水損害環境下RAP顆粒與瀝青的粘附性能研究

戴 勁,劉 濤

(湖北省建筑科學研究設計院股份有限公司,武漢 430071)

瀝青路面經過一定周期的服役后，往往會出現坑槽、開裂等一系列的病害[1,2]，因而需要對其進行翻修或者養護處理。瀝青路面的翻修和養護產生大量的廢舊瀝青路面材料(RAP)[3,4]，將其作為原材料循環使用于瀝青路面中是最期望達到的目標，一方面瀝青路面建設對原材料的高消耗可實現RAP的快速處理；另一方面也有利于道路建設的可持續發展。

目前采取的主要方式是將RAP替代部分天然集料用于制備再生瀝青混凝土。但RAP再生集料不同于普通的天然集料，其表面全部或者大部分區域被瀝青包裹住，且嚴酷的服役環境常常使瀝青老化非常嚴重[5,6]，因而RAP的性能與天然集料存在顯著差別。在瀝青混凝土體系中，集料與瀝青間的粘附行為往往決定了瀝青混凝土多方面的路用性能，如抗水損害性能、抗疲勞開裂性能等，研究集料與瀝青的粘附性能對于充分認識瀝青混凝土的路用性能具有重要的作用。考慮到RAP與天然集料性質上存在不同，研究RAP與瀝青的粘附性能顯得更加迫切。因此，該研究重點分析了熱水損害和凍融循環損害下RAP與瀝青的粘附性能。

1 原材料

研究中選用兩種類型的集料顆粒，一種是RAP顆粒，來自黃(石)黃(梅)高速公路某養護路段；另一種是天然石灰巖集料顆粒，其作為對照組。選用的顆粒粒徑約為16～19 mm。此外，研究中還用到SBS改性瀝青，其主要技術性能指標如表1所示，主要技術性能指標均滿足規范的要求。

表1 SBS改性瀝青性能測試結果

2 試驗方法

研究主要是為了揭示RAP顆粒在熱水損害和凍融循環損害下與瀝青的粘附性能特征，因此，相應地涉及到兩種試驗方法。熱水損害試驗：將集料顆粒(RAP、石灰巖)和SBS改性瀝青分別加熱至170 ℃左右；再將集料顆粒置于SBS改性瀝青中，使集料顆粒表面被瀝青充分潤濕、包裹；最后將瀝青包裹的集料顆粒懸掛于室內環境中，使表面富余的瀝青滴落，將冷卻的顆粒置于微沸水中進行不同時長的水煮破壞。通過式(1)計算水煮前后集料顆粒表面的瀝青膜剝落情況。

(1)

式中，b為瀝青剝落率，%；M為瀝青包裹的集料顆粒水煮破壞前的干重，g；m為瀝青包裹的集料顆粒水煮破壞后的干重，g；G為集料顆粒干重，g。

凍融循環破壞試驗：瀝青包裹的集料顆粒準備方法同熱水損害試驗，對瀝青包裹的集料顆粒施加不同次數的凍融循環損害。同樣按照式(1)計算凍融循環損害前后集料顆粒表面的瀝青膜剝落情況，此時，M和m分別代表瀝青包裹的集料顆粒凍融循環損害前后的干重，g。

3 結果與討論

瀝青包裹的集料顆粒水煮破壞試驗結果如圖1所示，可見，不管是瀝青包裹的RAP還是石灰巖顆粒，都對熱水損害較為敏感，隨著熱水損害時間的延長，對于集料顆粒表面裹附的瀝青，剝落率快速增加。具體來看，經過30 min的水煮破壞，RAP顆粒表面的瀝青，剝落率從4%上升至14%；石灰巖顆粒表面的瀝青，剝落率也從3%上升至16%。從圖1中還可看出，熱水損害下，RAP顆粒對其表面瀝青膜的束縛能力要略強于石灰巖顆粒，尤其在長期熱水損害下。說明RAP用于瀝青混凝土中時，再生瀝青混凝土在熱水損害下表現出略為優異的耐久性。這可能與RAP顆粒的表面形貌有關，RAP表面被舊瀝青包裹，在對其進行破碎制備再生集料的過程中更容易產生表面形貌豐富的顆粒，相比天然的石灰巖集料，RAP集料的宏微觀形貌都更加粗燥，有利于與瀝青的粘附。

瀝青包裹的集料顆粒凍融循環損害試驗結果如圖2所示，明顯可以看出，相比于熱水損害，瀝青包裹的RAP顆粒以及瀝青包裹的石灰巖顆粒對于凍融循環損害更加敏感，經過長久的凍融循環破壞，對于RAP以及石灰石表面的瀝青，剝落率都超過了30%，瀝青膜的損失程度相當大。具體來看，當凍融循環損害次數從5次逐漸增加至25次時，RAP顆粒表面的瀝青，剝落率從12%上升至42%；石灰巖顆粒表面的瀝青，剝落率從8%上升至34%。可見，相比熱水損害，凍融循環造成的損害要嚴重的多。因而在研究瀝青混凝土抗水損害性能時，更多的注意力應放在抗凍融循環損害上。此外，圖2還表明，在相同的凍融循環損害次數下，RAP顆粒表面的瀝青，剝落率總是高于石灰巖顆粒表面的瀝青，并且這一差值隨著凍融循環損害次數的增加而進一步擴大。當凍融循環損害次數從5次逐漸增加至25次時，瀝青剝落率的差值從4%增加至8%。說明瀝青包裹的RAP顆粒抗凍融循環損害能力不佳，尤其是面對強凍融循環損害時。這可能與RAP表面舊瀝青與新瀝青間的融合程度有關，舊瀝青與新瀝青難以快速完全融合一直都是限制RAP使用的關鍵技術問題，RAP表面的舊瀝青與新瀝青存在未融合的界面，粘附性能受影響，因而不耐凍融循壞損害。

4 結 語

相比天然的石灰巖集料，熱水損害下，RAP顆粒對其表面瀝青膜的束縛能力要略微優異；但凍融循環損害下的情況正好相反，RAP顆粒表面的瀝青，剝落率明顯高于石灰巖顆粒表面的瀝青，尤其在強凍融循環損害下，RAP與瀝青間的粘附性能喪失很快。這可能與RAP顆粒表面的形貌特征以及新舊瀝青間的融合程度有很大關系。因而，將RAP循環用于瀝青混凝土中時，應重點關注再生瀝青混凝土的抗凍融循環損害能力。