周巧英， 杜西西， 高 林

(1.河南省交通科學技術研究院有限公司, 河南 鄭州 450006； 2.長沙理工大學 交通運輸工程學院, 湖南 長沙 410004)

溫拌再生瀝青混合料路用性能分析

周巧英1， 杜西西2， 高 林1

(1.河南省交通科學技術研究院有限公司, 河南 鄭州 450006； 2.長沙理工大學 交通運輸工程學院, 湖南 長沙 410004)

為深入研究不同比例舊料摻量對瀝青混合料路用性能的影響，通過對舊料瀝青性能進行分析，確定再生劑最佳摻量，借助車轍試驗、小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗對再生瀝青混合料的路用性能進行系統(tǒng)研究，試驗結果表明，溫拌再生瀝青混合料低溫性能和水穩(wěn)性能高于熱拌再生瀝青混合料；摻加舊料對溫拌瀝青混合料的動穩(wěn)定度在一定程度上有所改善。

瀝青混合料； 溫拌再生; RAP摻配比; 高溫性能; 低溫性能; 水穩(wěn)定性

0 引言

路面再生技術是一項綠色交通技術，能夠循環(huán)再生利用廢舊瀝青路面材料。然而由于再生瀝青的二次老化等因素，對熱拌再生瀝青混合料中舊瀝青混合料的摻配比例有較為嚴格控制。而溫拌瀝青混合料技術由于能在相對較低的溫度下拌和與施工，一般情況下比普通熱拌瀝青混合料可以降低施工溫度20～30 ℃，可使舊料摻配量得到提高，并且使用該技術鋪筑路面的路用性能不亞于熱拌再生瀝青技術鋪筑效果。因此，將溫拌技術與再生技術相結合，一方面能夠使舊瀝青混合料的再利用比例得到大幅提升，另一方面能夠使混合料在較低溫度下拌和與壓實得以實現(xiàn)，從而達到舊瀝青混合料的循環(huán)再生和環(huán)保節(jié)能的目的[1-5]。

1 原材料檢測

舊瀝青性能的評價無論是對舊瀝青混合料摻配比例的確定還是對再生劑的選擇都非常關鍵。試驗所用瀝青面層舊料來源于鄭州西南繞城高速上面層銑刨料，原路面混合料類型為AC — 13，RAP材料經(jīng)過預處理分為0～5 mm、5～10 mm兩檔。采用阿布森法確定經(jīng)過預處理RAP兩檔料中瀝青含量，其中0～5 mm含量較多為4.73%，5～10 mm中舊瀝青含量較小為3.01%。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20 — 2011)及《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTG E42 — 2005)[6]中相應方法對原材料進行檢測?；厥諡r青各項性能指標如表1所示，舊集料粗、細兩檔級配如表2所示。

表1 回收瀝青性能試驗結果類別25℃針入度/(0.1mm)軟化點/℃15℃延度/cm60℃黏度/(Pa·s)回收瀝青43.951.51863570#規(guī)范要求60～8045>100170

由上表可知： 回收瀝青軟化點升高，針入度下降，粘度升高，延度降低，脆點上升。但是針入度檢測結果滿足再生規(guī)范中對再生瀝青最小針入度20 (0.1 mm)的要求，可以進行再生利用。

表2 舊礦料篩分結果孔徑/mm粗檔/%細檔/%孔徑/mm粗檔/%細檔/%161001001.1829.550.013.21001000.624.637.39.599.81000.320.027.34.7579.399.60.1515.019.72.3644.477.10.07511.714.6

新瀝青采用SBS I — D改性瀝青，新集料采用與瀝青的粘附性較好的玄武巖，并嚴格控制含泥量，以免對混合料的力學性能產(chǎn)生不利影響。經(jīng)過試驗檢測，新材料各項技術指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTG F40 — 2004)相關要求。

再生劑采用潤強RA — 102再生劑，由江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供，其顏色為深黃色液體，摻量為舊瀝青的8%。該再生劑具有很強的極性，加入到瀝青后能有效包裹瀝青質并發(fā)生化學反應，產(chǎn)生更多的瀝青極性化合物，從而使瀝青質的凝聚作用減弱。

