楊 林 李文博

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

0 引言

為了積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的宗旨，瀝青混合料再生技術(shù)[1-3]已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)的再生技術(shù)主要包括廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠拌冷再生、就地冷再生等。其中，廠拌熱再生技術(shù)以其較好的適應(yīng)性和良好的路用性能成為應(yīng)用最廣泛的再生技術(shù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)廠拌再生混合料路用性能的研究比較充足，研究方向大多集中在物質(zhì)材料方面，如RAP摻配比例[3-6]、溫拌劑改性等。但是，制備工藝[7]對(duì)于再生混合料路用性能影響的研究還不夠深入。因此，本文通過室內(nèi)車轍試驗(yàn)，低溫小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，研究9種不同制備工藝下熱再生瀝青混合料性能指標(biāo)的變化規(guī)律，并據(jù)此分析不同制備工藝對(duì)再生瀝青混合料路用性能的影響，為提高廠拌熱再生混合料的性能提供一定的參考。

1 熱再生混合料配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選用的RAP摻量為30%，再生劑采用70號(hào)(A)道路石油瀝青。室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)級(jí)配采用AC-13中值級(jí)配。試驗(yàn)拌合溫度采用160 ℃，新瀝青加熱溫度采用150 ℃,新集料加熱溫度采用185 ℃。

最佳瀝青用量的確定采用馬歇爾試驗(yàn)方法，預(yù)估最佳油石比為4.9%，根據(jù)JTG F40—2004公路瀝青路面施工規(guī)范要求，按0.5%的間隔變化，取5個(gè)不同油石比，分別成型馬歇爾試件，并對(duì)試件的穩(wěn)定度、流值及密度等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果見表1。

表1 馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)JTG F40—2004公路瀝青路面施工規(guī)范中規(guī)定的最佳瀝青用量計(jì)算方法，得出混合料最佳油石比為4.9%，包括RAP原有瀝青和新瀝青。

2 試驗(yàn)方案與評(píng)價(jià)指標(biāo)

為確定熱再生瀝青混合料制備中各因素的影響性，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案和各因素水平如表2所示。

試驗(yàn)評(píng)價(jià)根據(jù)高溫車轍實(shí)驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)所測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變、凍融劈裂強(qiáng)度比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表2 水平因素表

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)方案得到的27組試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1極差分析與方差分析

極差比可見圖1，正交實(shí)驗(yàn)極差分析結(jié)果及方差分析結(jié)果可分別見表4，表5。

表4 正交實(shí)驗(yàn)極差分析表

性能因素A(RAP溫度)空列B(拌合時(shí)間)C(拌合順序)高溫穩(wěn)定性能K16 540.06 877.96 750.46 741.2K27 309.67 011.07 558.36 070.2K37 059.97 020.66 600.88 098.1極差769.6142.7957.52 027.9低溫抗裂性能K17 544.37 701.37 756.17 792.2K27 759.27 697.47 836.47 371.6K37 750.37 655.27 461.37 890.1極差214.846.1375.2518.5水穩(wěn)定性K1264.4266.1265.6268.3K2267.6265.5267.9261.8K3265.5265.8263.9267.3極差10.645.5

表5 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表

將各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)中RAP的極差值作為單位，其他兩個(gè)因素的極差值分別與其做比，即得到極差比圖。由圖1可知：

1)三條極差比曲線均為上升趨勢(shì)。故可知對(duì)于三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的主要影響因素的順序均為C(拌合順序)>B(拌合時(shí)間)>A(RAP溫度)；

2)相比較混合料的高低溫性能對(duì)應(yīng)的極差比值，拌合時(shí)間與拌合順序在水穩(wěn)定性的影響程度要明顯高于RAP預(yù)熱溫度的影響程度。

通過對(duì)表4,表5的分析可得出基本結(jié)論如下：

1)對(duì)于高溫性能：水平最優(yōu)組合為，A2,B2,C3。

2)對(duì)于低溫性能：水平最優(yōu)組合為，A2,B2,C3。

3)對(duì)于水穩(wěn)定性：水平最優(yōu)組合為，A2,B2,C1。由此可知，A2,B2,C3分別為混合料高溫、低溫性能的最優(yōu)水平，而C1水平的水穩(wěn)定性要好于C3。

