程培峰，韓永強(qiáng)

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)性能研究

程培峰，韓永強(qiáng)

(東北林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

采用凍融劈裂試驗(yàn)，研究不同RAP(回收瀝青路面材料)摻量、再生混合料的短期老化和不同成型溫度下溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)定性的變化。研究結(jié)果表明：溫拌再生混合料的水穩(wěn)定性隨著RAP摻量的增加而下降，經(jīng)過短期老化后的溫拌再生混合料水穩(wěn)定性有所增強(qiáng)；為保證路用性能，溫拌再生瀝青混合料中RAP摻量在40%以內(nèi)時(shí)的成型溫度最大可降低25～30 ℃，摻量為50%時(shí)最大可降溫10 ℃。

道路工程；溫拌再生；瀝青混合料；水穩(wěn)定性

隨著人們對低碳環(huán)保生活重視程度的加大，公路建設(shè)行業(yè)的節(jié)能減排新技術(shù)也得到了越來越多的關(guān)注和研究，廢舊瀝青混合料作為其中一種最具再生利用價(jià)值的材料[1]，其再生技術(shù)的研究和應(yīng)用具有極大的實(shí)際意義。瀝青路面的溫拌再生技術(shù)是將瀝青混合料的溫拌技術(shù)引入瀝青路面的再生技術(shù)中，兩種綠色環(huán)保技術(shù)的結(jié)合，不僅能夠提高廢舊瀝青混合料的再生利用率，還能夠降低施工溫度，降低能源消耗[2-5]。

瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，會直接導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)早期水損害，所以很多學(xué)者對瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行了研究[6-7]，但對再生瀝青混合料，針對水穩(wěn)定性的深入研究還鮮有可見[8-10]，其中老化瀝青的存在不利于混合料的水穩(wěn)定性，所以再生混合料的水穩(wěn)定性是混合料設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的控制指標(biāo)。筆者主要針對溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，分析RAP摻量、拌和壓實(shí)溫度對溫再生瀝青混合料水穩(wěn)性能的影響。

1 原材料

1.1 廢舊瀝青混合料

試驗(yàn)所用廢舊瀝青混合料為黑龍江省某高速公路使用6 年后進(jìn)行大修時(shí)的路面銑刨料，銑刨料被分為3檔，筆者取其中1檔使用，進(jìn)行試驗(yàn)評價(jià)。廢舊瀝青混合料中瀝青指標(biāo)分別為：瀝青含量為4.2%，針入度為2.3 mm，軟化點(diǎn)為63.4 ℃，延度為6.2 cm，135 ℃黏度為2.66 Pa·s。廢舊瀝青混合料中集料級配結(jié)果見表1。

表1 廢舊瀝青混合料中集料級配

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，舊料中的瀝青已經(jīng)嚴(yán)重老化，集料也有一定程度的破碎和細(xì)化。

1.2 瀝青膠結(jié)料和新集料

新瀝青選用SBSI-C改性瀝青，新集料為優(yōu)質(zhì)玄武巖碎石、石屑以及礦粉，瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)為：針入度為7.4 mm，軟化點(diǎn)為67.2 ℃，延度為46.1 cm，135 ℃黏度為2.35 Pa·s。新集料的篩分結(jié)果見表2。

表2 新集料篩分通過率

1.3 外加劑

溫拌再生混合料中添加的外加劑有瀝青熱再生劑和溫拌劑。瀝青熱再生劑主要是為了恢復(fù)舊瀝青混合料中老化瀝青的性能，瀝青溫拌劑的作用是在一定的溫度范圍內(nèi)降低瀝青的黏度，實(shí)現(xiàn)瀝青混合料在較低溫度下的拌和和壓實(shí)。瀝青熱再生劑和溫拌劑的主要指標(biāo)見表3。

表3 外加劑主要指標(biāo)

外加劑的使用方法：拌和混合料之前，將溫拌劑加入新瀝青中攪拌5 min，拌和再生混合料時(shí)，先將RAP料與瀝青熱再生劑拌和，然后加入新集料和新瀝青拌和。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 級配設(shè)計(jì)及最佳瀝青用量的確定

溫再生混合料目標(biāo)級配為AC-16，選擇溫拌再生混合料中RAP的摻量為0%，15%，30%，40%，50%，60%，研究不同RAP摻量下混合料的水穩(wěn)定性，不同RAP摻量下混合料的級配曲線見圖1。

