聚酯纖維對RAP溫拌再生瀝青混合料疲勞性能的影響研究

江雨倩

(廣西新發展交通集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在瀝青路面施工過程中采用溫拌瀝青混合料和對廢舊瀝青路面材料的再生可以降低施工溫度，減少垃圾填埋場的使用和集料、瀝青等自然資源的浪費，減少路面施工帶來的環境污染[1]。目前有部分學者對RAP和溫拌瀝青混合料展開了研究并發現：增加RAP材料含量，瀝青混合料的回彈模量和間接拉伸強度均有所增加，并改善了瀝青混合料的水敏感性；與熱拌瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料的抗車轍性能降低，而摻入RAP材料可以改善瀝青混合料的抗車轍性能[2-3]；在溫拌瀝青混合料中摻入RAP材料可以有效改善瀝青混合料的高溫性能并改善瀝青混合料溫度敏感性，但是瀝青混合料疲勞性能有所下降[4]。綜上可知，溫拌技術可以有效降低瀝青混合料生產溫度，減少環境、經濟和社會成本[5]。因此，本研究采用溫拌瀝青混合料和廢舊瀝青路面材料共制備了12種瀝青混合料，并通過開展瀝青混合料性能試驗對比分析不同類型瀝青混合料之間的差異。

1 原材料

1.1 基質瀝青

本研究采用中海油70#瀝青作為基質瀝青，對其性能進行檢測，檢測結果如表1所示。

表1 70#基質瀝青性能試驗結果表

1.2 聚酯纖維

本研究所采用的纖維為聚酯纖維，其各項性能指標滿足施工規范要求(表2)。

表2 聚酯纖維技術性能表

1.3 新集料及礦粉

粗集料和細集料采用石灰巖，礦粉由石灰巖磨制而成。集料的合成級配如圖1所示。

圖1 AC-13級配設計圖

1.4 回收瀝青路面材料(RAP)

回收瀝青路面材料由湖南省某省干線公路大修現場熱銑刨法獲取。對老化瀝青性能指標進行測試，試驗結果如下頁表3所示。

表3 老化瀝青性質表

1.5 溫拌劑

本研究選用了Sasobit溫拌劑，該溫拌劑為淡黃色小顆粒，熔點為105 ℃，閃點為280 ℃。本研究中Sasobit的摻量為2%。

2 試驗方法

2.1 試驗方案確定

本研究通過采用不同摻量的RAP和聚酯纖維制備溫拌瀝青混合料，一共確定了12組試驗方案，具體如表4所示。通過對各組瀝青混合料進行勁度模量試驗、動態蠕變試驗、間接拉伸疲勞試驗，評價12種瀝青混合料性能并比較瀝青混合料之間的差異。

表4 不同類型瀝青混合料組成試驗方案表

2.2 勁度模量試驗

根據《瀝青混合料劈裂試驗》(T 0716-2011)和ASTM D4123-82采用間接拉伸試驗測定瀝青混合料勁度模量，施加的荷載為半正弦波，頻率為2 Hz。標準馬歇爾試件尺寸為直徑101.6 mm、高63.5 mm。本研究的試驗溫度為25 ℃，泊松比取0.40。

2.3 動態蠕變試驗

瀝青混合料的抗變形能力可以通過動態蠕變試驗來確定。在動態蠕變測試中，對瀝青混合料進行循環加載，并檢測在軸向上所產生的變形。根據試驗規程進行蠕變測試，進行測試前，需將瀝青混合料試樣保溫24 h。載荷按1 s加載、1.5 s間歇施加(矩形波)，頻率為0.5 Hz。

2.4 間接拉伸疲勞試驗

本研究采用間接拉伸試驗研究瀝青混合料疲勞特性。采用應力控制和連續半正弦波荷載加載，加載頻率為10 Hz。

3 試驗結果分析

3.1 勁度模量試驗結果

勁度模量試驗結果如表5、圖2所示。從試驗結果可以發現，摻入RAP可以提高瀝青混合料勁度模量，這與以前的研究結果一致。含有RAP的瀝青混合料勁度模量高于未摻入RAP的瀝青混合料，這是由于RAP材料中老化瀝青膠結料以及RAP材料剛度較大所致。與此同時，聚酯纖維的摻入也將增加瀝青混合料勁度模量。RAP摻量越多，聚酯纖維對于勁度模量增加效果影響越小。

在不使用RAP的瀝青混合料中，每摻入0.06%的聚酯纖維，其彈性模量將增加約14.6%。同時，在含有50%和100% RAP的瀝青混合料中摻入相同摻量的聚酯纖維，其彈性模量增加了約3%。

