胡 建 明

(武義縣公路管理段,浙江 金華 321200)

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RAP摻量對(duì)泡沫溫拌瀝青混合料路用性能影響研究

胡 建 明

(武義縣公路管理段,浙江 金華 321200)

在系統(tǒng)分析RAP舊料的基礎(chǔ)上，對(duì)不同RAP摻量的混合料進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證了體積參數(shù)，通過試驗(yàn)，研究了不同RAP摻量的泡沫溫拌瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)性能及疲勞性能，結(jié)果表明，RAP材料的加入提高了混合料的高溫性能，增大了孔隙率并降低了低溫性能、水穩(wěn)性能以及疲勞性能。

瀝青混合料，RAP摻量，路用性能，配合比

0 引言

瀝青路面已經(jīng)成為我國路面的主要形式，在自然條件和交通荷載作用下，瀝青路面會(huì)出現(xiàn)各種不同病害[1]。為了恢復(fù)路面路用性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)道路的可持續(xù)發(fā)展，瀝青路面再生技術(shù)得到越來越多的重視。

瀝青路面的再生技術(shù)是將舊瀝青路面材料處理后，與再生劑、新瀝青等重新拌和成瀝青混合料，能滿足路用性能并重新鋪筑于路面的一整套工藝[2，3]。然而，傳統(tǒng)熱再生存在舊料摻配比例低、混合料二次老化等缺陷[4]。溫拌瀝青路面技術(shù)可以使混合料拌和溫度低于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料，而性能卻能達(dá)到熱拌瀝青混合料的水準(zhǔn)[5，6]。將泡沫溫拌技術(shù)與熱廠拌再生技術(shù)有機(jī)結(jié)合，不僅解決了RAP材料利用率低的現(xiàn)狀，而且降低了瀝青混合料在生產(chǎn)、施工環(huán)節(jié)的老化，延長了路面壽命。

然而，當(dāng)下對(duì)泡沫溫拌技術(shù)能夠增加多少最大RAP摻量以及RAP料摻量對(duì)泡沫溫拌再生混合料的性能影響尚沒有系統(tǒng)研究。本文首先對(duì)不同RAP摻量的混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，在馬歇爾體積參數(shù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究RAP摻量對(duì)泡沫溫拌瀝青混合料路用性能的影響，從而為泡沫溫拌瀝青混合料的最佳RAP摻量選擇提供依據(jù)和參考。

1 材料

本次試驗(yàn)采用的RAP料取自浙江金華公路工程中，抽提法測定RAP料的油石比、礦料級(jí)配及舊瀝青性能指標(biāo)。將回收舊料按是否通過9.5 mm篩分為RAP粗和RAP細(xì)兩檔，舊料的抽提結(jié)果及篩分結(jié)果分別見表1和表2，舊瀝青性能指標(biāo)見表3。

表1 抽提實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 RAP材料集料篩分結(jié)果

表3 回收瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

從舊瀝青性能來看，該瀝青的軟化點(diǎn)較高而針入度較低，說明該瀝青的老化程度較大，但仍滿足熱再生條件，可以進(jìn)行再生利用。

除了RAP料中的集料及舊瀝青外，本文實(shí)驗(yàn)材料還有石灰?guī)r集料、安徽產(chǎn)70號(hào)基質(zhì)瀝青、礦粉。

2 瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

2.1 混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)

本研究中RAP料摻量分別為瀝青混合料的20%，30%，40%，50%，60%及80%。以AC-20級(jí)配中值為目標(biāo)級(jí)配。為比較RAP摻量對(duì)混合料路用性能影響，設(shè)置各RAP摻量下混合料級(jí)配基本相同。各RAP摻量礦料組成見表4。

表4 不同RAP摻量礦料組成 %

2.2 混合料新添膠結(jié)料量的確定

根據(jù)以往AC-20型混合料設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，混合料的設(shè)計(jì)油石比為4.5%。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性，在計(jì)算出原RAP料的當(dāng)量油石比的基礎(chǔ)上，結(jié)合RAP料的摻量，用設(shè)計(jì)油石比扣除舊瀝青含量所帶來的油石比，即為泡沫瀝青油石比。不同RAP摻量下泡沫瀝青油石比的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 不同RAP摻量下泡沫瀝青油石比 %

2.3 馬歇爾擊實(shí)驗(yàn)證

在確定不同RAP摻量下泡沫溫拌瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配的配合比及油石比的基礎(chǔ)上，采用馬歇爾擊實(shí)法對(duì)不同RAP摻量混合料進(jìn)行體積參數(shù)驗(yàn)證，從體積參數(shù)的角度討論RAP料的最佳摻量。拌合溫度140 ℃，成型溫度130 ℃，測定并繪制試件毛體積密度等各體積指標(biāo)的關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)圖1可知：RAP料摻量增加，瀝青混合料試件毛體積密度減小、孔隙率增大、瀝青飽和度降低、礦料間隙率增加。分析認(rèn)為RAP料中已老化瀝青因粘度增大，造成泡沫溫拌瀝青混合料和易性變差；瀝青混合料的和易性隨著RAP料摻量的增加而變差，導(dǎo)致瀝青混合料試件不易擊實(shí)，從而增大孔隙率。此外，RAP料摻量超過60%時(shí)，泡沫溫拌瀝青混合料的各項(xiàng)體積指標(biāo)已達(dá)不到規(guī)范要求，僅考慮混合料的體積參數(shù)時(shí)，建議回收的RAP材料摻量為40%左右。

