袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料路用性能研究

袁耀波

（佛山市交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528200）

為研究不同廢舊瀝青路面材料（RAP）摻配比例對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料路用性能的影響，對(duì)比分析了0、20%、30%、40%、50%等5種不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞耐久性，發(fā)現(xiàn)其高溫穩(wěn)定性隨著RAP摻配比例的增加而提高，低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞耐久性均隨著RAP摻配比例的增加而降低，當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，熱再生瀝青混合料已不能滿足路用性能要求；通過熱再生瀝青混合料經(jīng)濟(jì)效益分析，選取了廠拌熱再生瀝青混合料合適的RAP摻配比例。

公路；廠拌熱再生瀝青混合料；廢舊瀝青路面材料（RAP）；摻配比例；路用性能

瀝青路面的使用壽命一般為15年左右，每年因?qū)r青路面的修補(bǔ)等而產(chǎn)生大量廢舊瀝青路面材料（RAP），若不能得到有效處理，既會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。廠拌熱再生瀝青混合料因部分使用RAP，可減少對(duì)新瀝青及新礦料的使用，在一定程度上可降低工程造價(jià)，并避免RAP對(duì)環(huán)境的污染。多個(gè)國(guó)家主要利用廠拌熱再生技術(shù)對(duì)RAP進(jìn)行回收利用，美國(guó)針對(duì)再生瀝青混合料設(shè)計(jì)于2001年提出了NCHRP 9-12項(xiàng)目報(bào)告，目前中國(guó)廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)也參照該報(bào)告。

考慮到目前廠拌熱再生瀝青混合料中RAP使用比例占25%以下已是較成熟的技術(shù)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，廠拌熱再生瀝青混合料的RAP摻配比例不宜大于50%，該文分別選取0、20%、30%、40%、50%等5種RAP摻配比例，研究不同摻配比例下熱再生瀝青混合料的路用性能，并選取適合的RAP摻配比例。

1 原材料

1.1 RAP的基本性質(zhì)

采用某高速公路銑刨得到的RAP。受環(huán)境與車輛荷載的長(zhǎng)期影響，RAP的瀝青性質(zhì)與瀝青含量發(fā)生了巨大變化，為此，采用抽提法，利用三氯乙烯溶解測(cè)定RAP的瀝青含量，得到RAP的油石比為3.4%。采用阿布森法回收瀝青，并測(cè)定舊瀝青的技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果見表1。同時(shí)對(duì)經(jīng)過抽提的RAP礦料進(jìn)行篩分，獲取其礦料級(jí)配組成（見表2）。

表1 回收瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

表2 RAP的礦料級(jí)配范圍

1.2 新瀝青

選用殼牌70?；|(zhì)瀝青作為廠拌熱再生瀝青混合料的新瀝青，其性能檢測(cè)結(jié)果見表3。

1.3 廠拌熱再生瀝青混合料級(jí)配組成

選用與RAP礦料相同的花崗巖，其質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果符合JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求?？紤]原路面的結(jié)構(gòu)組成、所處地理環(huán)境及交通荷載的影響，選用AC-16型廠拌熱再生瀝青混合料，對(duì)不同RAP摻配比例的熱再生瀝青混合料通過調(diào)整新料中各檔料使其級(jí)配滿足要求。各摻配比例再生瀝青混合料的級(jí)配組成見表4。

表3 殼牌70?；|(zhì)瀝青的檢測(cè)結(jié)果

表4 不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的級(jí)配組成

2 試驗(yàn)方案

2.1 最佳油石比的確定

根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，按照RAP不同摻配比例熱再生瀝青混合料的級(jí)配，在不同油石比下分別設(shè)計(jì)制作馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定不同油石比下試件密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度及流值等，以確定不同RAP摻量下再生瀝青混合料的最佳油石比。通過試驗(yàn)，確定RAP摻配比例為0、20%、30%、40%、50%的廠拌熱再生瀝青混合料的最佳油石比分別為4.5%、4.2%、4.2%、4.1%、4.1%。

2.2 試驗(yàn)方法

在60℃環(huán)境溫度下對(duì)熱再生瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，研究不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的高溫性能；在-10℃、加載速率為50 mm／min的條件下進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，研究不同RAP摻配比例熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能；通過浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)研究不同RAP摻配比例再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性；采用15℃下應(yīng)力控制的間接拉伸疲勞試驗(yàn)研究不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

