RAP溫度對泡沫瀝青冷再生混合料強度的影響研究

王友福 王偲 朱弘宇 趙學穎 王中帥

摘要 隨著技術的不斷進步，將廢舊瀝青混合料（RAP）用于現場冷再生施工瀝青路面封層的路面養護案例越來越多。盡管如此，目前針對制備泡沫瀝青冷再生混合料所用原材料的溫度對混合料使用性能的影響研究仍尚存欠缺。因此，該研究將以此為切入點，通過浸水劈裂試驗分析RAP溫度、泡沫瀝青溫度與用量對泡沫瀝青冷再生混合料強度與使用性能的影響。試驗結果表明，對于不同的RAP溫度與瀝青溫度，其最佳瀝青用量不同，同時當RAP溫度更高時，即RAP溫度為55℃時，泡沫冷再生瀝青混合料強度更高，使用性能更好，由此推知夏季高溫季節更適合進行就地冷再生瀝青混合料封層施工。

關鍵詞 廢舊瀝青混合料（RAP）;溫度影響;泡沫瀝青;冷再生混合料

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0169-03

0 引言

泡沫冷再生瀝青混合料已經廣泛應用于我國的各級公路養護，尤其是就地冷再生技術。現場施工時，泡沫瀝青由溫度介于160～180 ℃的瀝青結合料、冷水與空氣混合，經攪拌發泡后制備。眾所周知，溫度對于瀝青混合料性能具有較大影響，故溫度對于泡沫冷再生瀝青混合料的使用性能亦具有較大影響。目前，已經有大量研究人員針對不同泡沫瀝青溫度對于泡沫瀝青混合料使用性能影響開展研究。Brennen等經過研究表明當泡沫瀝青的制備溫度為160 ℃，水的摻加量為2%時，泡沫瀝青的膨脹比與半衰期最佳[1];Mohammad等認為對于PG 58-28的瀝青混合料，最佳用水量為2.75%[2];Marquis等研究發現對于PG 64-28的瀝青混合料，當最佳用水量為3.0%，溫度為160 ℃時，泡沫瀝青的膨脹率為11%，半衰期為8.5 s[3]。綜上，盡管目前已經開展了大量針對泡沫瀝青溫度對于混合料的使用性能影響的研究，然而關于冷再生泡沫瀝青混合料使用性能受RAP溫度與泡沫瀝青溫度的影響尚且存疑[4-6]。冷再生泡沫瀝青混合料中應用RAP充當集料，而RAP性能與普通集料差別較大，其表面完全或部分附著已經完全老化硬化的瀝青膠漿，且RAP經過破碎后而得，其級配已與普通集料差距較大，此時再利用泡沫瀝青作為冷再生混合料的瀝青結合料，其使用性能必然與新拌泡沫瀝青混合料差距較大。因此，該研究將以此為切入點，通過浸水劈裂試驗分析研究RAP溫度、泡沫瀝青溫度與用量對于泡沫瀝青冷再生混合料使用性能的影響，以期為提升泡沫瀝青冷再生混合料長期使用性能提供參考。

1 試件制備與試驗條件

該研究RAP用量為100%，水泥摻量為1.5%，泡沫瀝青的用水量為3%。旋轉壓實成型的泡沫瀝青混合料試件在40 ℃條件下養生3天并且在室溫條件下冷卻2 h后，放入25 ℃水中浸泡使其充分飽水。

該研究選擇的控制變量為：瀝青溫度、RAP溫度、泡沫瀝青用量。其中瀝青溫度為：160 ℃、180 ℃;RAP溫度為：25 ℃、40 ℃、55 ℃;泡沫瀝青用量為：1%、2%、3%。

2 試驗結果分析

不同瀝青溫度、RAP溫度與泡沫瀝青用量條件下的冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度試驗結果如表1所示。

通過表1結果可以看出，當RAP溫度更高時，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度更高，使用性能更好。這一結果表明夏季高溫條件下銑刨而得的RAP，用于就地冷再生瀝青混合料封層施工，可能強度與使用性能優于其他季節條件時施工的路面封層。為了進一步分析表1數據，將不同條件下冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂試驗結果的平均值繪制如圖1所示。

