基于RAP的瀝青路面再生冷補(bǔ)料制備與性能研究

為探究RAP作為瀝青路面冷補(bǔ)料原料的應(yīng)用可行性，文章以常規(guī)溶劑型冷補(bǔ)料為參考，制備了一種以RAP為部分原料的瀝青路面再生冷補(bǔ)料，從原材料性能分析、配合比設(shè)計(jì)及冷補(bǔ)料性能表現(xiàn)等方面展開了分析。結(jié)果表明：瀝青路面再生冷補(bǔ)料性能滿足現(xiàn)有成品冷補(bǔ)料規(guī)范的使用要求，相較于常規(guī)溶劑型冷補(bǔ)料具備更好的粘聚性及強(qiáng)度性能，但其高、低溫性能并不具備優(yōu)勢，存在優(yōu)化空間。

RAP；瀝青路面；冷補(bǔ)料

U416.03A090272

作者簡介：

冼凌晨（1988—），工程師，主要從事公路工程咨詢工作。

0" 引言

隨著我國高速公路建設(shè)日趨完善，高速公路的工作重心開始轉(zhuǎn)向規(guī)模化的養(yǎng)護(hù)。由于我國高速公路路面基本以瀝青路面為主，每年針對瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)將產(chǎn)生數(shù)億噸規(guī)模的廢舊銑刨料（以下簡稱RAP）［1］。在當(dāng)前國家推進(jìn)綠色低碳養(yǎng)護(hù)的背景下，針對RAP開展高效循環(huán)利用已成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)方向。目前針對RAP的循環(huán)利用主要是通過廠拌熱再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)在高速公路新建及改擴(kuò)建項(xiàng)目中的規(guī)模化應(yīng)用，但隨著基建項(xiàng)目新增趨勢變緩，該類型應(yīng)用勢必將受到限制［2］。因此，需要針對RAP的循環(huán)利用積極開拓新的應(yīng)用場景。

坑槽是瀝青路面日常養(yǎng)護(hù)中最常見的病害，出于安全性與時(shí)效性的考慮，對坑槽通常是采用冷補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)。從實(shí)際養(yǎng)護(hù)效果來看，現(xiàn)有的冷補(bǔ)料實(shí)際使用中存在因粘附性不足而出現(xiàn)集料過早脫落的現(xiàn)象，但RAP中含有的舊瀝青與集料有著很高的粘附特性。同時(shí)，不同于熱拌瀝青混合料的高溫拌和，冷補(bǔ)料的拌和過程中不會(huì)出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致RAP中舊瀝青老化的情況［3-4］。如上所述，如果能將RAP用于制備冷補(bǔ)料可以實(shí)現(xiàn)兩者之間優(yōu)勢的互補(bǔ)。為探究RAP作為瀝青路面冷補(bǔ)料原料的應(yīng)用可行性，本文基于室內(nèi)試驗(yàn)制備了一種含RAP的再生瀝青路面冷補(bǔ)料并對其性能開展分析研究，以期為RAP在養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域開拓新的應(yīng)用思路。

1" 試驗(yàn)原材料及制備方法

1.1" 試驗(yàn)原材料

1.1.1" RAP

RAP來源于廣西某高速公路瀝青路面中修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目中4 cm上面層的精銑刨料，原路面上面層為AC-13瀝青路面結(jié)構(gòu)，經(jīng)過7年?duì)I運(yùn)后部分路面已不滿足使用需求。對RAP進(jìn)行抽提、篩分后進(jìn)行級配及瀝青相關(guān)性能檢測以了解其原料特性，結(jié)果如圖1和表1所示。

如圖1所示，RAP級配曲線已不符合AC-13級配控制要求，RAP級配整體偏細(xì)且集料粒徑大量集中在2.36 mm篩孔以下，這主要是原路面集料在服役期間受到行車荷載作用以及精銑刨施工疊加下導(dǎo)致集料破碎變細(xì)。而表1數(shù)據(jù)則顯示RAP油石比較高，但RAP所含舊瀝青性能出現(xiàn)嚴(yán)重衰退，除軟化點(diǎn)外，針入度及延度均不滿足要求。這主要是瀝青經(jīng)歷長時(shí)間使用后發(fā)生老化，輕質(zhì)組分過少，瀝青質(zhì)含量較多。

1.1.2" 新集料、礦粉

由于RAP中含細(xì)集料較多，為確保級配的完整性需要摻入新集料，新集料主要采用堿性的石灰?guī)r粗集料，礦粉為石灰石礦粉，粗集料檢測結(jié)果如表2所示。

1.1.3" 瀝青、稀釋劑及添加劑

瀝青采用70#基質(zhì)瀝青，稀釋劑為柴油（摻量為瀝青含量的3%），添加劑為溶劑型冷補(bǔ)料常用的LB添加劑（摻量為瀝青含量的2%）。

1.2" 制備方法

再生瀝青冷補(bǔ)料的制備方法參考溶劑型冷補(bǔ)料的制備工藝進(jìn)行，考慮到需要加熱RAP以確保其拌和均勻性，在前期試驗(yàn)中確立了相應(yīng)的預(yù)熱條件，制備工序如圖2所示。

