RAP特性及摻量對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響

張 勇

（河南交院工程技術有限公司，河南鄭州450046）

目前，我國早期修建的高等級公路逐步進入大中修階段，在維修養護過程中產生大量的舊瀝青路面材料，為減少土地占用、降低環境污染等問題，應最大限度科學利用回收瀝青路面材料（reclaimed asphalt pavement material，簡稱“RAP”）[1-3]。瀝青路面再生技術可有效利用舊瀝青路面材料，減少對優質砂石材料的需求，且冷再生技術施工簡便、工程造價低、能耗低、環境污染小[4-5]。因此，研究乳化瀝青冷再生混合料性能及應用具有重要的現實意義。Shanbara等[6]研究了纖維類型及摻量對乳化瀝青冷再生混合料劈裂抗拉強度影響，玻璃纖維改善效果最顯著。Jae等[7]研究表明生物黏合劑可提高冷再生混合料力學性能和耐久性，指出生物黏合劑最佳摻量為4%。蔣應軍等[8]研究了乳化瀝青冷再生混合料力學強度影響因素，建議混合料中水泥摻量為1.5%、聚酯纖維摻量為0.4%。丁新東等[9]通過室內力學試驗和穩定性試驗對乳化瀝青冷再生混合料配合比進行優化設計，并評價了其抗松散性能，建議水泥摻量為1.5%～2.0%、乳化瀝青用量為3.5%～4.0%。王真等[10]研究表明增加細集料含量或水泥劑量、增大路面壓實水平可提高冷再生混合料早期性能。王清等[11]研究了改性方式對冷再生混合料疲勞性能影響規律，表明再生劑改善效果優于布敦巖瀝青和SBS改性乳化瀝青。楊偉剛等[12]依托實體工程研究了自然養生條件下乳化瀝青冷再生混合料力學性能和水穩定性變化規律。金成等[13]對比研究了水泥和石灰對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響，建立了劈裂強度增長方程。鄔宇航[14]研究了水泥類型及摻量對冷再生混合料早期性能影響，表明摻1%～2%水泥的冷再生混合料早期性能最佳。李秀君等[15]研究表明冷再生混合料力學性能和抗收縮性隨粒徑＞4.75mm的RAP摻量增大而逐漸降低。

上述研究偏重于外摻料對乳化瀝青冷再生路用性能影響，未深入考慮RAP特性對乳化瀝青冷再生混合料性能影響。對此，本文針對湖南某二級公路回收瀝青路面材料，研究不同瀝青型號和使用年限的RAP對乳化瀝青冷再生混合料性能影響規律，并確定RAP摻量。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

（1）乳化瀝青

選用慢裂型陽離子乳化瀝青，技術性質見表1。

表1 乳化瀝青技術性質Table 1 Technical properties of emulsified asphalt

（2）新集料

選用石灰巖，粒徑分別為10～20 mm、0～5 mm，技術性質見表2。

表2 新集料技術性質Table 2 Technical properties of new aggregates

（3）礦粉

選用磨細的石灰巖礦粉，技術性質見表3。

表3 礦粉技術性質Table 3 Technical properties of ore powder

（4）水泥

選用32.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為1.5%，其技術性質見表4。

表4 水泥技術性質Table 4 Technical properties of cement

（5）RAP

RAP材料技術性質見表5，抽提前后級配范圍見表6。RAP材料選自湖南某二級公路瀝青路面銑刨料，舊瀝青路面為密實型瀝青路面，瀝青混合料礦料級配為AC-25，瀝青型號分別為SK70#、泰普克70#、埃索70#（本文分別以A、B、C表示），使用年限分別為3年、5年、7年。

表5 RAP技術性質Table 5 Technical properties of RAP

表6 RAP抽提前后級配Table 6 Grading after advance of RAP extraction

1.2 試驗方案

通過室內馬歇爾試驗、車轍試驗、劈裂強度試驗、小梁彎曲試驗，研究RAP材料對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規律。具體試驗方案如下：

（1）結合瀝青路面不同使用年限下瀝青老化程度和集料技術性質，研究RAP特性對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規律，舊瀝青路面使用年限分別為3年、5年、7年，瀝青型號為A、B、C。

（2）結合RAP材料應用實踐經驗，研究RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規律，擬RAP摻量分別為30%、50%、70%、90%、100%。

按《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）設計粗粒式乳化瀝青冷再生混合料級配，級配類型為AC-25；采用二次擊實試驗方法成型Φ101.6×h63.5mm的馬歇爾試件，通過劈裂試驗確定最佳乳化瀝青用量。乳化瀝青用量4.0%、水泥摻量1.5%條件下，按《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）中重型擊實試驗方法，確定乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率。重型擊實試驗試件尺寸為Φ152×h116mm。

1.3 力學性能測試方法

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG052-2000）中凍融劈裂試驗、車轍試驗和浸水馬歇爾試驗方法測試乳化瀝青冷再生混合料在養生7d時的路用性能。

2 試驗結果與分析

2.1 使用年限影響

使用年限對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖1所示。瀝青型號為A。

圖1 使用年限～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關系Fig.1 Road performance relationship between service life and emulsified asphalt cold recycled mixture

由圖1可知：

（1）在RAP摻量一致條件下，瀝青路面使用年限對乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度影響較小，且不同使用年限的RAP乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度滿足《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）技術要求，即劈裂強度≥0.5MPa。冷再生混合料劈裂強度隨使用年限增加大致呈線性降低，使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料劈裂強度速率約為2.6%。這是因為常溫環境下，老化瀝青和破乳的乳化瀝青對集料粘結作用較弱，冷再生混合料強度主要由集料間嵌擠作用組成，而RAP級配變化不明顯，因此不同使用年限的RAP冷再生混合料劈裂強度變化較小。