圖1 不同RAP摻量再生混合料級配曲線

采用馬歇爾方法確定再生混合料的最佳瀝青用量，不同RAP摻量下混合料最佳新瀝青用量見表4。

表4 不同RAP摻量的再生混合料最佳新瀝青用量

2.2 再生劑用量的確定

再生劑能在一定程度上恢復(fù)老化瀝青的性能，再生劑摻量根據(jù)再生瀝青的標(biāo)號確定，通過在老化瀝青中摻入不同劑量的再生劑并對不同再生劑摻量下瀝青的指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，確定出合理的再生劑用量。不同再生劑摻量下的老化瀝青指標(biāo)結(jié)果見圖2。

圖2 老化瀝青指標(biāo)隨再生劑摻量變化

由圖2可看出，老化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)隨著再生劑摻量變化基本呈現(xiàn)線性變化趨勢，再生后針入度不小于65(0.1 mm)、軟化點(diǎn)不小于50 ℃，得出滿足針入度要求的再生劑摻量不小于6.8%，滿足軟化點(diǎn)要求的再生劑摻量不大于8.0%，考慮到實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性要求，確定再生劑的摻量為老化瀝青量的7%。

2.3 溫拌劑用量的確定

摻入不同劑量的溫拌劑，在不同溫度下成型馬歇爾試件，比較分析不同溫拌劑劑量、不同溫度下試件的物理指標(biāo)，最終確定溫拌劑的合理添加劑量。試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 溫拌劑摻量-成型溫度-物理指標(biāo)關(guān)系

由圖3可以看出，同一成型溫度下試件的物理指標(biāo)在不同溫拌劑摻量條件下數(shù)值變化不大，但峰值基本都處于溫拌劑摻量為0.6%這一點(diǎn)，在其兩側(cè)，指標(biāo)的變化呈現(xiàn)單調(diào)遞增或者遞減狀態(tài)；當(dāng)溫拌劑摻量為0.6%時(shí)，由表3中數(shù)據(jù)可知，試件的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，綜上所述，確定溫拌劑的最佳摻量為0.6%。

2.4 配合比驗(yàn)證

以最佳瀝青用量和RAP摻量為30%為例，進(jìn)行再生混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的研究，驗(yàn)證配合比設(shè)計(jì)是否滿足路用性能要求。試驗(yàn)結(jié)果見表5，可見，配合比設(shè)計(jì)滿足路用要求。

表5 路用性能試驗(yàn)結(jié)果

3 溫拌再生混合料水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性測定方法有殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、Lottman試驗(yàn)、浸水抗壓試驗(yàn)、Tunicliff-root試驗(yàn)等。殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)經(jīng)實(shí)踐證明，試驗(yàn)結(jié)果很幾乎都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至有大于100%的情況；Lottman試驗(yàn)、浸水抗壓試驗(yàn)、Tunicliff-root試驗(yàn)等所需儀器設(shè)備較復(fù)雜，試驗(yàn)條件要求高，操作困難；而凍融劈裂試驗(yàn)在馬歇爾試驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了真空飽水和凍融循環(huán)，試件的狀態(tài)更接近路面真實(shí)的條件，而且操作較為簡單，因此選用凍融劈裂試驗(yàn)評價(jià)再生混合料的水穩(wěn)定性。

本次試驗(yàn)中采取兩種條件下的凍融劈裂試驗(yàn)，一種是混合料拌和完成后直接成型試件進(jìn)行試驗(yàn)的，另一種是混合料拌和完成后經(jīng)過短期老化再成型試件進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1 RAP摻量對混合料水穩(wěn)定性的影響

研究RAP摻量對再生混合料水穩(wěn)定性影響時(shí)，不摻加溫拌劑，按照熱再生混合料的拌和壓實(shí)溫度制作試件，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同RAP摻量下混合料凍融劈裂強(qiáng)度

