楊 成

(大理白族自治州交通運(yùn)輸局， 云南 大理 671000)

RAP摻量對(duì)再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響

楊 成

(大理白族自治州交通運(yùn)輸局， 云南 大理 671000)

為確定RAP摻量對(duì)再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響，將回收瀝青按不同比例(0～50%，間隔10%)摻加到70號(hào)道路石油瀝青中，然后對(duì)再生瀝青結(jié)合料的延度、針入度、軟化點(diǎn)、粘度進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨著回收瀝青摻量的增加，混合后的瀝青的針入度和延度逐漸降低，軟化點(diǎn)和粘度逐漸增加。當(dāng)回收瀝青摻量高于30%以后，混合后的再生瀝青針入度、延度值不能滿足規(guī)范要求。隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的抗車轍性能逐漸提高，而低溫性能、抗水損害性能和抗疲勞性能逐漸變差，當(dāng)RAP材料的摻量不大于30%時(shí)，瀝青混合料的低溫性能和殘留強(qiáng)度比可滿足規(guī)范要求。從統(tǒng)籌兼顧再生瀝青及再生瀝青混合料的性能的角度出發(fā)，建議RAP材料的合理?yè)搅咳?0%左右為宜。

RAP； 回收瀝青； 最佳摻量； 路用性能

0 引言

我國(guó)早期建設(shè)的道路大部分已經(jīng)進(jìn)入修補(bǔ)階段，由此產(chǎn)生了大量的廢舊路面材料。在“走可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的政策下，隨著人們對(duì)環(huán)保、社會(huì)效益的關(guān)注，以及技術(shù)的進(jìn)步，瀝青路面再生利用技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。瀝青路面的再生利用，就是將舊瀝青路面經(jīng)過(guò)一系列回收方法的處理后，按照一定的比例摻加新的瀝青，新的集料等，再重新拌和形成具有一定路用價(jià)值的瀝青混合料，然后應(yīng)用于路面工程[1-3]。瀝青路面再生與傳統(tǒng)的瀝青路面維修方式相比，能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，節(jié)省工程投資，同時(shí)有利于處理廢料、保護(hù)環(huán)境，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)、環(huán)境效益[4]。汪托、郝培文等[5]利用路面環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)壽命周期評(píng)估工具PaLATE，通過(guò)熱拌瀝青設(shè)備提供的能耗數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)了使用RAP料的環(huán)境效益，認(rèn)為生產(chǎn)30%的RAP僅需要生產(chǎn)新混合料84%的能耗和產(chǎn)生80%的CO2排放量。

在1915年，美國(guó)首先開始對(duì)瀝青路面再生利用技術(shù)進(jìn)行研究。但直到1973年石油危機(jī)爆發(fā)后美國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)才引起足夠的重視。目前，美國(guó)再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半，80%的廢棄瀝青混合料得到再生利用。對(duì)基層而言，RAP的允許用量為15%～100%，在美國(guó)約有27.1%的州允許使用50%的RAP，有22.9%的州對(duì)RAP的用量沒(méi)有限制。而磨耗層RAP的允許用量為0～100%，22.9%的州不允許使用RAP，16.6%的州對(duì)RAP的用量無(wú)限制[6]。我國(guó)對(duì)瀝青路面再生技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代。1983年建設(shè)部下達(dá)了“廢舊瀝青混合料再生利用”的研究項(xiàng)目。在3 a的時(shí)間內(nèi)鋪筑了30 000 m2以上的試驗(yàn)路。2003年底，廣佛高速公路在大修期間采用了廠拌熱再生技術(shù)，并取得了不錯(cuò)的效果。喬志勇等[7]通過(guò)研究建議，廠拌熱再生RAP的摻量不宜超過(guò)50%，同時(shí)應(yīng)采取相關(guān)措施(如再生劑)，以提高再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。

瀝青結(jié)合料的性能對(duì)于再生瀝青混合料的性能具有至關(guān)重要的影響，然而，以往研究主要集中在對(duì)于RAP料對(duì)于再生瀝青混合料性能的影響，較少針對(duì)再生瀝青結(jié)合料性能進(jìn)行研究。筆者通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了不同摻量回收瀝青對(duì)再生瀝青結(jié)合料延度、針入度、軟化點(diǎn)、粘度的影響，大致確定回收瀝青的合理?yè)搅浚⒃诖嘶A(chǔ)上設(shè)計(jì)了不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料，進(jìn)而對(duì)再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性能和抗疲勞性能的影響，通過(guò)綜合比較分析，得出RAP材料的適宜摻量，為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 瀝青