（2）RAP摻量一致條件下，隨瀝青路面使用年限增加，乳化瀝青冷再生混合料動穩定度減小，抗車轍性能降低。使用年限對不同RAP摻量的冷再生混合料影響效果相近，當使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料動穩定度約降低19.8%。這是因為瀝青老化程度隨路面使用年限增加而逐漸增大，針入度和延度降低，高溫環境下瀝青易發生軟化，致使瀝青混合料在荷載作用下側向移動，抵抗變形能力降低，從而抗車轍能力降低。

（3）RAP摻量一致條件下，隨瀝青路面使用年限增加，乳化瀝青冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比降低微小。當使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比分別平均降低0.9%、1.2%；使用年限從5年增加至7年，冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比分別平均降低2.2%、1.4%，說明不同使用年限的RAP對冷再生混合料水穩定性基本無影響。

2.2 瀝青型號影響

瀝青型號對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖2所示。瀝青路面使用年限為3年。

圖2 瀝青型號～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關系Fig. 2 Road performance relationship between asphalt type and emulsified asphalt cold recycled mixture

由圖2可知：

（1）同一RAP摻量下，摻B的乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度最大，較A、C的冷再生混合料劈裂強度約分別提高2.3%、6.7%，說明不同瀝青型號的RAP對乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度影響較小，這是因為冷再生混合料強度主要由集料間內摩阻力和乳化瀝青與集料的黏結力組成，因此瀝青型號對冷再生混合料劈裂強度影響較小。

（2）同一RAP摻量下，不同瀝青型號的乳化瀝青冷再生混合料動穩定度變化微小，摻B的乳化瀝青冷再生混合料動穩定度較A、C的冷再生混合料動穩定度約分別提高1.6%、2.9%。這是因為瀝青路面使用年限一致條件下，不同型號的瀝青技術性質相互接近，從而冷再生混合料抗車轍性能相當。

（3）同一RAP摻量下，不同瀝青型號的乳化瀝青冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比基本相當，說明瀝青型號對乳化瀝青冷再生混合料水穩定性影響微小。其中，摻A的冷再生混合料殘留穩定度較摻B、C的冷再生混合料殘留穩定度分別約降低了0.8%、2.0%，其凍融劈裂強度比分別約降低了1.1%、0.5%。這是因為乳化瀝青和集料的黏結性是影響乳化瀝青冷再生混合料水穩定性的主要因素。

2.3 RAP摻量影響

RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖3所示。瀝青型號為A。

圖3 RAP摻量～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關系Fig. 3 Road performance relationship between rap content and emulsified asphalt cold recycling mixture

由圖3可知：

（1）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料劈裂強度逐漸減小。當RAP摻量≤90%，RAP摻量增加10%，冷再生混合料劈裂強度約降低9.2%；當RAP摻量＞90%，冷再生混合料劈裂強度趨于穩定，且劈裂強度滿足JTG F41-2008技術要求。這是因為RAP壓碎值較高，且表面瀝青老化嚴重，與乳化瀝青黏結力較新集料弱，因此，RAP摻量越高，外部荷載作用下冷再生混合料劈裂強度較低。

（2）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料動穩定度逐漸增加。RAP摻量由30%增加至50%時，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動穩定度約提高11.3%；RAP摻量由50%增加至70%時，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動穩定度約提高20.1%；RAP摻量由70%增加至90%時，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動穩定度約提高13.1%；RAP摻量由90%增加至100%時，冷再生混合料動穩定度約提高8.6%，說明增加RAP摻量提高冷再生混合料動穩定度明顯。這是因為RAP表面瀝青老化，瀝青質和膠質含量增大，致使針入度減小、軟化點提高，從而瀝青高溫性能提高，冷再生混合料抗車轍性能隨RAP摻量增加逐漸提高。

（3）同一使用年限下，乳化瀝青冷再生混合料水穩定性隨RAP摻量增加而變差，其殘留穩定度呈線性降低，相關系數在0.98以上；冷再生混合料凍融劈裂強度比降低速率逐漸增大。當RAP摻量增加10%，冷再生混合料殘留穩定度約降低2.1%；RAP摻量由30%增加至70%時，RAP摻量增加10%，冷再生混合料凍融劈裂強度比約降低0.3%；RAP摻量由70%增加至100%時，RAP摻量增加10%，冷再生混合料凍融劈裂強度比約降低2.7%，說明增加RAP摻量對乳化瀝青冷再生混合料水穩定性影響較小。

綜上研究所述，建議RAP摻量為70%。

3 結論

（1）同一RAP摻量下，乳化瀝青冷再生混合料路用性能隨使用年限增加而降低，且使用年限對冷再生混合料力學強度和水穩定性影響微小，對高溫性能影響較大，當使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料動穩定度約降低了19.8%。

（2）同一RAP摻量下，瀝青型號對乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響較小，摻B的冷再生混合料劈裂強度較摻A、C的混合料約分別提高2.3%、6.7%，動穩定度約分別提高1.6%、2.9%；摻A的冷再生混合料殘留穩定度較摻B、C的混合料殘留穩定度約分別降低0.8%、2.0%，凍融劈裂強度比約分別降低了1.1%、0.5%。

（3）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料力學強度和水穩定性降低，高溫性能提高。當RAP摻量＞90%，冷再生混合料劈裂強度趨于穩定，且滿足JTG F41-2008技術要求；RAP摻量增加10%，冷再生混合料動穩定度提高8.6%以上；RAP摻量＞70%，增加RAP摻冷再生混合料殘留穩定度和凍融劈裂強度比降低較小。