不同RAP 摻量的再生瀝青混合料性能試驗研究

李利利，高珊珊，都志強，李 剛

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南714000)

調查數據顯示，瀝青路面早期損壞大部分都與水損密切相關，水損即水分破壞瀝青與集料，受交通載荷與外界環境等因素影響，導致路面松散、坑洼，甚至局部發生結構性破壞。目前國內外選用了各種方法進行瀝青再生技術研究，根據施工溫度主要分為熱再生、溫再生、冷再生，熱再生以加熱方式軟化老化瀝青，與新的瀝青混合，在集料表層形成致密薄膜，可有效防止水分浸入；溫再生則利用溫拌劑降低瀝青黏度，以此降低施工加熱溫度；冷再生即通過乳化瀝青，混合料強度則依賴于緩慢的破乳過程。但是這些再生技術都存在一定缺陷，熱再生與溫再生在施工時需加熱處理，環境污染與能耗嚴重，瀝青老化；傳統冷再生在施工時強度形成過于依賴破乳效率，初始強度過低、增長速度過慢，且溫度敏感性較大。對此，本文采用了改進冷拌再生瀝青，以生成混合料，在施工時不需加熱與破乳，只需有機溶劑與固化劑反應，便可形成強度，節能環保，性能良好［1］。

1 試驗準備

1.1 原料

選用自制改進冷拌瀝青，即基于水性環氧樹脂與硅烷偶聯劑改性基質瀝青，并添加有機溶劑加以稀釋。固化劑則是由水泥與偏高嶺土融合所得，有機溶劑可與固化劑發生火山灰效應，以促使瀝青于2h 之內快速具備強度［2］，技術指標具體見表1。

表1 改性改進冷拌瀝青技術指標Table 1 Technical indexes of modified cold mix asphalt

RAP 原級配即AC-16，通過銑刨、破碎、篩分之后，結果具體見表2。

表2 篩分結果Table 2 Screening results

粗集料則選擇與瀝青之間保持較好粘附性的堿性石料石灰巖，細集料選擇石灰巖石屑，礦粉選擇石灰石礦粉，技術指標與既有規范明確相符［3］。

1.2 方法

冷拌再生瀝青混合料的性能試驗以《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》為依據，集料試驗以《公路工程集料試驗規程》為依據，指標要求則以《公路瀝青路面再生技術規范》與《公路瀝青混凝土路面施工技術規范》為參考。在冷拌再生瀝青混合料制備過程中，首先在攪拌鍋中同時倒入固化劑、礦粉、RAP、集料，混合攪拌1min 直到均勻，其次基于常溫狀態根據比例添加改進冷拌瀝青，拌和3min 之后，便可獲得冷拌再生瀝青混合料。

拌和RAP、礦粉、瀝青，以促使瀝青充分包裹依附于集料表層，添加1.6% 水泥與水充分攪拌，在靜置30min 之后，通過馬歇爾試驗分別夯實兩面50 次，基于不脫模60℃烘箱養生2d 之后，再次夯實25 次，冷卻靜置到常溫狀態，直到養生時間，然后脫模成型。試件的高度控制在62.2mm～64.8mm 之間。瀝青的最佳用量需遵循熱拌瀝青混合料配合比，通過馬歇爾試驗所獲力學指標與體積指標加以分析［4］。本文為評估不同RAP 摻量對再生瀝青混合料性能的影響，進行了浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，以測定混合料的穩定度、力學性能與水穩定性。

2 試驗結果分析

2.1 含水率

根據《公路工程土工試驗規程》的無機結合料穩定土夯實方法測試，獲取含水率與干密度的關系曲線，最大干密度對應最佳含水率。礦粉性能具體見表3。

表3 礦粉性能指標Table 3 Performance index of mineral powder

2.2 瀝青最佳用量

冷拌再生瀝青混合料中瀝青的最佳用量通過馬歇爾試驗測定，對不同用量狀態下不同RAP 摻量再生混合料相關參數進行測試，即毛體積密度、孔隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩定度、流值［5］。最佳瀝青用量即：

式（1）中b1代表毛體積密度最大時對應瀝青用量；b2代表成型穩定度最大時對應瀝青用量；b3代表空隙率中值所對應瀝青用量；b4代表瀝青飽和度中值所對應瀝青用量。

基于所有指標滿足技術要求范圍，獲得此范圍相應最小瀝青用量及其相對最大用量，即：

則最佳瀝青用量，即：

不同RAP 摻量下再生混合料最佳瀝青用量試驗結果具體見表4 所示。

表4 瀝青最佳用量試驗結果Table 4 Test results of optimum asphalt consumption

由表4 可以看出，在RAP 摻量逐步增加的趨勢下，冷拌再生瀝青混合料的瀝青最佳用量隨之減少，體積指標變化并不顯著，穩定度逐步降低，流值卻逐步增大［6］。這主要是因為RAP 表層處于老化瀝青的包裹下，老化瀝青可于舊集料的表層形成薄膜，從而降低吸油能力。舊集料摻量增加，瀝青的薄膜作用就會更加突顯，所以，基于同級配，瀝青混合料的瀝青最佳用量會在RAP 摻量增加趨勢下，隨之減少。老化瀝青在集料的表層構成薄膜，但是未與新瀝青混合料相互融合，很難生成較高強度。所以隨著RAP 摻量增加，瀝青混合料承載力下降，穩定度降低，抗變形能力縮減，流值便會逐步增大。