通過圖1可以更加清晰地看出當瀝青與RAP溫度更高時，泡沫冷再生瀝青混合料強度更高。這可能是由于當RAP溫度更高時，對于瀝青泡沫在RAP表面的消散具有幫助作用，從而形成更加均勻的膠漿體系，使得浸水劈裂強度更高，使用性能更好，并且溫度更高的RAP可以使得泡沫瀝青能夠更好地發揮其粘結作用。進一步觀察圖1（a）、（b）、（c），當泡沫瀝青用量為1%，瀝青溫度為180 ℃時，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度隨著RAP溫度的升高先增加后減小，RAP最佳溫度介于25～55 ℃之間，而在該研究中的其他泡沫瀝青用量和瀝青溫度條件下，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度均隨著RAP溫度的提高不斷增大，此時的RAP最佳溫度通過該次試驗并不能夠觀察得到。這可能是由于當泡沫瀝青用量為1%時，泡沫瀝青用量較小，當瀝青溫度提升至180 ℃時已經能夠充分發揮泡沫瀝青的粘結作用，而對于其他泡沫瀝青用量（當泡沫瀝青用量為2%、3%時），若僅為獲得更高的浸水劈裂強度，可能能夠通過進一步提高瀝青溫度來實現，然而，大量工程實踐經驗表明，若瀝青溫度進一步提升，瀝青老化現象嚴重，尤其是當瀝青溫度超過180 ℃時，故不斷提高瀝青溫度可能亦無法獲得更高的浸水劈裂強度與再生混合料使用性能。因此，對于如何能夠獲得更高的浸水劈裂強度，需要后續進一步進行試驗研究。

為了進一步分析泡沫瀝青用量對冷再生泡沫瀝青混合料使用性能的影響，不同RAP溫度下冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度試驗結果如圖2所示。

通過圖2可以看出，除瀝青溫度為160 ℃，RAP溫度為55 ℃外，當泡沫瀝青的用量為2%時，冷再生泡沫瀝青混合料浸水劈裂強度均最大。瀝青溫度為160 ℃，RAP溫度為55 ℃，為本次試驗的最高RAP溫度與最低瀝青溫度。故該條件下混合料浸水劈裂強度并未在2%泡沫瀝青用量時取得最大值，可能是由于此時RAP溫度相較于瀝青溫度較高，瀝青溫度與RAP溫度的匹配性較差，不能獲得更高的浸水劈裂強度與更加理想的使用性能。

因此，該研究推薦：當泡沫瀝青推薦用量為2%時，瀝青推薦溫度為180 ℃，RAP推薦溫度為55 ℃;當泡沫瀝青推薦用量為1%時，瀝青推薦溫度為160 ℃，RAP推薦溫度為55 ℃。

3 結論

盡管目前已經開展了大量針對泡沫瀝青溫度對冷再生瀝青混合料使用性能影響的研究，然而針對RAP溫度、瀝青用量與溫度對于泡沫瀝青冷再生混合料性能影響的研究仍存不足。因此，該研究從這一點出發，通過浸水劈裂試驗，研究不同RAP溫度（25 ℃、40 ℃、55 ℃）、瀝青溫度（160 ℃、180 ℃）與泡沫瀝青用量（1%、2%、3%）條件下，泡沫瀝青冷再生混合料的強度和使用性能。試驗結果顯示，當RAP溫度更高時，泡沫冷再生瀝青混合料強度更高，這可能是由于高溫條件對RAP表面的泡沫瀝青消散起到幫助作用，能夠形成更加均勻的膠漿體系，提高了浸水劈裂強度，優化了使用性能。因此，該研究推薦在夏季高溫季節施工就地冷再生瀝青混合料封層。

參考文獻

[1] Brennen， M.， Tia， M.， Altschaeffl， A. G.， and Wood， E. L. （1983）.“Laboratory investigation of the use of foamed asphalt for recycled bituminous pavements.” Transportation Research Record 911， Transportation Research Board， Washington， DC， 80–87.

[2] Mohammad， L. N.， Abu-Farsakh， M. Y.， Wu， Z.， and Abadie， C. （2003）. “Louisiana experience with foamed recycled asphalt pavement base materials.” Transportation Research Record 1832， Transportation Research Board， Washington， DC， 17–24.

[3] Marquis， B.， et al. （2003）. “Design， construction and early performance of foamed asphalt full depth reclaimed （FDR） pavement in Maine.” Proc.， 82nd TRB Annual Meeting （CD-ROM）， Washington， DC.

[4]叢培， 凌濤. 泡沫瀝青冷再生混合料疲勞特性及其長壽命冷再生瀝青路面結構優化[J]. 公路， 2021（12）： 8-16.

[5]余暉， 鄭炳鋒， 黃毅， 等. 泡沫溫拌再生瀝青混合料力學性能研究[J]. 中外公路， 2021（4）： 277-281.

[6]竇志榮. 基于泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料基體的半柔性路面路用性能研究[J]. 中華建設， 2021（8）： 50-51.