瀝青為江蘇地區(qū)常用的70#道路石油瀝青，其基本性能指標(biāo)如表1所示。

回收瀝青通過(guò)室內(nèi)對(duì)銑刨料進(jìn)行抽提，然后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法對(duì)原路面老化瀝青進(jìn)行回收獲得。

表1 瀝青性能指標(biāo)Table1 Propertiesofrawasphalt檢測(cè)項(xiàng)目規(guī)范要求檢測(cè)結(jié)果針入度(25℃)/0．1mm60～8061．1針入度指數(shù)PI≤0-1．0延度(10℃)/cm≥1526．5軟化點(diǎn)(TR&B)/℃≥4648．3密度(15℃)/(g·cm-3)實(shí)測(cè)記錄1．033動(dòng)力粘度(60℃)/(Pa．s)≥180246PG分級(jí)實(shí)測(cè)記錄 PG64-22

將回收瀝青按不同比例摻加到70號(hào)道路石油瀝青中后進(jìn)行試驗(yàn)，回收瀝青的5種摻量為0～50%(回收瀝青占新舊瀝青總質(zhì)量的百分比，依次間隔10%)。將70號(hào)道路石油瀝青與回收瀝青分別在上述比例下進(jìn)行高溫?cái)嚢枞诤?，然后?40 ℃烘箱內(nèi)高溫老化2 h后進(jìn)行相應(yīng)的性能指標(biāo)試驗(yàn)，以模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的拌合、運(yùn)輸以及攤鋪、碾壓過(guò)程。

1.2 集料

試驗(yàn)所用集料為石灰?guī)r石料，集料的密度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 集料相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果表Table2 Propertiesoftheaggregate礦料表觀相對(duì)密度毛體積相對(duì)密度吸水率/%1#料2．7242．6930．422#料2．7342．7040．423#料2．7682．7110．764#料2．7302．6751．20礦粉2．696//

2 再生瀝青結(jié)合料性能

為了研究回收瀝青對(duì)再生瀝青結(jié)合料性能的影響，采用針入度、延度、軟化點(diǎn)和粘度四個(gè)指標(biāo)[8-11]對(duì)不同回收瀝青摻量下的再生瀝青的性能進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出:隨著回收瀝青摻量的增加，混合后的瀝青的針入度和延度逐漸降低，軟化點(diǎn)和粘度逐漸增加。當(dāng)回收瀝青摻量高于30%以后，混合后的再生瀝青針入度、延度值明顯下降，并且不能滿足70號(hào)道路石油瀝青的規(guī)范要求；而混合后的再生瀝青的軟化點(diǎn)和粘度顯著增加，可以滿足70號(hào)道路石油瀝青的規(guī)范要求。分析其原因，瀝青在使用中由于空氣、溫度和陽(yáng)光的作用發(fā)生老化變質(zhì)，其化學(xué)組成發(fā)生變化而使其膠體性質(zhì)變差，進(jìn)而變現(xiàn)為混合后的再生瀝青針入度降低、軟化點(diǎn)和粘度增高、延度減小。綜合混合后的再生瀝青性能，回收瀝青的摻量以不大于30%為宜。

(a) 針入度、延度

(b)軟化點(diǎn)、粘度圖1 再生瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果Figure 1 Tests results of recycled asphalt

3 再生瀝青混合料性能

為研究不同RAP材料比例摻量下的再生瀝青混合料的性能，以摻加30%RAP材料的AC — 20型再生瀝青混合料級(jí)配為基準(zhǔn)，對(duì)新舊材料以不同比例摻量的再生瀝青混合料的性能進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。RAP材料的摻配比例分別為0%、10%、20%、30%、40%,50%，各種比例的混合料級(jí)配和總瀝青用量均基本相同?；旌狭系穆酚眯阅馨ǎ焊邷匦阅?、低溫性能、抗水損害性能和疲勞性能，分別采用車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和四點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[11-13]?；旌狭显O(shè)計(jì)級(jí)配如表3所示。