基于RAP的瀝青路面再生冷補(bǔ)料制備與性能研究/冼凌晨

2" 再生冷補(bǔ)料配合比設(shè)計(jì)

2.1" 再生冷補(bǔ)料礦料級配設(shè)計(jì)

目前國內(nèi)冷補(bǔ)料的礦料級配通常采用LB-13型級配，該項(xiàng)目參考該級配進(jìn)行再生冷補(bǔ)料礦料級配設(shè)計(jì)。如前所述，RAP集料規(guī)格主要以細(xì)料為主，過高的摻量不利于礦料級配合成。再生冷補(bǔ)料礦料級配設(shè)計(jì)過程中以級配范圍中值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)配，當(dāng)RAP摻量為30%時(shí)礦料級配較為合適，具體礦料合成級配如圖3所示。

2.2" 最佳瀝青用量的確定

冷補(bǔ)料主要通過滾動(dòng)試驗(yàn)和紙跡試驗(yàn)控制瀝青用量，但兩種試驗(yàn)都是基于定量分析，對工程經(jīng)驗(yàn)有較強(qiáng)依賴性。考慮到冷補(bǔ)料強(qiáng)度形成與稀釋劑的揮發(fā)有關(guān)，雖然空隙率大有助于稀釋劑揮發(fā)形成強(qiáng)度，但過高的空隙率也不利于水穩(wěn)定性。在參考相關(guān)資料基礎(chǔ)上，本文在最佳瀝青用量確定過程中增加了空隙率作為檢驗(yàn)指標(biāo)［5］，冷補(bǔ)料最佳瀝青用量確定流程如圖4所示。

結(jié)合再生瀝青冷補(bǔ)料的礦料級配及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出所需的瀝青用量為4.5%。按照既定的工藝制備冷補(bǔ)料開展試驗(yàn)，滾動(dòng)試驗(yàn)主要是觀察冷補(bǔ)料在滾動(dòng)過程中的破碎程度。冷補(bǔ)料在滾動(dòng)試驗(yàn)中未出現(xiàn)破碎說明其具備較好的整體粘結(jié)性，該瀝青用量滿足最小瀝青用量要求。紙跡試驗(yàn)主要是觀察測試紙?jiān)诜胖美溲a(bǔ)料一段時(shí)間后所留痕跡深淺。從試驗(yàn)結(jié)果來看，測試紙上黑色斑點(diǎn)痕跡較為明顯，這說明所選瀝青用量偏大需要進(jìn)一步優(yōu)化。將瀝青用量調(diào)整至4.3%后重復(fù)上述試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。采用4.3%瀝青用量制備馬歇爾試件并測定其空隙率，相關(guān)研究表明冷補(bǔ)料的空隙率宜＜10%，冷補(bǔ)料空隙率為8.1%符合控制要求，最終確認(rèn)再生瀝青冷補(bǔ)料瀝青用量為4.3%。

3" 再生冷補(bǔ)料性能分析

對冷補(bǔ)料的性能分析主要參考《瀝青路面坑槽成品料》（JT/T 972-2015）中相關(guān)指標(biāo)，但該規(guī)范對冷補(bǔ)料提出的性能指標(biāo)較少。為對再生瀝青冷補(bǔ)料進(jìn)行全方位評價(jià)，本文增加了熱拌瀝青混合料的高低溫性能指標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充檢測。同時(shí)，為更好地與現(xiàn)有常規(guī)冷補(bǔ)料的性能進(jìn)行對比，選用溶劑型冷補(bǔ)料進(jìn)行對比試驗(yàn)。

3.1" 強(qiáng)度性能

穩(wěn)定度是表征冷補(bǔ)料強(qiáng)度性能的指標(biāo)。在實(shí)際使用過程中，冷補(bǔ)料修補(bǔ)壓實(shí)形成初始強(qiáng)度后即可開放交通，隨著稀釋劑不斷揮發(fā)將達(dá)到最終強(qiáng)度。對冷補(bǔ)料成型后的初始穩(wěn)定度以及養(yǎng)護(hù)7 d后的最終穩(wěn)定度進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，再生瀝青冷補(bǔ)料的初始穩(wěn)定度和最終穩(wěn)定度高于常規(guī)溶劑型冷補(bǔ)料，其數(shù)值均高出約13%。這是因?yàn)椴裼瓦€原了RAP表面部分老化瀝青的性能，這一作用強(qiáng)化了再生冷補(bǔ)料內(nèi)部各材料間的粘結(jié)強(qiáng)度，反映在性能上則是穩(wěn)定度的提升。初始穩(wěn)定度的高低與冷補(bǔ)料修補(bǔ)完坑槽后開放交通時(shí)間早晚有關(guān)，從這一點(diǎn)看再生瀝青冷補(bǔ)料更滿足坑槽修補(bǔ)后快速開放交通的需求。而隨著稀釋劑的揮發(fā)，冷補(bǔ)料逐漸形成最終強(qiáng)度，規(guī)范規(guī)定了冷補(bǔ)料馬歇爾穩(wěn)定度≥3 kN的標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然兩種冷補(bǔ)料都滿足該要求，但再生瀝青冷補(bǔ)料的最終馬歇爾穩(wěn)定度更高，這說明其強(qiáng)度性能表現(xiàn)更優(yōu)。

