朱小剛
(江蘇東南工程咨詢有限公司 南京 210018)
瀝青路面再生技術是目前道路施工中最為常用的技術手段之一,隨著科學技術不斷發(fā)展和公眾環(huán)保意識的不斷加強,各種各樣的可再生混合料得到發(fā)展和運用[1-3]。瀝青回收料(RAP)是一種可再生資源,近些年來在路面施工中逐漸推廣使用,王潔等[4]對0~35%RAP摻量下的瀝青混合料性能進行了研究,認為RAP 摻量對體積指標、水敏感性及抗車轍性能具有重要影響。當前,關于再生混合料的研究主要集中于材料的摻配率上,若是采用低摻配回收料進行施工,則經濟效益不顯著,同時關于高RAP摻量的實際運用還比較鮮見。因此,有必要對高摻量RAP下的瀝青混合料路用性能進行分析。
再生瀝青混合料在施工過程中的溫度較常規(guī)混合料高,很容易導致在加熱施工過程中產生大量的“藍煙”,對瀝青回收料造成“二次”老化,因此,既不利于環(huán)保又會對施工人員身體造成損傷[5-6]。溫拌技術既可以有效降低施工溫度,同時也能保證施工質量,是目前再生瀝青路面施工中最為常見的方法之一[7-11]。
本文結合高RAP摻量(65%~85%)混合料和溫拌技術,對再生混合料的路用性能進行對比分析,以期對瀝青混合料再生技術的發(fā)展和推廣起到一定積極作用。
試驗共設計3種高摻量RAP再生瀝青混合料試驗組,路面結構形式采用AC-13型瀝青混合料,公稱最大粒徑值為13.2 mm,目標孔隙率值為4%。通常瀝青回收料(處理工藝:清洗集料表層瀝青并分離→離心沉淀溶液中礦粉→蒸餾三氯乙烯得到純凈瀝青)的級配是不合格的,需用新集料進行級配的修正,由此得到3種摻量下再生瀝青混合料的礦料級配,見表1。在不同試驗組中加入再生劑,觀察各組瀝青的基本性能和流變性能的恢復情況,確定在再生瀝青混合料中加入質量分數(shù)為10%瀝青含量的再生劑時能夠獲得與原樣瀝青基本相似的效果;拌和溫度為175 ℃,擊實溫度為165 ℃。試驗成型過程為:新舊瀝青料拌和均勻(90 s)、將反應完畢的銑刨料加入到拌和設備中,均勻攪拌180 s、往拌合料中摻入礦粉均勻拌和90 s、正反面各擊實次數(shù)為75次、然后對試件進行馬歇爾試驗、高溫車轍試驗、水穩(wěn)定試驗及低溫彎曲小梁試驗。
表1 AC-13再生瀝青混合料礦料級配結果
試驗獲得的不同RAP摻量下的各項路用性能指標見表2。
表2 不同摻量RAP主要路用指標值測定結果
從表2中可以觀察得到:①最佳油石比隨RAP摻量的增加逐漸增大,并且基本呈線性關系,這是因為瀝青回收料摻量越大,再生瀝青混合料中的再生瀝青含量也就越高,造成了再生瀝青最佳油石比與摻量之間呈線性的變化關系;②新瀝青與新集料的質量比值在3%左右,表明新瀝青含量的多少與RAP摻量的變化關系不大,新瀝青主要功能仍是黏結新集料;③最佳油石比始終大于新瀝青與新集料的比值,表明再生瀝青與新瀝青之間能夠進行較好地混溶,新瀝青可以調和再生瀝青的性能,提升混合料整體的抗老化性能;④孔隙率保持在4%左右變化,符合規(guī)范值和目標期望值;⑤動穩(wěn)定度隨RAP摻量的增加呈逐漸減小趨勢,表明RAP的摻入對于瀝青混合料的抗高溫性能產生了不利作用,這主要是因為RAP摻量越高,級配調整越難,且粗集料含量越少,造成混合料模量降低,從而使得抵抗變形的能力減低;⑥殘留穩(wěn)定度的變化與動穩(wěn)定度的變化情況類似,也是逐漸減小,這是因為再生瀝青的黏附性低于新瀝青,因此在水作用下更容易產生脫落現(xiàn)象;⑦75%RAP摻量下的凍融劈裂強度和勁度模量值最大,表明此摻量下抵抗水損害的能力最強,且能承受更大的溫度應力(即低溫抗裂性能越強)。