表3 AC—20型瀝青混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配Table3 DesignedgradationofAC—20asphaltmixture級(jí)配類型通過(guò)下列篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%26．519．016．013．29．5設(shè)計(jì)級(jí)配10094．889．177．459．1通過(guò)下列篩孔尺寸(mm)的質(zhì)量百分率/%4．752．361．180．60．30．150．07540．325．618．814．79．67．15．4

按設(shè)計(jì)級(jí)配確定的配合比為1#∶2#∶3#∶4#∶礦粉 ∶銑刨料=27.0∶18.0∶11.0∶13.0∶1.0∶30，油石比為4.5%。

3.1 高溫性能

按照規(guī)范要求，采用車轍試驗(yàn)對(duì)不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 車轍試驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Results of rutting test

從圖2可以看出:隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增加，抗車轍性能逐漸提高，現(xiàn)行規(guī)范(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[12]要求70號(hào)道路石油瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不小于1 000次/mm。從圖2中可以看出:再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求。當(dāng)RAP材料摻量為30%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增加較為明顯，提高了68.3%，抗車轍性能明顯提高，這是由于RAP材料經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，已經(jīng)老化變硬，而瀝青中瀝青質(zhì)的存在也可改善瀝青的高溫性能，最終表現(xiàn)為混合料的抗車轍性能提高。

3.2 低溫性能

為研究再生瀝青混合料的低溫性能，試驗(yàn)采用溫度為-10±0.5 ℃，加載速率為1 mm/min，試件尺寸為長(zhǎng)250±2.0 mm，寬30±2.0 mm，高35±2.0 mm的棱柱體小梁，跨徑為200±0.5 mm。低溫性能試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 低溫性能試驗(yàn)結(jié)果Figure 6 Results of low temperature performance test

從圖3可以看出:隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的破壞應(yīng)變值逐漸降低，低溫性能逐漸變差，按照(JTG F40 — 2004)規(guī)范[12]，道路石油瀝青混合料在冬冷區(qū)和冬溫區(qū)的破壞應(yīng)變不宜低于2 000 με。從圖中可以看出，當(dāng)RAP材料的摻量在30%以上時(shí)，瀝青混合料的低溫性能已不能滿足規(guī)范要求。這是由于老化后的RAP材料變硬變脆，在低溫時(shí)容易脆裂。從瀝青混合料的低溫性能角度考慮，RAP材料的摻量應(yīng)小于30%。

3.3 抗水損害性能

研究采用室內(nèi)凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)不同RAP材料摻量下再生瀝青混合料的抗水損害性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗水損害性能試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Results of water stability performance test

從圖4可知:摻加10%的RAP材料后，瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比下降幅度明顯，隨著RAP材料摻量的增加，其殘留強(qiáng)度比逐漸降低，抗水損害性能逐漸變差。按照(JTG F40 — 2004)規(guī)范[12]的要求，凍融劈裂試驗(yàn)的殘留強(qiáng)度比應(yīng)不小于75%。從圖4中可以看出：RAP材料摻量在40%以內(nèi)時(shí)，再生瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比能夠滿足現(xiàn)行的規(guī)范要求。

3.4 抗疲勞性能

研究采用4點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的疲勞性能。疲勞試驗(yàn)采用應(yīng)變控制方式進(jìn)行，試驗(yàn)條件采用400 με控制應(yīng)變，頻率為10 Hz，在15 ℃±1 ℃的溫度下進(jìn)行，以小梁試件勁度模量下降至初始勁度模量的50%為疲勞破壞標(biāo)準(zhǔn)。其作用次數(shù)越大，則疲勞壽命越長(zhǎng)，表明小梁試件抵抗疲勞破壞的能力越強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 疲勞試驗(yàn)結(jié)果Figure 5 Results of fatigue test

由圖5可知，隨著RAP材料摻量的增加，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸減小，抗疲勞性能逐漸降低。當(dāng)RAP材料為0%時(shí)，瀝青混合料的疲勞壽命約為摻加30%時(shí)的2倍。從瀝青混合料的抗疲勞性能角度考慮，RAP材料的摻量越少越好。

4 結(jié)語(yǔ)

