聚酯纖維對(duì)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(fā)展交通集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在瀝青路面施工過(guò)程中采用溫拌瀝青混合料和對(duì)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(chǎng)的使用和集料、瀝青等自然資源的浪費(fèi)，減少路面施工帶來(lái)的環(huán)境污染[1]。目前有部分學(xué)者對(duì)RAP和溫拌瀝青混合料展開(kāi)了研究并發(fā)現(xiàn)：增加RAP材料含量，瀝青混合料的回彈模量和間接拉伸強(qiáng)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(shù)可以有效降低瀝青混合料生產(chǎn)溫度，減少環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(guò)開(kāi)展瀝青混合料性能試驗(yàn)對(duì)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(zhì)瀝青

本研究采用中海油70#瀝青作為基質(zhì)瀝青，對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青性能試驗(yàn)結(jié)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(xiàng)性能指標(biāo)滿足施工規(guī)范要求(表2)。

表2 聚酯纖維技術(shù)性能表

1.3 新集料及礦粉

粗集料和細(xì)集料采用石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制而成。集料的合成級(jí)配如圖1所示。

圖1 AC-13級(jí)配設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)熱銑刨法獲取。對(duì)老化瀝青性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)表3所示。

表3 老化瀝青性質(zhì)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(diǎn)為105 ℃，閃點(diǎn)為280 ℃。本研究中Sasobit的摻量為2%。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)方案確定

本研究通過(guò)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(yàn)方案，具體如表4所示。通過(guò)對(duì)各組瀝青混合料進(jìn)行勁度模量試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)、間接拉伸疲勞試驗(yàn)，評(píng)價(jià)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(yàn)方案表

2.2 勁度模量試驗(yàn)

根據(jù)《瀝青混合料劈裂試驗(yàn)》(T 0716-2011)和ASTM D4123-82采用間接拉伸試驗(yàn)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件尺寸為直徑101.6 mm、高63.5 mm。本研究的試驗(yàn)溫度為25 ℃，泊松比取0.40。

2.3 動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)

瀝青混合料的抗變形能力可以通過(guò)動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)來(lái)確定。在動(dòng)態(tài)蠕變測(cè)試中，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行循環(huán)加載，并檢測(cè)在軸向上所產(chǎn)生的變形。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行蠕變測(cè)試，進(jìn)行測(cè)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(yàn)

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

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 勁度模量試驗(yàn)結(jié)果

勁度模量試驗(yàn)結(jié)果如表5、圖2所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，摻入RAP可以提高瀝青混合料勁度模量，這與以前的研究結(jié)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(jié)料以及RAP材料剛度較大所致。與此同時(shí)，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(duì)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(shí)，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(yàn)結(jié)果表

圖2 瀝青混合料勁度模量試驗(yàn)結(jié)果柱狀圖

3.2 動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果

根據(jù)先前試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，荷載循環(huán)次數(shù)越大越好。本研究瀝青混合料動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果如表6、圖3所示。從圖3中可以看出，摻入RAP會(huì)導(dǎo)致荷載循環(huán)次數(shù)增加，即瀝青混合料的抗變形能力增強(qiáng)，這與以前的研究結(jié)果一致。100% RAP瀝青混合料的荷載循環(huán)次數(shù)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(jiān)硬。與此同時(shí)，摻入聚酯纖維也將導(dǎo)致瀝青混合料荷載循環(huán)次數(shù)增加。

RAP摻量越多，聚酯纖維對(duì)瀝青混合料荷載循環(huán)次數(shù)增加越明顯。在沒(méi)有RAP的瀝青混合料中，每添加0.06%的聚酯纖維，荷載循環(huán)次數(shù)會(huì)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(huán)次數(shù)分別增加了約36.3%和29.4%。

表6 瀝青混合料動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果表

圖3 瀝青混合料動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果柱狀圖

3.3 間接拉伸疲勞試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)方法開(kāi)展間接拉伸疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7、圖4所示。由于RAP材料中老化瀝青導(dǎo)致瀝青混合料變硬，摻入RAP會(huì)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(yuǎn)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(qiáng)度。聚酯纖維可以緩解瀝青混合料中的應(yīng)力，并防止裂紋的發(fā)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(huì)延長(zhǎng)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(yàn)結(jié)果表

圖4 瀝青混合料間接拉伸疲勞試驗(yàn)結(jié)果柱狀圖

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)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(guò)開(kāi)展瀝青混合料性能試驗(yàn)對(duì)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(jié)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(huán)次數(shù)。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(huán)次數(shù)分別提高16.8%、36.3%和29.4%。試驗(yàn)結(jié)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(huán)次數(shù)分別提高11.7%、5.6%和4.4%。

綜上所述，RAP的添加導(dǎo)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(huì)導(dǎo)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(huì)提高瀝青混合料的疲勞壽命，這是由于聚酯纖維具有更強(qiáng)的抗拉伸性和柔韌性。此外，關(guān)于含有50% RAP的瀝青

混合料中的間接拉伸強(qiáng)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(huì)導(dǎo)致更低的強(qiáng)度比值。