(湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015)

0 引言

溫拌再生瀝青路面的各項路用性能受各材料構(gòu)成、配比設(shè)計及生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)影響，在實施過程中尤其要控制瀝青混合料在拌合、運輸、攤鋪和碾壓過程中的溫度。當(dāng)施工溫度太低時，混合料的和易性變差，提高了混合料拌合和壓實的難度；當(dāng)施工溫度太高時，又會引起瀝青老化，導(dǎo)致混合料粗、細(xì)集料的性質(zhì)發(fā)生改變。溫拌再生瀝青混合料的技術(shù)優(yōu)勢主要是環(huán)保和低能耗[1-2]，相比于普通熱拌瀝青混合料，溫拌再生瀝青混合料對溫度的要求更加嚴(yán)格，如果施工時溫度控制不當(dāng)，溫拌技術(shù)便不能充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，甚至?xí)鹳Y源浪費，且影響到混合料的拌合、壓實等施工工作。因此，溫拌再生瀝青混合料的施工溫度確定是混合料設(shè)計中非常關(guān)鍵的部分。

常采用粘溫曲線方法確定溫拌再生瀝青混合料的施工溫度。郭天惠等[3]研究了溫拌再生瀝青混合料在加入Evotherm溫拌劑及40%摻量的舊瀝青混合料時不同壓實溫度下的性能變化，研究結(jié)果表明：當(dāng)舊瀝青摻量為40%時，壓實溫度應(yīng)大于110 ℃，壓實溫度變化主要影響了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。盡管國內(nèi)研究者在改性瀝青施工溫度控制方面取得了一定的研究成果，但對溫拌再生瀝青混合料施工溫度控制的研究不是很成熟，施工溫度控制技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用仍需要進(jìn)一步深入研究[3-4]。本文進(jìn)行溫拌再生瀝青混合料AC-16配比設(shè)計，確定最佳瀝青含量、再生劑摻量、溫拌劑摻量，然后基于此設(shè)計配比進(jìn)行溫拌再生混凝土的壓實溫度試驗，以確定最佳壓實溫度，同時對RAP摻量進(jìn)行評價。

1 原材料

1.1 RAP的選擇

以AC — 16作為目標(biāo)設(shè)計級配，試驗所需的廢舊材料(RAP)采用某大修路面的AC — 16瀝青混合料。部分瀝青試驗指標(biāo)試驗結(jié)果見表1。

表1 RAP中瀝青指標(biāo)試驗結(jié)果瀝青類型設(shè)計針入度/(0.1 mm)針入度/(0.1 mm)殘留針入度/%SBS I-C60～802434.2

1.2 新瀝青

采用SBS改性瀝青，其主要性能要求如表2所示。試驗測試各項指標(biāo)均滿足規(guī)定要求。

1.3 新集料

采用碎石作為新的粗骨料，其主要性能符合現(xiàn)行規(guī)范《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。經(jīng)過篩分試驗，得到新集料的篩分試驗數(shù)據(jù)見表3。

表2 瀝青各項性能指標(biāo)表瀝青標(biāo)號135 ℃粘度/(Pa·s)延度/cm軟化點/℃針入度/(0.1 mm)SBS I-C2.4647.268.376(≤3.0)(≥35)(≥55)(60～80) 注: 括號內(nèi)為要求值。

1.4 外加劑

溫拌劑采用型號為LQ-1106。LQ-1106有機(jī)降粘型溫拌劑由上海諾貝爾有限公司生產(chǎn)，主要用于提高熱拌和溫拌瀝青的壓實效率，能夠降低瀝青攤鋪工藝的拌合及攤鋪操作溫度，同時具有抗剝落效果。溫拌劑的各項物理指標(biāo)如表4所示。所選擇的溫拌劑滿足各項物理指標(biāo)要求。

表3 新集料篩分試驗數(shù)據(jù)集料類型通過下列篩孔(mm)的質(zhì)量百分率/%191613.29.54.752.361.180.60.30.150.07516～19 mm100.019.51.10.111～16 mm100.080.623.60.13～6 mm100.096.83.30.60.1石屑100.092.267.747.727.517.99.5礦粉100.096.885.6

表4 溫拌再生瀝青混合料中溫拌劑各項物理指標(biāo)溫度/℃密度/(g·cm-3)黏度/(mPa·s)溫度/℃密度/(g·cm-3)黏度/(mPa·s)101.001 845300.97585200.981 295400.97225

2 溫拌再生瀝青混合料的配合比設(shè)計

2.1 瀝青混合料級配設(shè)計

以目標(biāo)設(shè)計級配AC — 16為目標(biāo)，設(shè)置0、30%、40%、50%、 60%RAP摻量。對集料級配進(jìn)行調(diào)整，得到具體的級配曲線如圖1所示。