再生瀝青結(jié)合料性能對(duì)于再生瀝青混合料性能具有決定性的影響。針對(duì)既有關(guān)于回收瀝青再生混合料性能研究忽視對(duì)再生瀝青性能研究的不足，按照相關(guān)規(guī)范，對(duì)再生瀝青結(jié)合料性能和再生瀝青混合料性能進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究，得出各性能指標(biāo)隨不同RAP料摻量的變化規(guī)律，與前人研究成果基本吻合。但是，通過(guò)研究再生瀝青結(jié)合料性能，使得在確定RAP料最佳摻量時(shí)得到了充分論證。綜合再生瀝青及再生瀝青混合料的性能，建議RAP材料的合理?yè)搅繛?0%左右為宜。若想提高RAP材料的摻量，需要采用一定的改性措施，同時(shí)應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

[1] 時(shí)彪, 季節(jié), 曹東偉. 高摻配率熱再生瀝青混合料性能研究[J]. 公路, 2013, 14(9): 205-208.

[2] 張繼森, 吳超凡, 曾夢(mèng)瀾,等. 再生瀝青混合料 RAP 摻量對(duì)使用性能的影響[J]. 公路工程, 2013, 38(4): 107-110.

[3] 黃曉明, 趙永利, 江臣. 瀝青路面再生利用試驗(yàn)分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2001, 23(4): 468-471.

[4] 楊平, 聶憶華, 查旭東. 舊瀝青路面材料再生利用調(diào)查和評(píng)價(jià)[J]. 中外公路, 2005, 25(1): 98-101.

[5] 汪托，郝培文. 回收瀝青路面再利用節(jié)能減排效益分析[J]. 中外公路，2013，04:325-330.

[6] 美國(guó)瀝青路面再生指南[M]，北京:人民交通出版社，2006.

[7] 喬志勇，莊江濤. 回收瀝青混合料摻量對(duì)再生瀝青混合料性能的影響[J]. 石油瀝青，2013，(03):19-24.

[8] 紀(jì)小平, 侯月琴, 許輝,等. 基于動(dòng)態(tài)老化方程的瀝青抗老化性能對(duì)比研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2013 (2): 365-369.

[9] 祁文洋, 李立寒, 汪于凱. 基于測(cè)力延度試驗(yàn)的 SBS 改性瀝青老化特征評(píng)價(jià)指標(biāo)[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2014, 17(3): 543-547.

[10] Wang H, You Z, Mills-Beale J, et al. Laboratory evaluation on high temperature viscosity and low temperature stiffness of asphalt binder with high percent scrap tire rubber[J]. Construction and building Materials, 2012, 26(1): 583-590.

[11] 交通部公路科學(xué)研究所. JTG E20-2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[J]. 北京：人民交通出版社，2011.

[12] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]

[13] 湯文，盛曉軍，周興林. 回收料摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料性能的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)，2013.

Effects of RAP Content on Performance of Reclaimed Asphalt and Reclaimed Asphalt Mixture

YANG Cheng

(Dali Bai Nationality Autonomous Prefecture Transport Bureau, Dali,Yunnan 671000, China)

In order to explore the effects of RAP content on performance of reclaimed asphalt and reclaimed asphalt mixture, the reclaimed asphalt was added into asphalt 70#at different ratios (0～50%). Then the ductility tests, penetration tests, softening point tests and viscosity tests were conducted on reclaimed asphalt binders, and road performance of reclaimed asphalt were studied. The results show that: the penetration and ductility of the mixed asphalt binders decrease gradually and that of softening point and viscosity increase gradually with the increase of reclaimed asphalt content. When the reclaimed asphalt content is more than 30%, the penetration and ductility values of reclaimed asphalt binders cannot meet the requirements of specification. With the increase of RAP materials content, the anti rutting performance of reclaimed asphalt mixture increased gradually, while the low-temperature performance, water stability performance and anti fatigue performance becomes poor. When the RAP materials content is less than 30%, the low temperature performance of asphalt mixture and residual strength ratio can meet the requirements of specification. Considering the performance of reclaimed asphalt and reclaimed asphalt mixture, we recommend that a reasonable dosage RAP material is about 30%.

RAP; reclaimed asphalt; the optimum mix amount; road performance

2015 — 06 — 11

交通土建工程材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(LHSYS-2012-006)

楊 成(1980 — )，男，云南祥云人，工程師，主要從事工程管理與勘察設(shè)計(jì)工作。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0299 — 04