溫拌劑采用D型溫拌劑，7‰的摻配比。該溫拌劑原材料是造紙副產(chǎn)品，是可再生資源，化學結構上是一種表面活性劑，其使用已得到工程驗證。在溫拌再生瀝青混合料生產(chǎn)時溫拌劑與熱瀝青同時投放，拌合過程中同時完成分散和潤滑結構形成。

2 配合比設計

2.1 集料級配

本研究瀝青混合料集料級配采用AC — 13C型。并通過對舊料級配分析得出不同RAP摻量下各檔新舊料配合比如表3所示，其中30%、40%、50%不同RAP摻量下0～5 mm、5～10 mm所占比例分別為15%、15%；15%、25%；20%、30%。

表3 不同RAP摻量新集料配比集料尺寸/mm不同RAP摻量下新集料配比/%0%30%40%50%10～1527191310 5～1026182019 3～5 116104 0～3 32241415礦粉4332

不同舊料摻量再生瀝青混合料級配圖如圖1所示，由圖可知3種不同舊料摻量下再生瀝青混合料合成級配基本在級配中值附近浮動，并且0.3～1.18未出現(xiàn)“駝峰”現(xiàn)象，合成級配滿足規(guī)范要求。

圖1 不同RAP摻量再生瀝青混合料級配圖

2.2 最佳瀝青用量

試驗確定最佳瀝青用量時采用馬歇爾試驗方法。參照廠拌熱再生瀝青混合料的成型方法，確定同一級配下溫拌再生瀝青混合料的最佳瀝青用量。以5%為中值，按0.5%為間隔，分為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%5個不同等級的油石比，在155 ℃溫度下拌合后，利用標準馬歇爾方法擊實成型，每個油石比做4個馬歇爾試件，試件兩面各擊打75次，對成型以后的馬歇爾試件冷卻脫模后測試其各項物理力學指標。最終確定30%、40%、50%這3種RAP摻量最佳油石比為5.1%、5.2%、5.3%，新瀝青用量分別為3.9%、3.7%、3.4%。

雖然總瀝青用量隨舊料摻量增加而增加，但新瀝青的用量卻逐漸減少，舊料摻量為40%時，總的瀝青用量為5.2%而新瀝青用量為僅為3.7%，在一定程度上實現(xiàn)了路面回收廢料的再利用。不僅節(jié)約了大量的石料，也減少了新瀝青的用量，從而達到節(jié)約養(yǎng)護改造成本的目的。

3 試驗結果與分析

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，即高溫時瀝青路面在荷載作用下抵抗變形的能力，是評價路面使用性能的重要指標之一。瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的好壞首要決定因素是礦料骨架，尤其是粗集料之間的相互嵌擠作用，同時能起到阻礙混合料發(fā)生剪切變形的作用。在通常情況下，礦料級配占抗變形能力的60%，瀝青結合料則供應另外40%的抗變形能力。

本文混合料的高溫穩(wěn)定性試驗采用車轍試驗對舊料摻量分別為0%、30%、40%、50%的溫拌再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度進行了測試，對熱拌瀝青混合料與溫拌瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進行了對比。試驗結果如表4和圖2所示。

由以上圖表可以得出，溫拌瀝青混合料的高溫性能與熱拌瀝青混合料不相上下。溫拌瀝青混合料

表4 車轍試驗結果拌合類型舊料摻量/%DS/(次·mm-1)熱拌0632506859溫拌307258407864508128

圖2 有無摻加舊料時的熱拌與溫拌動穩(wěn)定度

中摻加 RAP有利于提高混合料高溫穩(wěn)定性能，并且高溫性能與 RAP摻量呈正相關關系。

3.2 低溫抗裂性

瀝青路面的抗裂性能很大部分取決于瀝青材料的低溫性質，溫拌再生瀝青混合料的拌和溫度低于熱拌，瀝青的短期老化程度低，從理論上來分析，瀝青混合料的低溫抗裂性能可能有所提高。

采用彎曲試驗對瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率下彎曲破壞的力學性能進行測試，結果如表5所示。

表5 -10℃彎曲試驗結果拌合類型舊料摻量/%最大應變抗彎強度/MPa勁度模量/MPa劈裂應變能/(kJ·m-3)熱拌02231με7.893.548.8002043με8.864.349.05溫拌301982με9.844.969.75401999με10.245.1210.23501654με10.896.589.01