圖1 不同RAP摻量的級配曲線圖

從圖1可知，當(dāng)混合料的集料相同時，廢舊瀝青RAP加入量越大，所獲得的混合料級配曲線與規(guī)定級配范圍內(nèi)的中值曲線的異性越大。主要原因是當(dāng)加入RAP量太多時，會影響整個合成集料的級配，從而導(dǎo)致合成級配偏離中值曲線。綜合考慮RAP摻量對混合料性能影響，本文RAP摻量采用30%～40%。

2.2 瀝青混合料最佳瀝青含量確定

在RAP摻量確定的條件下，通過5組不同新瀝青用量的馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量?？紤]到廢舊瀝青RAP中已經(jīng)老化的瀝青在加熱條件下又會進(jìn)行深度的老化，所以混合料在加熱過程中要將舊瀝青和新瀝青區(qū)分開來加熱，同時要保證其加熱時間≤2 h、加熱溫度≤110 ℃。最后通過對比馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)試件各項性能指標(biāo)的試驗數(shù)據(jù)，得到再生瀝青混合料的最佳瀝青用量。

本文擬定再生瀝青混合料中廢舊瀝青RAP的摻入量為30%，以5個不同新瀝青用量的混合料進(jìn)行馬歇爾試驗，得到該混合料各技術(shù)指標(biāo)的結(jié)果，如表5所示。

表5 不同新瀝青摻入量的馬歇爾試驗結(jié)果瀝青用量%飽和度/%間隙率/%空隙率/%密度/(g·cm-3)流值/(0.1 mm)穩(wěn)定度/kN2.555.8614.056.282.57228.98.533.065.5913.934.882.58830.38.893.574.7013.963.632.60028.29.384.082.1614.232.642.60530.09.224.588.6314.611.772.60729.98.42

根據(jù)試驗規(guī)程中瀝青混合料最佳瀝青用量的計算方法[1,3]，確定該試驗AC-16溫拌再生瀝青混合料的最佳油石比為3.7%，且在該瀝青用量的條件下，混合料各項物理力學(xué)試驗值均滿足規(guī)范要求。

當(dāng)溫拌再生瀝青混合料中廢舊瀝青RAP摻入量不確定時，用同樣的方法確定不同RAP的摻入量所對應(yīng)的新瀝青最佳用量，試驗結(jié)果見表6。

表6 不同RAP摻入量對應(yīng)的最佳新瀝青用量%RAP摻入量最佳新瀝青用量總瀝青用量RAP摻入量最佳新瀝青用量總瀝青用量04.74.7403.14.8154.24.8502.84.9303.54.8602.55.0

由表6可知，增加瀝青混合料中廢舊瀝青RAP的摻入量，能夠降低新瀝青的用量，還能在一定程度上增加總瀝青的用量。廢舊瀝青RAP中存在大量老化的瀝青，這些老化瀝青還具有新瀝青的一些特性，再加上再生劑的作用，使已經(jīng)老化的瀝青恢復(fù)某些性能，使其具有一定的粘結(jié)能力，能夠取代一部分新瀝青膠結(jié)混合料中的粗、細(xì)骨料，提高總瀝青的用量。

2.3 瀝青混合料再生劑摻量確定

再生劑可以改善RAP中老化瀝青的作用，但不同RAP摻量下的再生劑摻量不同。為此，設(shè)置了6種不同再生劑摻量，即0、2%、4%、6%、8%、10%，對不同再生劑摻量條件下的老化瀝青的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行試驗，得到各指標(biāo)的試驗結(jié)果，如圖2所示。

圖2 不同再生劑摻量對老化瀝青各性能指標(biāo)的影響圖

由圖2可知，再生劑的摻量與老化瀝青的軟化點和針入度的變化之間存在線性關(guān)系。隨著再生劑摻量的增加，老化瀝青的針入度將逐步增大，老化瀝青的軟化點將逐步減小。為滿足相關(guān)規(guī)定的要求，軟化點≥50 ℃時，再生劑摻入量≤8.0%；針入度≥65(0.1 mm)時，再生劑摻入量≥6.80%。根據(jù)圖2指標(biāo)試驗結(jié)果，結(jié)合指標(biāo)規(guī)定要求范圍，可得到再生劑的最合適摻入量為老化瀝青的7%。

2.4 溫拌劑摻量的確定

不同的瀝青溫拌劑摻入量在不同的溫度條件下會直接影響馬歇爾試件的成型，為了準(zhǔn)確獲得溫拌劑最合適的添加量，可以通過對比不同溫拌劑摻加量以及在不同溫度下馬歇爾試件的各項性能指標(biāo)試驗來確定，其試驗數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 不同溫拌劑摻量和溫度下試件的各項性能變化圖