從表6的試驗(yàn)結(jié)果來看，熱再生混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比TSR隨著RAP摻量的增加呈現(xiàn)下降趨勢，在摻量為15%～40%的區(qū)間內(nèi)，變化趨勢較平緩，說明RAP摻量在此范圍內(nèi)時(shí)，再生混合料的水穩(wěn)定性相當(dāng)；當(dāng)RAP摻量超過40%后，再生混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比隨著RAP摻量的升高下降趨勢明顯加大，舊瀝青混合料熱再生時(shí)RAP摻量不宜超過40%，當(dāng)RAP摻量為60%時(shí)，混合料的水穩(wěn)定性已不滿足使用要求。另外，再生混合料經(jīng)過短期老化后，水穩(wěn)定性有所升高，這與崔普查的研究結(jié)果相似[9]，但是經(jīng)過短期老化后，混合料的劈裂強(qiáng)度整體略低于未經(jīng)過老化過程的混合料。

3.2 不同拌和成型溫度下混合料的水穩(wěn)定性

在摻加溫拌劑的情況下，以10 ℃的溫度梯度在不同溫度下拌和成型試件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同拌和、成型溫度下再生混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比

由表7中的數(shù)據(jù)可得知，摻加溫拌劑的再生混合料隨著拌和、成型溫度的下降，凍融劈裂強(qiáng)度比TSR整體呈現(xiàn)下降的趨勢；與表8中數(shù)據(jù)相比，在熱再生溫度條件下，摻加溫拌劑的再生混合料TSR比沒摻加溫拌劑的混合料略大，這是因?yàn)檫x擇的溫拌劑具有一定的抗剝落效果，瀝青與集料黏附性更好，所以溫拌再生混合料的水穩(wěn)定性略高。

由圖4可直觀的看出，隨著RAP摻量的增加，再生混合料水穩(wěn)定性下降，但RAP摻量在15%～40%時(shí)，TSR數(shù)值很接近；在RAP摻量為40%以內(nèi)時(shí)，成型溫度為145 ℃以上時(shí)再生混合料水穩(wěn)定性變化幅度較小，溫度低于145 ℃時(shí)，水穩(wěn)定性出現(xiàn)了較大幅度的下降，RAP摻量為50%時(shí)，降溫10 ℃以上混合料水穩(wěn)定性就降低很快，降溫20 ℃時(shí)，水穩(wěn)定性已不滿足使用要求。

圖4 TSR隨成型溫度和RAP摻量變化

4 結(jié) 論

1)熱再生混合料的水穩(wěn)定性隨著RAP摻量的增加而下降，RAP摻量為40%以內(nèi)時(shí)，再生混合料水穩(wěn)定定性水平相差不大，當(dāng)摻量超過40%時(shí)，水穩(wěn)定性出現(xiàn)較大幅度的下降，摻量達(dá)到60%時(shí)，水穩(wěn)定性已不滿足使用要求。所以瀝青混合料熱再生時(shí)，RAP摻量不宜超過40%。

2)再生混合料經(jīng)過短期老化之后，水穩(wěn)定性有小幅度提高，但是經(jīng)過短期老化后，再生混合料的劈裂強(qiáng)度略低于未經(jīng)過老化過程的再生混合料。

3)在RAP摻量為40%以內(nèi)時(shí)，成型溫度為145 ℃以上時(shí)溫拌再生混合料水穩(wěn)定性變化幅度較小，溫度低于145 ℃時(shí)，水穩(wěn)定性會出現(xiàn)較大幅度的下降，RAP摻量為50%時(shí)，降溫10 ℃以上混合料水穩(wěn)定性就降低很快，降溫20 ℃時(shí)水穩(wěn)定性已不滿足使用要求。

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Water Stability of Warm Recycled Asphalt Mixture

Cheng Peifeng, Han Yongqiang

(Civil Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang, China)

Using freeze-thaw splitting test method, research the water stability change rule of warm recycled asphalt mixture with different RAP(reclaimed asphalt pavement materials)content, short-term aging of warm recycled asphalt mixture and different molding temperature. Study results show that: the water stability of warm recycled asphalt mixture waken with the increase of RAP content, getting stronger after short-term aging. In order to ensure the road performance, molding temperature of warm recycled asphalt mixture can reduce 25 ℃～30 ℃ at most when RAP content is within 40%, 10 ℃ when the content is 50%.

road engineering; warm recycled; asphalt mixture; water stability

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.01.13

2013-10-21；

2014-03-23

程培峰(1963—)，男，遼寧朝陽人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事路基工程、路面材料及結(jié)構(gòu)理論、軟土地基處理技術(shù)等方面的研究。 E-mail：chengpeifeng@126.com。

U416.217

A

1674-0696(2015)01-060-04