2.3 混合料的穩定度

基于馬歇爾試驗方法，在試件制備成型之后，處于室溫狀態下養護2h 之后，脫模，并進行初始穩定度試驗測試；處于室溫狀態下養護12h 之后，脫模，并進行成型穩定度試驗測試。不同RAP 摻量下再生瀝青混合料的初始穩定度與成型穩定度試驗結果［7］具體如圖所示。

圖 1 初始穩定度與成型穩定度結果示意圖Fig. 1 Schematic diagram of initial stability and molding stability results

由圖1 可知，在RAP 摻量不斷增加的趨勢下，再生瀝青混合料初始穩定度與成型穩定度逐步下降，并且摻量對于初始穩定度的影響相對顯著。制備的試件初始穩定度全部保持于3.6kN 以上，與傳統冷拌瀝青混合料初始穩定度相比較，水平明顯較高；試件成型穩定度則都大于8.1kN，強度值接近熱拌瀝青混合料。

2.4 混合料的水穩定性

就冷拌再生瀝青混合料性能而言，抗水損害能力是其主要技術指標。據此，本文通過浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，測試了再生瀝青混合料的水穩定性。在浸水馬歇爾試驗過程中，根據要求安排兩組試件，第一組放置在24℃～26℃的恒溫狀態水箱中，保持大約35min，以測試馬歇爾穩定度（MS'）；第二組放置在大約24℃～26℃的恒溫狀態水浴箱，保持大約2d，以測試馬歇爾穩定度（MS"）。其中，浸水殘留穩定度（MS）即：

在凍融劈裂試驗過程中，第一組放置在24.5℃～25.5℃的恒溫狀態水箱中，保持大約2h。計算劈裂抗拉強度，即：

第二組則需真空飽水15min，浸水30min，放置在塑料袋中，添加10mL 水，密封放置在-20℃～16℃狀態的冰柜中，保持16h，然后放置在59.5℃～60.5℃恒溫狀態的水槽中，保持1d，放置在24.5℃～25.5℃恒溫狀態的水箱中，保持2h。計算劈裂抗拉強度，即：

計算凍融劈裂抗拉強度比，即：

tE′ 代表第一組劈裂抗拉強度；tE′′ 代表第二組劈裂抗拉強度；FSE代表凍融劈裂抗拉強度比；tF′ 代表第一組未凍融循環處理時承載最大值；tF′ 代表第二組凍融循環處理后承載最大值；h′ 代表第一組高度；h′ 代表第二組高度。

試驗測試結果［8］具體如圖2 所示。

圖2 浸水殘留穩定度與凍融劈裂強度結果示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the results of the ratio of the residual stability of immersion and the splitting strength of freeze-thaw

由圖2 可以看出，在RAP 摻量逐漸增加趨勢下，浸水殘留穩定度與凍融劈裂強度隨之降低，下降幅度逐步增大；相比浸水殘留穩定度，凍融劈裂強度下降更為顯著。這主要是因為RAP 摻量與新瀝青混合料之間未共混，粘附力不足，基于浸水與凍融雙重作用，二者黏連狀態逐步損壞，并且隨著RAP 摻量增加，水損害條件逐漸惡化，黏連狀態破壞現象則會愈發嚴重。所以，在20%、30%、40% RAP 摻量下，冷拌再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度與凍融劈裂強度較高，水穩定性良好。但是RAP 摻量達到50%、60% 時，冷拌再生瀝青混合料的抗水損性開始快速下降，根本無法滿足性能要求。

2.5 混合料的力學性能

馬歇爾穩定度可有效評估混合料抗壓強度，劈裂強度可間接評估混合料抗拉強度，所以基于馬歇爾穩定度、劈裂強度、無側限抗壓強度評估不同RAP 摻量下再生瀝青混合料的力學性能。馬歇爾穩定度與劈裂強度基于上述再生瀝青混合料最佳含水率與瀝青用量為標準；無側限抗壓強度試驗則在試件成型脫模之后開展抗壓強度測試。測試結果［9］具體見表5。

表5 穩定度、劈裂強度、抗壓強度測試結果Table 5 Test results of stability, splitting strength and compressive strength

由表5 可知，隨著RAP 摻量的增加，冷拌再生瀝青混合料的馬歇爾穩定度、抗壓強度、劈裂強度呈現逐步下降趨勢，在摻量到達60% 時，劈裂強度已無法滿足既定規范，這就說明RAP 摻量對于冷拌再生瀝青混合料抗壓強度與抗拉強度的影響顯著。

3 結論

在RAP 摻量逐步增加的趨勢下，冷拌再生瀝青混合料的瀝青最佳用量隨之減少，體積指標變化并不顯著，穩定度逐步降低，流值卻逐步增大；再生瀝青混合料初始穩定度與成型穩定度逐步下降，并且摻量對于初始穩定度的影響相對顯著；浸水殘留穩定度與凍融劈裂強度隨之降低，下降幅度逐步增大，相比浸水殘留穩定度，凍融劈裂強度下降更為顯著；RAP 摻量對于冷拌再生瀝青混合料抗壓強度與抗拉強度的影響顯著。RAP 最佳摻量為40% 時，最佳瀝青用量為4.4%，初始穩定度為4.39kN，成型穩定度為9.59kN，浸水殘留穩定度為84.4%，凍融劈裂強度比為77.2%。