由圖3可知，不同溫拌劑摻量的混合料在同一溫度條件下成型后，變化趨勢線為波形線，當(dāng)溫拌劑取值為0.6%時，各項性能指標(biāo)均處于極值。在溫拌劑摻量<0.6%時，試件的間隙率和空隙率的變化趨勢是單調(diào)遞減的，說明在溫拌劑摻量比較少時，混合料的工作性不好，壓實比較困難；在溫拌劑摻量>0.6%時，其變化趨勢是單調(diào)遞增的，說明在溫拌劑摻量較多時，混合料的粘度明顯降低，導(dǎo)致其工作性變差，同樣壓實比較困難。在溫拌劑摻量等于0.6%時，試件的各項性能指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)定的要求。從而可知：在溫拌再生瀝青混合料組成設(shè)計中溫拌劑的最合適摻量為瀝青的0.6%。

3 溫拌再生混合料壓實溫度試驗

3.1 不同壓實溫度試驗

試驗試件各組成材料中，再生劑的摻量是老化瀝青的7%、溫拌劑的摻加量是0.6%、廢舊瀝青RAP的摻加量是30%，共分為6組試件進(jìn)行試驗，每組試件之間的試驗溫度差值為10 ℃。試驗過程中對6組試件的溫度控制如表7所示。

表7 6組試件的溫度控制表試件編號壓實溫度/℃試件編號壓實溫度/℃116541352155512531456115

嚴(yán)格依據(jù)表7中6組試件的溫度控制來制作試驗試件，通過對各試驗試件物理體積指標(biāo)的測定，得到不同成型溫度下各試件物理體積指標(biāo)隨溫度變化的趨勢圖,如圖4所示。

圖4 各試件物理體積指標(biāo)隨溫度變化的趨勢圖

由圖4可知，各個試件的物理體積指標(biāo)隨壓實溫度的變化呈現(xiàn)出了規(guī)律性變化，即當(dāng)壓實溫度較低時，隨著壓實溫度的增大，各項指標(biāo)逐漸增大或者降低，控制溫度處在115～135 ℃時，試件的空隙率和密度都出現(xiàn)了較大的變化；控制溫度處在135～145 ℃時，試件的空隙率和密度的變化趨勢并不明顯，說明空隙率和密度的取值已經(jīng)將要達(dá)到極限值。在溫度超過125 ℃后，隨著溫度的升高，飽和度增加趨勢變緩，間隙率減小的趨勢也變緩。

參照相關(guān)規(guī)范要求，溫拌再生混合料空隙率的最佳取值是4.0%，混合料的壓實溫度取值為125 ℃，同時，通過試驗得到溫拌再生瀝青混合料壓實溫度取值為125 ℃條件下的各技術(shù)指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)定的要求。

3.2 RAP摻量對溫拌再生混合料壓實溫度的影響程度試驗

不同廢舊瀝青RAP摻量的溫拌瀝青混合料對拌合壓實溫度的要求也不同，為了確定不同RAP摻量的瀝青混合料所對應(yīng)的最合適拌合、壓實溫度，參照上述方法，通過驗證其各項性能指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定要求，得到試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同RAP摻量所對應(yīng)的混合料施工溫度

由圖5可知，不同RAP摻量下的混合料施工溫度存在較大的差異性，表現(xiàn)為RAP摻量越大，其拌合溫度及壓實溫度也越大。顯然拌合溫度及壓實溫度太高在實際施工中是很難實現(xiàn)的，這就需要對RAP摻量進(jìn)行控制，當(dāng)RAP摻量在40%以下時，對應(yīng)的壓實溫度在施工中是比較合適的。再者，一旦拌合溫度過高，即使加入溫拌劑也難以達(dá)到降溫效果，因此施工中應(yīng)控制RAP的摻量。

4 結(jié)語

本文得到的主要結(jié)論如下：

1) 廢舊瀝青RAP加入量越大，所獲得的混合料級配曲線與規(guī)定級配范圍內(nèi)的中值曲線的異性越大。本文試驗確定的RAP摻量百分比為30%～40%。

2) AC — 16溫拌再生瀝青混合料的最佳油石比為3.7%，再生劑的最合適摻量為老化瀝青的7%。在溫拌再生瀝青混合料組成設(shè)計中溫拌劑的最合適摻量為瀝青的0.6%。

3) 溫拌再生瀝青混合料壓實溫度取值為125 ℃條件下的各技術(shù)指標(biāo)都符合相關(guān)規(guī)定的要求。RAP摻量不宜太大，控制在40%以下更有利施工中控制混合料質(zhì)量。