表5 瀝青混合料勁度模量試驗結果表

圖2 瀝青混合料勁度模量試驗結果柱狀圖

3.2 動態蠕變試驗結果

根據先前試驗研究發現，荷載循環次數越大越好。本研究瀝青混合料動態蠕變試驗結果如表6、圖3所示。從圖3中可以看出，摻入RAP會導致荷載循環次數增加，即瀝青混合料的抗變形能力增強，這與以前的研究結果一致。100% RAP瀝青混合料的荷載循環次數高于其他瀝青混合料。這是由于RAP材料中存在老化瀝青，這使其與新瀝青相比更加堅硬。與此同時，摻入聚酯纖維也將導致瀝青混合料荷載循環次數增加。

RAP摻量越多，聚酯纖維對瀝青混合料荷載循環次數增加越明顯。在沒有RAP的瀝青混合料中，每添加0.06%的聚酯纖維，荷載循環次數會增加約16.8%；在含有50%和100% RAP的瀝青混合料中，具有相同摻量的聚酯纖維，荷載循環次數分別增加了約36.3%和29.4%。

表6 瀝青混合料動態蠕變試驗結果表

圖3 瀝青混合料動態蠕變試驗結果柱狀圖

3.3 間接拉伸疲勞試驗結果

根據試驗方法開展間接拉伸疲勞試驗，試驗結果如表7、圖4所示。由于RAP材料中老化瀝青導致瀝青混合料變硬，摻入RAP會減小瀝青混合料疲勞壽命。含有100% RAP的瀝青混合料的疲勞壽命遠低于其他混合料。添加聚酯纖維可以改善瀝青混合料疲勞壽命，這是由于摻入聚酯纖維可以提高瀝青混合料的抗拉強度。聚酯纖維可以緩解瀝青混合料中的應力，并防止裂紋的發生和蔓延。因此，在含有RAP材料的瀝青混合料中摻入聚酯纖維，可以改善其疲勞壽命。RAP含量越高，聚酯纖維改善瀝青混合料疲勞壽命的作用越小。在不使用RAP材料的瀝青混合料中每摻入0.06%的聚酯纖維，疲勞壽命就會延長約11.7%；在含有50% RAP材料和100% RAP材料的瀝青混合料中，具有相同摻量的聚酯纖維，瀝青混合料疲勞壽命分別增加了約5.6%和4.4%。

表7 瀝青混合料間接拉伸疲勞試驗結果表

圖4 瀝青混合料間接拉伸疲勞試驗結果柱狀圖

4 結語

本研究中，采用了兩種方法制備瀝青混合料：(1)降低瀝青混合料的拌和溫度，即溫拌瀝青混合料；(2)對廢舊瀝青路面材料的回收再生。本研究共制備了12種瀝青混合料，并通過開展瀝青混合料性能試驗對比分析不同類型瀝青混合料之間的差異，得出了以下主要結論：

(1)使用RAP材料和摻入聚酯纖維均可增加瀝青混合料勁度模量，在含有0%、50%、100% RAP材料中每摻入0.06%聚酯纖維，瀝青混合料的勁度模量分別提高14.6%、3%和3%。

(2)使用RAP材料顯著增加瀝青混合料荷載循環次數。在含有0%、50%、100% RAP材料中每摻入0.06%聚酯纖維，瀝青混合料的荷載循環次數分別提高16.8%、36.3%和29.4%。試驗結果表明，在瀝青混合料中摻入聚酯纖維有效提高了其抗永久變形能力。

(3)摻入RAP材料大大降低了瀝青混合料的疲勞性能，而聚酯纖維可以有效提高瀝青混合料疲勞壽命。在含有0%、50%、100% RAP材料中每摻入0.06%聚酯纖維，瀝青混合料的荷載循環次數分別提高11.7%、5.6%和4.4%。

綜上所述，RAP的添加導致瀝青混合料的勁度模量和抗永久變形的能力增加。但是，添加RAP會導致瀝青混合料的疲勞壽命降低，這可能是由于瀝青混合料的剛度增加所致。同樣，在瀝青混合料中摻入聚酯纖維會提高瀝青混合料的疲勞壽命，這是由于聚酯纖維具有更強的抗拉伸性和柔韌性。此外，關于含有50% RAP的瀝青

混合料中的間接拉伸強度比值，摻入0.06%的聚酯纖維可為瀝青混合料提供理想的條件。同樣，在該混合料中摻入0.12%的聚酯纖維會導致更低的強度比值。