分別對(duì)0、20%、30%、40%、50%等5種不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料采用各自最佳油石比成型車轍試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，以動(dòng)穩(wěn)定度作為高溫抗車轍性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 各RAP摻配比例下車轍試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5，不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求（≥1 000次／mm），且隨著RAP摻配比例的增加，動(dòng)穩(wěn)定度不斷增加，不同RAP摻配比例熱再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均大于基質(zhì)瀝青混合料。表明RAP的添加可提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能，且隨著RAP摻配比例的增加，熱再生瀝青混合料的高溫抗車轍性能不斷提高。這是由于RAP所含瀝青受到嚴(yán)重老化的影響，其輕組分減少，在氧化作用下向膠質(zhì)與瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，高溫粘度與勁度大幅提高，高溫抗變形能力增強(qiáng)。

3.2 廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能

在-10℃、加載速率為50 mm／min的條件下進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料試件的破壞強(qiáng)度與破壞應(yīng)變，評(píng)價(jià)不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 各RAP摻配比例下低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表6，隨著RAP摻配比例的增加，廠拌熱再生瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度不斷增加，彎曲應(yīng)變不

斷減小，說明RAP的添加會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的低溫抗裂性能降低，且摻配比例越大，降低程度越大。當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，再生瀝青混合料的彎曲應(yīng)變?yōu)? 862με，低于規(guī)范要求，說明其低溫抗裂性能已不能滿足路用性能要求，熱再生瀝青混合料的RAP摻配比例不應(yīng)大于50%。RAP在環(huán)境與荷載的長(zhǎng)時(shí)間作用下，其瀝青變硬變脆，塑性降低，導(dǎo)致再生瀝青混合料在低溫狀態(tài)下受到荷載時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變減小，較易發(fā)生低溫開裂。

3.3 廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)測(cè)得不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度，通過凍融劈裂試驗(yàn)檢測(cè)其凍融劈裂殘留強(qiáng)度比，分析評(píng)價(jià)廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損壞性能，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 各RAP摻配比例下浸水馬歇爾與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表7，隨著RAP摻配比例的增加，廠拌熱再生瀝青混合料試件的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均逐漸減小，且均小于基質(zhì)瀝青混合料，說明RAP的摻加會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的抗水損能力下降。當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度小于80%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比小于75%，不符合規(guī)范要求，表明其抗水損能力不能滿足路用性能要求。這主要是由于RAP中的瀝青已經(jīng)老化，其粘附性能大幅降低，導(dǎo)致其抗水損能力下降。目前主要采用添加水泥等抗剝落劑的方法保證其抗水損能力。

3.4 廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞性能

在15℃、加載頻率為10 Hz的條件下對(duì)不同RAP摻配比例廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行間接拉伸疲勞試驗(yàn)，測(cè)定其疲勞壽命。試驗(yàn)采用應(yīng)力控制模式，試驗(yàn)應(yīng)力比為0.3～0.7。試驗(yàn)結(jié)果表8。

根據(jù)表8，在同一RAP摻配比例下，再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著應(yīng)力比的增大而不斷減??；在相同應(yīng)力比下，再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著RAP摻配比例的增加而不斷減小。表明RAP的添加會(huì)降低瀝青混合料的疲勞壽命。

表8 各RAP摻配比例下間接拉伸疲勞壽命

4 廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局《Pavement Recycling Guidelines For State and Local Government》對(duì)廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益分析（見表9），廠拌熱再生瀝青混合料的工程造價(jià)隨著RAP摻配比例的增加而逐漸降低，摻配比例為40%時(shí)成本降低28%，摻配比例為50%時(shí)成本降低34%。但根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論，摻配比例為50%的廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性與抗水損性能均不滿足路用性能要求，且疲勞壽命較短，故推薦采用40%作為廠拌熱再生瀝青混合料的最佳RAP摻配比例。

表9 廠拌熱再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益

5 結(jié)論

（1）廠拌熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著RAP摻配比例的增加而不斷提高，且均高于基質(zhì)瀝青混合料。

（2）廠拌熱再生瀝青混合料的低溫抗裂性能隨著RAP摻配比例的增加而降低，RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其彎曲應(yīng)變不能達(dá)到規(guī)范要求，表明其不能滿足低溫抗裂性能要求。

（3）廠拌熱再生瀝青混合料的抗水損能力隨著RAP摻配比例的增加而不斷降低，當(dāng)RAP摻配比例達(dá)到50%時(shí)，其殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比均不能滿足規(guī)范要求，表明其不能滿足水穩(wěn)定性要求。

（4）廠拌熱再生瀝青混合料的疲勞壽命隨著所施加應(yīng)力比的增大而不斷降低，在同一應(yīng)力比下其疲勞壽命隨著RAP摻配比例的增加而不斷降低。

（5）廠拌熱再生瀝青混合料的最佳RAP摻配比例為40%。

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