通常采用最大破壞應變及抗彎強度兩個指標進行考量對瀝青混合料的低溫性能進行評價。由表5可知最大應變和抗彎強度隨舊料摻量的增加變化趨勢并不一致，因此，本文引入劈裂應變能對溫拌再生瀝青混合料的低溫性能進行更為合理的評價，無摻加舊料情況下熱拌與溫拌及溫拌狀態(tài)不同舊料摻加比例對應劈裂應變能對比分別如圖3所示。

圖3 有無摻加舊料時的熱拌與溫拌劈裂應變能

由圖可知： 隨舊料摻量的不斷增加，溫拌再生瀝青混合料的最大應變不斷減小、抗彎拉強度不斷增大，說明隨舊料摻量的增加引起混合料低溫抗變形能力下降。當舊料摻量為40%時，溫拌再生瀝青混合料的劈裂應變能最大，滿足規(guī)范對最大應變值的要求。

3.3 水穩(wěn)定性能

瀝青路面的水穩(wěn)定性即路面抵抗降雨或潮濕環(huán)境由于水的侵蝕作用使瀝青與礦料間的粘聚力降低引起的瀝青膜剝落、路面松散等破壞的能力。本文通過凍融劈裂試驗對摻加不同比例RAP的再生瀝青混合料水穩(wěn)定性進行檢測，并與相同條件下熱拌瀝青混合料性能進行對比。試驗結果如表6所示。

表6 凍融劈裂比%拌合類型舊料摻量TSR規(guī)范值熱拌091.8090.4≥80溫拌3087.84085.75081.4

由圖4、表6可以得出： 溫拌再生TSR大于熱拌瀝青混合料，不同舊料摻量的熱再生瀝青混合料與溫拌再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度均超出規(guī)范規(guī)定的上限值。溫拌瀝青混合料加入一定比例舊料后使殘留穩(wěn)定度有了明顯的提升，并且溫拌再生瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著RAP摻量的增加出現(xiàn)先增加后減小現(xiàn)象。主要是因為溫拌劑的添加改變?yōu)r

青中的極性分量和色散分量，增強了集料瀝青的粘附性能。隨RAP摻量的增加，有效瀝青相對減少，造成粘附性能下降、水穩(wěn)定性能降低。

4 結論

1) 溫拌瀝青混合料中摻加 RAP 有利于提高混合料高溫穩(wěn)定性能，并且高溫性能與 RAP 摻量呈正相關關系。

2) 隨著舊料摻量增加，混合料中起作用的瀝青含量在一定程度上有所減少，從而引起瀝青混合

料勁度模量增大，最大應變減小。當舊料摻量為40%時，溫拌再生瀝青混合料的劈裂應變能最大，滿足規(guī)范對最大應變值的要求。

3) 不同舊料摻配率下溫拌再生瀝青混合料的凍融劈裂比均低于熱拌瀝青混合料，但不同舊料摻配率下溫拌混合料的凍融劈裂比均滿足規(guī)范要求，說明添加溫拌劑在滿足水穩(wěn)定性指標的情況下使再生瀝青混合料的拌合和壓實溫度得到降低。

[1] 章繼忠,王召強,蔡偉,等.溫再生瀝青混合料壓實特性試驗研究[J].中外公路,2015(3).

[2] 郭天惠,郭鵬.溫拌再生瀝青混合料壓實溫度的確定[J].中外公路,2012(3).

[3] 耿九光,戴經(jīng)粱.再生瀝青混合料最佳拌合溫度及壓實溫度研究[J].公路,2011(4).

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[6] 楊麗英,譚憶秋,等.溫拌再生瀝青混合料的疲勞性能[J].公路交通科技,2012(10).

[7] 秦永春,黃頌昌,等.廠拌溫再生瀝青混合料中新舊瀝青的融合性研究[J].公路交通科技,2015(12).

2016-07-28

河南交通科技項目( 編號: 2013J46)

周巧英( 1982-) ，女，研究生，工程師，主要從事路面材料及路面檢測。

1008-844X(2017)01-0073-03

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