)計(jì)要求，施工過程中再生瀝青混合料流動(dòng)性較好，無黏結(jié)現(xiàn)象。同時(shí)結(jié)合對經(jīng)濟(jì)成本的分析，舊瀝青混合料的利用可以有效節(jié)約瀝青、集料等材料的購置、運(yùn)輸以及處理費(fèi)用，經(jīng)計(jì)算每生產(chǎn)一噸再生瀝青混合料可降低成本約45.8元，說明再生瀝青混合料應(yīng)用于實(shí)際工程中具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

本文通過對不同舊瀝青混合料摻量的再生瀝青混合料高溫性能、低溫抗裂性能、抗水損害性能與抗疲勞性能展開對比分析，得到以下主要結(jié)論：舊料的摻入可以有效提升混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，摻量越大，高溫性能越好。舊料的摻入會(huì)導(dǎo)致混合料的低溫抗裂性能、抗水損害性能以及抗疲勞性能逐漸下降，摻量越大，各項(xiàng)性能越差，在保證再生瀝青混合料路用性能滿足規(guī)范要求的同時(shí)，綜合對舊瀝青混合料利用率最大化的考慮，確定了舊瀝青混合料40%的較優(yōu)摻量，并結(jié)合實(shí)際工程驗(yàn)證了該舊料摻量再生瀝青混合料良好的路面應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益，證明舊瀝青混合料的再回收利用有益于道路建設(shè)的綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。