3.2" 高、低溫性能

冷補(bǔ)料在坑槽修補(bǔ)完成后作為路面整體的一部分需要具備良好的高低溫性能，但冷補(bǔ)料相關(guān)規(guī)范中并未設(shè)立相關(guān)指標(biāo)。參考熱拌瀝青混合料的相關(guān)指標(biāo)，以動(dòng)穩(wěn)定度值及低溫劈裂強(qiáng)度分別評價(jià)冷補(bǔ)料的高、低溫性能，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，再生瀝青冷補(bǔ)料的動(dòng)穩(wěn)定度值和低溫劈裂強(qiáng)度分別僅為溶劑型冷補(bǔ)料的71%和75%，這意味著再生瀝青冷補(bǔ)料的高低溫性能與溶劑型冷補(bǔ)料相比存在明顯劣勢。就高溫性能而言，RAP經(jīng)過路面長時(shí)間使用及銑刨破碎后，雖然外部仍包裹著瀝青，但內(nèi)部集料仍存在破碎的情況，在車轍試驗(yàn)車輪碾壓下更容易被壓壞形成車轍。就低溫性能而言，RAP所含老化瀝青雖然在一定程度上性能得到恢復(fù)，但余下的老化瀝青在低溫環(huán)境下的脆硬特性仍然較為明顯，無法承受更大的彎拉應(yīng)變。

3.3" 粘聚性及水穩(wěn)定性

在實(shí)際使用過程中，冷補(bǔ)料容易出現(xiàn)松散脫落的現(xiàn)象，尤其是在有水環(huán)境下更容易出現(xiàn)破損、脫落的病害情況，因此對冷補(bǔ)料的粘聚性以及水穩(wěn)定性需要重點(diǎn)考察。粘聚性以破損率指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，水穩(wěn)定性則以殘留穩(wěn)定度進(jìn)行評價(jià)，相關(guān)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，與溶劑型冷補(bǔ)料相比，再生瀝青冷補(bǔ)料的破損率和殘留穩(wěn)定度值更低。再生瀝青冷補(bǔ)料的破損率越低說明內(nèi)部材料整體粘結(jié)程度越高，體現(xiàn)在冷補(bǔ)料的抗松散性能就更好，這一點(diǎn)也與再生瀝青冷補(bǔ)料具備較高的初始穩(wěn)定度特性相符。兩種冷補(bǔ)料均滿足規(guī)范對于殘留穩(wěn)定度＞85%的要求，但再生瀝青冷補(bǔ)料的殘留穩(wěn)定度比溶劑型冷補(bǔ)料低5%。這說明再生瀝青冷補(bǔ)料在有水環(huán)境下，其抵抗破壞的能力弱于溶劑型冷補(bǔ)料。

4" 結(jié)語

（1）基于室內(nèi)試驗(yàn)制備的再生瀝青冷補(bǔ)料滿足《瀝青路面坑槽成品料》（JT/T 972-2015）的性能要求，表明RAP作為冷補(bǔ)料原料具備技術(shù)可行性。

（2）與常規(guī)溶劑型冷補(bǔ)料相比，制備的再生瀝青冷補(bǔ)料具備更好的粘聚性及強(qiáng)度性能，但其高、低溫性能并不具備優(yōu)勢。

（3）再生瀝青冷補(bǔ)料的性能表現(xiàn)存在進(jìn)一步優(yōu)化空間，下一步可針對RAP原材料的性能及不同類型冷補(bǔ)料的適用性進(jìn)行深層次研究。

［1］許尚江，劉超群，荊" 靖，等.銑刨料再生冷補(bǔ)料的路用性能評價(jià)［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，37（5）：121-125.

［2］劉超群.基于廢舊瀝青混合料的坑槽冷補(bǔ)料設(shè)計(jì)與性能評價(jià)［D］.濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2022.

［3］王潤平.添加再生料的冷補(bǔ)瀝青混合料組成設(shè)計(jì)與性能評價(jià)［J］.公路工程，2020，45（6）：215-221，249.

［4］孫海南.基于100%RAP的冷拌冷鋪瀝青混合料設(shè)計(jì)與性能評價(jià)［D］.濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2023.

［5］閆羲鈦.瀝青路面再生冷補(bǔ)材料研發(fā)及性能評價(jià)方法研究［D］.沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2021.

20240414