溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

熊 敏， 關 陽， 劉俊斌

(長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410004)

0 引 言

我國瀝青路面設計使用年限通常為15年,但往往由于車輛重載等因素導致瀝青路面未達到使用壽命便產生了大量病害,嚴重影響了路面使用性能。現階段,我國道路建設已進入管理養護新時期,大量瀝青路面需進行維修改建,傳統的維修改建措施產生的大量廢舊路面材料造成了資源浪費且產生的有害氣體嚴重污染了環境,因此瀝青路面再生技術越來越受到研究人員的關注。現階段瀝青路面再生技術主要包括熱再生、溫拌再生和冷再生三種[1-3]。瀝青熱再生施工溫度高往往會造成RAP的二次老化,并且產生大量有害氣體;瀝青冷再生在常溫下進行拌和施工,減少了能源消耗及有毒氣體的排放,但冷再生瀝青混合料路用性能遠低于熱再生瀝青混合料。溫拌再生技術結合了二者優勢,在熱再生的基礎上加入溫拌劑,降低了施工拌和溫度,且混合料路用性能與熱再生混合料性能相當。為提高廢舊瀝青路面材料利用率,減少能源消耗及加強環境保護,本文對溫拌再生瀝青混合料配合比進行設計,對不同RAP摻量下溫拌再生瀝青混合料路用性能進行評價研究。

1 原材料

1.1 RAP

按照現行《公路路基路面現場測試規程》(JTG E60-2008)要求確定RAP取樣點位置,并采用加熱松散的取樣方法,取樣過程中盡可能減少對RAP造成二次老化。對取樣的RAP進行抽提、篩分試驗,RAP篩分結果見表1,采用旋轉蒸發法對瀝青溶液進行回收,試驗測得RAP瀝青含量為4.76%,對老化瀝青進行針入度、延度、軟化點試驗,試驗結果見表2。由表2可知,老化瀝青針入度及延度降低明顯,軟化點升高,瀝青老化嚴重,老化后的瀝青無法對集料充分裹附,降低了原路面的使用性能,因此需加入一定量再生劑平衡老化瀝青各組分。

表1 RAP篩分試驗結果

表2 老化瀝青試驗結果

由表1可知,RAP仍符合AC-13級配,但在長期車輛荷載的振動碾壓作用下,粗集料逐漸被細化,0.075篩孔通過率接近上限值,因此再生瀝青混合料配合比設計時,需加入一定量的新集料來調整級配。

1.2 外加劑

本研究選用某公司提供的Sasobit溫拌劑,摻量為2%;選用HGX再生劑,摻量為10%。

1.3 新瀝青

本研究采用與原瀝青路面相同標號的SBS改性瀝青,按照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)要求對改性瀝青各項指標進行檢測評價,試驗結果見表3,各項指標均滿足相關規范要求。

表3 新瀝青性能檢測結果

1.4 新集料

新集料采用附近碎石廠生產的石灰巖,其各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中瀝青面層集料技術要求。

2 溫拌再生瀝青混合料配合比設計

2.1 級配確定

本研究通過采用舊料與新料組成合成級配,使其接近AC-13級配中值。

2.2 最佳瀝青用量確定

以20%RAP摻量為例,參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)試驗方法成型油石比為4.3%、4.5%、4.8%、5.1%、5.4%共五組馬歇爾試件,試件冷卻不少于12 h 后參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)用表干法和水中重法測量試件毛體積相對密度、空隙率等指標,并在60℃試驗溫度條件下測定其穩定度流值,用真空法測定試件的理論最大相對密度[4, 5],試驗得出AC-13的最佳油石比為4.8%。

2.3 瀝青用量計算

將各油石比換算成瀝青用量,通過新料添加比例計算出溫拌再生瀝青混合料最佳瀝青用量及新加混合料的瀝青用量,其中溫拌再生瀝青混合料中瀝青用量包含再生劑的摻量(再生劑占老化瀝青的百分比),具體計算見式(1)、(2)。

PO×(1-A)+PO×(1-A)×B+A×PN=PR

(1)

(2)

式中:PN為新瀝青混合料瀝青用量;PR為溫拌再生瀝青混合料瀝青用量;PO為RAP瀝青含量;A為新料添加比例;B為再生劑摻量。

3 再生混合料路用性能評價

3.1 高溫穩定性能

瀝青混合料高溫穩定性是指瀝青路面在高溫條件下抵抗交通荷載作用變形的能力,溫拌再生瀝青混合料抗變形能力也應滿足相關要求,由于瀝青混合料老化后黏度變大,硬度提高,因此混合料高溫性能增強,但加入較小黏度再生劑后能夠平衡各個組分,恢復老化瀝青相關性能,本文參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)要求成型溫拌再生瀝青混合料車轍板并進行車轍試驗,以動穩定度為評價指標,檢驗不同RAP摻量下溫拌再生瀝青混合料高溫性能,試驗結果如圖1所示。

圖1 混合料車轍試驗結果

3.2 低溫抗裂性能

低溫抗裂性能是瀝青路面路用性能的重要評價指標,溫拌再生瀝青混合料中RAP的加入增大了混合料勁度模量,降低了混合料的低溫性能,而再生劑和溫拌劑的加入能改善混合料低溫性能。本文參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)要求成型尺寸為250 mm×30 mm×35 mm小梁試件,在-10 ℃試驗溫度條件下,按照規范要求加載速率進行試驗,測得小梁低溫彎曲破壞應變,試驗結果如圖2所示。

圖2 混合料低溫彎曲試驗結果

由圖2可知,隨著RAP摻量的增大,溫拌再生瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變呈下降趨勢,表明混合料低溫性能隨RAP摻量的增大而減小；當RAP摻量大于40%時,低溫性能的下降幅度較大,因此表明溫拌再生瀝青混合料中RAP摻量不宜過大。

3.3 水穩定性能

瀝青混合料水穩定性是指瀝青路面在水分侵蝕下抵抗瀝青與集料發生剝落、松散等病害的能力。瀝青老化后輕組分向重組分轉化,降低了瀝青與集料間的黏附性能,在水分侵蝕和交通荷載等耦合作用下,更易發生剝落。本文采用凍融劈裂試驗來評價溫拌再生瀝青混合料水穩定性能,試驗結果如圖3所示。

圖3 混合料凍融劈裂試驗結果

由圖3可知,當RAP摻量在10%～30%時,溫拌瀝青再生混合料凍融劈裂強度比變化較小,當摻量增加到40%時,混合料凍融劈裂強度比下降較大,表明混合料水穩定性能大幅下降。

4 結束語

(1)溫拌再生瀝青混合料高溫性能隨RAP摻量的增大不斷增大,由于RAP摻量越大,老化瀝青所占比例越大,混合料表現出較黏較硬的特征。

(2)溫拌再生瀝青混合料的低溫抗裂性能隨RAP摻量的增大呈下降趨勢,且當RAP摻量大于40%時,低溫抗裂性能的下降幅度較大。

(3)溫拌再生瀝青混合料水穩定性能在RAP摻量為10%～30%時變化不明顯,當摻量為30%～40%時,水穩定性能下降幅度較大。