泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料路用性能研究

姬亞磊

（黃茅海跨海通道管理中心,廣東 珠海 519055）

0 引言

由于當前對可持續的生產工藝和建筑材料的需求不斷增大，泡沫瀝青溫拌再生已成為瀝青攤鋪工程新的解決方案之一。相對于采用傳統溫拌劑的高成本，泡沫瀝青溫拌工藝不但能滿足節能減排的要求，還能降低生產成本，并產生良好的環境和社會效益[1]，是一種理想的工藝。為了充分了解泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料的性能，以及將其摻入不同數量的RAP后的性能變化，還需要開展大量工作，這也是該次研究的主要目的。

華俊峰等研究了外界環境溫度為15 ℃情況下泡沫瀝青混合料的劈裂強度以及凍融劈裂強度差異，發現當溫度越低，其膨脹率就越低，半衰期就越長，在5 ℃時各項指標就無法達到路用要求，而應該在15 ℃左右施工為宜[2]。張攀等將溫拌技術引入熱拌泡沫瀝青中，并對比了兩者的性能差異，發現溫拌技術并沒有過多地削弱其路用性能[3]。余暉等對泡沫溫拌再生瀝青混合料進行動態模量試驗，結合函數擬合，得到RAP摻量在不同溫度和頻率下與模量的關系[4]。

高RAP摻量往往會損害瀝青混合料的路用性能，為了達到保障質量與節能環保的目的，該文探究了RAP摻量不同所對應的再生瀝青混合料的性能變化，以期為工程實踐提供借鑒經驗。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 瀝青

該次試驗采用70#基質瀝青，其各項技術指標如表1所示。

表1 70#基質瀝青各項技術指標

1.1.2 集料

該次試驗采用的集料技術指標測試結果如表2所示。

表2 集料試驗測試結果

1.1.3 礦粉

礦粉在混合料中能夠將粗細集料很好地聚合在一起，在整體結構穩定性中發揮了不可替代的作用，該次試驗石灰巖礦粉的各項技術指標如表3所示。

表3 礦粉各項性能指標

1.1.4 RAP材料

該次試驗采用的RAP材料常規性能指標經過測試如表4所示。

表4 RAP性能指標

1.2 試驗方法

該次試驗采用Sup-20級配設計，并通過前期試驗計算出合適的礦料級配比和不同RAP摻量下的最佳油石比。RAP摻量從0%～50%，每隔10%制備樣品，其各自的最佳油石比分別為4.28%、3.84%、3.41%、2.99%、2.59%、2.19%，制得5種RAP摻量不同、級配良好的泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料，并按照規范制備后續性能試驗的標準試件。

2 路用性能評價

2.1 高溫穩定性

表5為車轍試驗結果。由表5可知，隨著RAP摻量的增加，泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料在45 min時的變形總體呈現出上升的趨勢，在RAP摻量為20%和30%情況下發生波動，隨著摻量繼續增加，在60 min時的變形同樣滿足該規律。

表5 車轍試驗結果

圖1為動穩定度隨RAP摻量變化趨勢。由圖1可知，動穩定度隨著RAP摻量的增加不斷上升，這是由于RAP摻量越大，需要的拌和溫度和預熱溫度就越高，導致瀝青混合料老化程度升高。另外，由于RAP本身就發生了一定程度的老化，其摻量增大，混合料本身的硬度就會偏大，從而動穩定度不斷提升。

圖1 動穩定度隨RAP摻量變化趨勢

2.2 水穩定性

表6為泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果，圖2為殘留穩定度隨RAP摻量變化情況。由表6可知，浸水馬歇爾穩定度隨著RAP摻量增大，逐步下降。結合圖2可知，RAP摻量越大，混合料的殘留穩定度就越小，這是由于RAP老化程度較為嚴重，摻量越多，混合料的內部黏性就越低，抗水損害能力下降，從而穩定度也逐步下降。另外可以發現，當RAP摻量為50%時，其殘留穩定度已不滿足路用基本要求，所以泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料RAP的最大摻量40%左右為宜。

表6 浸水馬歇爾試驗結果

圖2 殘留穩定度隨RAP摻量變化趨勢圖

表7為泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料凍融劈裂試驗結果，圖3為凍融劈裂強度隨RAP摻量變化情況。從表7可知，凍融劈裂強度隨著RAP摻量的提升而逐漸降低，且當摻量為50%時，其凍融劈裂強度比已基本和路用最低要求持平，說明摻量不宜大于50%。RAP摻量越大，內部黏性就越低，凍融后內部結構由于凍脹效應所引起的破壞就越嚴重，其抗水損害能力也隨之減弱。

圖3 凍融劈裂強度隨RAP摻量變化趨勢圖

表7 泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料凍融劈裂試驗

綜上可以看出，RAP摻量越大，其水穩定性就越差，根據路用要求，RAP最大摻量在40%左右適宜。

2.3 低溫抗裂性

由表8可知，RAP摻量越大，老化瀝青含量越多，導致泡沫瀝青溫拌瀝青再生混合料的黏性減弱，硬度增大，最大荷載以及抗彎拉強度基本隨著RAP摻量的增大而增大，勁度模量也能印證，這是由于RAP摻量越大，內部老化成分越多，導致混合料整體偏硬，強度較大。結合圖4可知，隨著其RAP摻量增大，撓度和破壞應變卻逐漸減小，說明其低溫下抵抗變形能力下降，當摻量為50%時，破壞應變已低于路用要求的最低值。綜上可以看出，RAP摻量的逐漸增大，會使泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料低溫下的抗裂能力逐漸變差，其最大摻量在40%左右適宜。

表8 低溫抗裂試驗結果

圖4 破壞應變隨RAP摻量增加變化趨勢圖

2.4 抗疲勞性能

通過表9可知，控制應變越大，混合料試件作用次數越少，同時可以發現控制應變在250 με向450 με轉變時，疲勞作用次數相比450 με轉變650 με時下降幅度更大。另外，隨著RAP摻量的逐步提升，疲勞作用次數同樣不斷下降，在三種控制應變下都呈現出這種趨勢，且控制應變越小，下降幅度越大，這是由于老化瀝青的增多，預加熱和拌和溫度升高，導致瀝青老化程度更高，從而削弱了瀝青的黏彈性能，變形恢復率減小，抵抗疲勞的性能也隨之減小。

表9 疲勞試驗結果

3 結論

通過上述試驗探究，得出以下結論：RAP摻量越大，泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料的動穩定度就越大，水穩定性與低溫抗裂性就越差，抗疲勞性能越弱。這是由于RAP摻量越大，內部老化瀝青越多，預熱與拌和溫度越大，進一步加速瀝青老化，導致內部黏性越差，變形能力下降。由試驗可知，RAP最大摻量在40%左右為宜，各項性能都能很好滿足路用要求。