通過以上分析,可以總結得到:不同高摻量RAP下的各項路用性能均能滿足設計規(guī)范要求,表明了高摻量RAP在瀝青路面再生施工技術中運用的可行性與合理性,總體而言,RAP摻量對混合料的高溫和水穩(wěn)性能產生消極作用,使其抵抗變形的能力降低,但卻能提高在低溫環(huán)境下抵抗變形的能力,同時應力松弛能力也會有所提升。綜合考慮彎拉強度、劈裂強度及變形特性的影響,認為75%RAP摻量下,再生瀝青混合料的孔隙率最小,動穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度適中,凍融劈裂強度比和勁度模量最大,為3種RAP摻量中的最佳摻量。
為避免再生瀝青混合料拌和時產生“藍煙”現(xiàn)象,須采取措施降低拌和及施工溫度,故開展了高RAP摻量(75%)瀝青混合料在溫拌和熱拌工況下的路用性能研究,具體溫度設定見表3。
表3 溫拌和熱拌再生混合料溫度設定情況
動穩(wěn)定度是評價抗高溫車轍能力的重要指標之一,其值越大表示抵抗能力越強,試驗獲得了3種工況下動穩(wěn)定度的對比情況見圖1。從圖中可以看到:3種工況下,摻入Sasobit溫拌劑的抗高溫車轍能力最高,無溫拌劑(熱拌)時其次,摻入Defuron溫拌劑時最小,但與熱拌相比,僅減小4.5%,相差不大,且其值介于65%RAP摻量和85%RAP摻量的動穩(wěn)定度值之間,這表明溫拌再生瀝青混合料能夠滿足高溫規(guī)范要求。
圖1 動穩(wěn)定度值對比
浸水馬歇爾試驗結果見圖2。從圖中可以看到:未浸水和浸水48 h后3種工況的穩(wěn)定度值的大小排序為:摻加Defuron溫拌劑>無溫拌劑(熱拌)>摻加Sasobit溫拌劑,殘留穩(wěn)定度值分別為97.22%、90.18%和87.61%,可見,摻入Defuron溫拌劑后,瀝青混合料的水穩(wěn)定性最佳,可有效預防水毀病害,這是因為Defuron溫拌劑具有改性瀝青抗剝落的成分和特性;雖然摻入Sasobit溫拌劑后再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性較熱拌情況下有所降低,但穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度減小幅度很小,因此也可以認為Sasobit溫拌再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性滿足設計要求。
圖2 浸水馬歇爾試驗結果對比
凍融劈裂強度試驗結果見圖3。
圖3 凍融劈裂試驗結果對比
從圖3中可以觀察到:摻入溫拌劑對于再生瀝青混合料的抗凍融損傷特性具有消極作用,三者的大小排序為:無溫拌劑(熱拌)>摻加Defuron溫拌劑>摻加Sasobit溫拌劑,但凍融劈裂強度比均大于85%,其中,摻加Defuron溫拌劑的凍融劈裂強度比達到了91.35%,基本滿足設計規(guī)范要求。
低溫彎曲小梁試驗結果見圖4。從圖中可以看到:在摻入溫拌劑后,瀝青混合料的低溫勁度模量較熱拌時有所降低,摻加Sasobit溫拌劑較熱拌時降低5.9%,摻加Defuron溫拌劑較熱拌時降低2.7%,由此可見,摻入一定量的溫拌劑,對再生瀝青混合料的低溫變形能力具有一定的消極影響,但影響程度在可接受范圍內。
圖4 低溫彎曲小梁試驗結果對比
1) 高摻量RAP對于瀝青混合料的高溫抵抗變形及水穩(wěn)定性能產生消極作用,但能在一定程度上提升低溫的抗變形能力,綜合考慮強度、變形等各項指標,認為75%RAP為最佳摻量。
2) 在75%RAP摻量下進行了溫拌和熱拌對比試驗,相較于熱拌,瀝青混合料的抗凍融和低溫勁度模量均有所降低,但均在可接受范圍內;加入Sasobit溫拌劑后抗高溫變形性能有所提升,加入Defuron溫拌劑后水穩(wěn)定性能有所提升。
3) 相較于熱拌再生技術,溫拌再生技術可降低25℃的施工溫度,可起到保護環(huán)境和工人身體健康,同時又保證施工質量的目的,值得在工程實踐中推廣。