3 瀝青混合料的路用性能對(duì)比

3.1 高溫性能

瀝青路面高溫穩(wěn)定性是指瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力[7]。車轍試驗(yàn)可用于評(píng)價(jià)瀝青混合料抵抗塑性流動(dòng)變形的能力，用動(dòng)穩(wěn)定度或車轍深度來表征試驗(yàn)結(jié)果。動(dòng)穩(wěn)定度計(jì)算式如下：

其中，C1為輪轍試驗(yàn)機(jī)類型系數(shù)；C2為試件系數(shù)；D45，D60分別為45min和60min時(shí)的輪轍變形量，mm。

不同RAP摻量泡沫溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，摻加不同比例的再生瀝青混合料的抗車轍性能均能達(dá)到JTGF40—2004公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中指標(biāo)的要求，車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度與RAP材料的摻量具有較好的相關(guān)性，且RAP材料摻量增加，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大。不同RAP材料摻量的泡沫溫拌再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均能滿足規(guī)范要求。

3.2 低溫性能

混合料低溫性能是混合料抵抗開裂破壞的能力，可利用低溫小梁試驗(yàn)破壞應(yīng)變作為評(píng)價(jià)混合料低溫性能的指標(biāo)[8]。

采用-10 ℃小梁低溫彎曲試驗(yàn)測定瀝青混合料在某一特定溫度和加載速率下的性能，研究混合料抵抗低溫開裂的能力[9]。試驗(yàn)采用溫度為(-10±0.5)℃，加載速率采用1mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明泡沫溫拌再生瀝青混合料低溫性能與RAP材料的摻量存在較好的相關(guān)性，瀝青混合料的破壞應(yīng)變值隨RAP料摻量的增大而呈現(xiàn)減小的趨勢，RAP料摻量超過50%，破壞應(yīng)變值已無法滿足規(guī)范要求。

3.3 水穩(wěn)性能

瀝青路面水損害是水分進(jìn)入瀝青與集料的界面影響瀝青與集料的粘附性而引起的，瀝青混合料的老化會(huì)使抗水損害性能有所降低[9]。采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)研究摻加不同比例RAP料的再生瀝青混合料抗水損害性能，具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖4，圖5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明RAP料摻量超過50%時(shí)，泡沫再生瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比達(dá)不到規(guī)范要求；無論是浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度，還是凍融劈裂強(qiáng)度比，都隨著RAP料摻量增加而逐漸減小，表明RAP料的加入降低了泡沫溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.4 疲勞性能

瀝青混合料在車輛荷載反復(fù)作用下，其材料性能呈現(xiàn)逐漸衰減直到破壞疲勞特性[10]。由于舊料抗疲勞性能較差，對(duì)泡沫溫拌再生瀝青混合料的疲勞性能驗(yàn)證非常重要。

本文采用四點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料疲勞性能，分別對(duì)RAP材料摻量在20%，30%，50%，60%和80%情況下的再生瀝青混合料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，疲勞試驗(yàn)條件為：采用應(yīng)變控制方式，控制應(yīng)變?yōu)?00με，頻率為10Hz，試驗(yàn)溫度為15 ℃±1 ℃，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)。疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由疲勞試驗(yàn)結(jié)果可見，再生混合料中RAP料摻量增加，泡沫溫拌再生瀝青混合料疲勞壽命逐漸減小。RAP摻量為40%時(shí)的疲勞壽命約為摻加80%時(shí)的3倍。從混合料的疲勞壽命角度考慮，RAP材料的摻量不宜過大。

4 結(jié)語

1)就混合料體積指標(biāo)而言，當(dāng)RAP材料摻量超過60%時(shí)，試件的體積指標(biāo)已達(dá)不到規(guī)范要求。RAP材料的摻入增加了孔隙率和礦料間隙率，并使瀝青飽和度逐漸減小。

2)就路用性能而言，RAP料的加入提高了泡沫溫拌再生瀝青混合料的高溫性能，且均滿足規(guī)范要求；但混合料的低溫性能、水穩(wěn)性能、疲勞性能均隨RAP料摻量的增加而減小，RAP料摻量超過50%，泡沫再生瀝青混合料的低溫破壞應(yīng)變、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度均不能滿足規(guī)范要求，而RAP摻量為40%時(shí)的疲勞壽命約為摻加80%時(shí)的3倍。

3)綜合考慮混合料的路用性能和RAP材料的利用率，建議RAP材料的最佳摻量為40%。

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Study on the impact of RAP mixing amount upon pavement performance of foamed warm-asphalt-mixing mixture

Hu Jianming

(WuyiHighwayAdministrationSection,Jinhua321200,China)

Based on systematically analyzing old RAP materials, the paper carries out mixing proportion design of mixture with different RAP mixing amount, and testifies its volume parameters. According to the testing results, it studies high temperature performance, low temperature performance, water stability performance and fatigue performance of foamed warm-asphalt-mixing mixture with different RAP mixing amount. Results show that: through adding RAP material, it improves the high temperature performance of the mixture, increases porosity, and reduces low temperature performance, water stability performance and fatigue performance as well.

asphalt mixture, RAP mixing amount, pavement performance, mixing proportion

1009-6825(2017)06-0131-03

2016-12-17

胡建明(1970- )，男，高級(jí)工程師

U214.75

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