4)通過F值的比較可以得到熱再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度影響大小的順序?yàn)椋篊(拌合順序)>B(拌合時(shí)間)>A(RAP溫度)。

3.2.2因素及水平分析

對(duì)于因素A(RAP溫度)。由表4可知，熱再生混合料高溫、低溫、水穩(wěn)定性的K1,K2,K3值，隨著RAP預(yù)熱溫度的提高而呈現(xiàn)出先增后減的規(guī)律，即在RAP預(yù)熱溫度為120 ℃時(shí)取得極大值。這可能的原因是：當(dāng)預(yù)熱溫度過低時(shí)，RAP上附著的瀝青由于老化，老化瀝青薄膜沒有完全融化，導(dǎo)致混合料在拌合過程中，老化瀝青與新瀝青的相溶度不高，RAP的還原程度不足，從而影響混合料的路用性能；當(dāng)預(yù)熱溫度過高時(shí)，RAP中的瀝青容易產(chǎn)生二次老化，二次老化的瀝青會(huì)表現(xiàn)出粘度增加的性狀。故，產(chǎn)生二次老化的RAP在與新集料拌合的過程中會(huì)粘結(jié)細(xì)集料，形成集料團(tuán)，從而造成混合料粗細(xì)集料分布不均勻，使混合料性能下降。

對(duì)于因素B(拌合時(shí)間)。由表4得，隨著拌合時(shí)間的增加，混合料的路用性能逐漸得到提升，即在拌合時(shí)間為150 s時(shí)各性能指標(biāo)均取到最大值。這可能的原因是：隨著拌合時(shí)間增加，混合料的拌合更均勻，骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和老化瀝青還原程度升高，故混合料的各性能得到增強(qiáng)。

對(duì)于因素C(拌合順序)。由表4可得到，綜合看來C3拌合順序較好，即新粗集料、RAP先拌合，然后依次加入瀝青、礦粉、新細(xì)集料進(jìn)行拌合。這種順序較其他兩個(gè)順序路用性能好的原因可能是：RAP先與新粗集料拌合，RAP中的老化瀝青向新粗集料上面轉(zhuǎn)移，這不僅使老化瀝青在集料中分布的更加均勻，同時(shí)也讓RAP上的老化瀝青附著層變薄，從而使得新瀝青與老化瀝青的接觸面積增大，老化的還原程度好，再生混合料的瀝青性能得到提升。加入礦粉拌合后，混合料的膠漿性能增強(qiáng)。最后加入新細(xì)集料，由于膠漿性能在加入礦粉后增加，使得新細(xì)集料的瀝青裹附程度相比于其他兩種拌合次序較少，從而新細(xì)集料相對(duì)移動(dòng)所需要的能量和集料間的內(nèi)摩阻力較大，所以骨架結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。故，在C3的拌合次序下，混合料的性能得到一定提升。

4 結(jié)語

1)通過改變制備工藝，熱再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性能均得到了一定的提升。

2)采用4因素3水平正交設(shè)計(jì)表，通過對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變、凍融劈裂強(qiáng)度比的直觀分析和方差分析得到：因素C(拌合順序)為非常顯著影響，因素B(拌合時(shí)間)和因素A(RAP溫度)均為顯著影響；混合料的最優(yōu)水平組合為，RAP預(yù)熱溫度：120 ℃；拌合時(shí)間：150 s；拌合順序：新粗集料、RAP+瀝青+礦粉+新細(xì)集料。

3)RAP預(yù)熱溫度應(yīng)該控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。預(yù)熱溫度過高，RAP上的瀝青容易產(chǎn)生二次老化，過低則RAP附著的老化瀝青不能充分融化，導(dǎo)致混合料拌合和易性不好，建議RAP預(yù)熱溫度控制在120 ℃左右；再生混合料性能隨著拌合時(shí)間的增加而增強(qiáng)，但拌合時(shí)間過長(zhǎng)也容易使瀝青發(fā)生老化，故建議拌合時(shí)間在150 s左右。