馬宗良

(青海省路橋一公司 西寧市 510300)

0 引言

熱拌瀝青混合料(hot-mix asphalt，HMA)施工中，干燥和加熱骨料會(huì)浪費(fèi)大量能源并排放氣體污染物，對(duì)自然環(huán)境造成威脅，如何降低能源消耗和廢氣排放成為道路研究者重點(diǎn)關(guān)注的課題。溫拌瀝青混合料作為一種新技術(shù)，其制備溫度比傳統(tǒng)HMA低10～30℃。降低能耗不僅可以節(jié)約資金，還可以減少瀝青路面施工過(guò)程中排放的煙氣和溫室氣體，更加環(huán)保[1-2]。溫拌瀝青(Warm-mix asphalt，WMA)技術(shù)要求降低瀝青結(jié)合料的粘度，通過(guò)添加有機(jī)或礦物添加劑來(lái)補(bǔ)償溫度降低對(duì)瀝青混合料性能的影響。Sasobit是生產(chǎn)溫拌瀝青的最佳添加劑之一，它不僅降低了瀝青的粘度，而且提高了瀝青的軟化點(diǎn)、復(fù)合模量、抗車(chē)轍因子。

盡管WMA混合料有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于拌和和壓實(shí)溫度的降低，WMA的使用性能受到較大影響。有研究表明：WMA瀝青混凝土的抗車(chē)轍能力不足，李斌[3-4]等人認(rèn)為這主要與在較低拌和和施工溫度下結(jié)合料的氧化硬化不足有關(guān)；此外，加熱可能會(huì)導(dǎo)致RAP顆粒過(guò)度老化，使用溫拌加熱技術(shù)會(huì)緩解這一問(wèn)題。因此，人們對(duì)WMA技術(shù)產(chǎn)生了極大的興趣，吳凡等[5]研究了不同溫拌技術(shù)對(duì)瀝青性能和瀝青混合料壓實(shí)溫度的影響，左鋒等[6-7]研究認(rèn)為添加溫拌劑可提高再生瀝青混合料舊料摻量，建議摻量不超過(guò)50%。然而不同溫拌技術(shù)(比如Sasobit 和Zycotherm)和不同舊料摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料的抗車(chē)轍性能和回彈模量的影響尚不清楚，研究了不同溫拌技術(shù)和不同RAP摻量下WMA混凝土的抗永久變形能力，并與HMA混合料性能進(jìn)行對(duì)比分析。共采用12種瀝青混合料開(kāi)展了室內(nèi)試驗(yàn)研究，混合料類(lèi)型分別是HMA和兩種不同溫拌技術(shù)的WMA混合料，RAP含量分別為總集料質(zhì)量的0%、25%、50%和75%。采用的試驗(yàn)包括：馬歇爾試驗(yàn)、彈性模量試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和漢堡車(chē)轍試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料與級(jí)配

RAP的舊料是從某一級(jí)公路銑刨路面回收得到，舊料先進(jìn)行破碎篩分，舊料級(jí)配見(jiàn)表1所示，對(duì)級(jí)配不良的銑刨料，通過(guò)摻加部分新料以改善其級(jí)配。根據(jù)級(jí)配要求及篩分結(jié)果，需在舊瀝青混合料中加入石屑和碎石，摻入量依據(jù)原路面級(jí)配確定，新集料的各項(xiàng)技術(shù)性質(zhì)必須滿(mǎn)足規(guī)范要求。此外，測(cè)定了RAP的瀝青含量為5.1%。

新瀝青采用SK70瀝青，其基本技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2所示。溫拌劑采用Sasobit和Zycotherm，添加劑量參考已有研究[8-9]，本文確定在120℃的溫度下Sasobit添加3%, Zycotherm 添加0.15%(按瀝青重量的百分比)。

表1 舊料篩分結(jié)果

表2 SK70瀝青技術(shù)指標(biāo)

制作WMA和HMA混合料試件時(shí)，分別將新集料在135℃和170℃下加熱24h、RAP集料在135℃和150℃下加熱2h，且RAP的摻加量分別為0%、25%、50%和75%，按照瀝青混合料的設(shè)計(jì)要求，成型馬歇爾試件。各種混合料級(jí)配的最佳瀝青含量見(jiàn)表3所示，在最佳瀝青含量下進(jìn)行相應(yīng)的基本性能測(cè)試。

表3 不同RAP摻量下的瀝青混合料的最佳瀝青含量

1.2 試驗(yàn)方法

為了更好地評(píng)價(jià)不同摻量RAP溫拌再生瀝青混合料的抗永久變形能力，分別對(duì)HMA和WMA混合料試件進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和漢堡車(chē)轍試驗(yàn)。三類(lèi)試驗(yàn)所采用的試樣空隙率均控制在6%～7%，每個(gè)試驗(yàn)做三個(gè)平行試驗(yàn)，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

(1)回彈模量測(cè)試

瀝青混合料回彈模量測(cè)試采用SANS電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。回彈模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的重要參數(shù)，回彈性模量是在重復(fù)加載卸載作用下，軸向應(yīng)力與可恢復(fù)的軸向應(yīng)變之比，應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)儀器可自動(dòng)讀取記錄。試件尺寸為直徑100mm，高度100mm，以2mm/min的加載速率均勻加載至破壞，記錄試件破壞時(shí)的荷載峰值。最后將埋放有傳感器的試件置于壓頭，分別取0.1P、0.2P、0.3P、0.4P、0.5P、0.6P和0.7P七級(jí)作為試驗(yàn)荷載加載。

(2)動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)

動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)是用來(lái)測(cè)試瀝青混合料在重復(fù)荷載作用下的永久變形，采用通用試驗(yàn)機(jī)(UTM-25)進(jìn)行動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)，來(lái)表征瀝青混合料的抗車(chē)轍損壞能力。測(cè)試試樣在半正弦波進(jìn)行加載，用線性可變差動(dòng)傳感器測(cè)量同一加載方向的變形。試樣尺寸為直徑100mm，高度150mm，首先將每種混合料的三個(gè)試樣置于50℃的環(huán)境箱中保溫5 h，然后施加700 kPa的應(yīng)力作為軸向應(yīng)力，加載周期為加載0.1s、卸載0.9s，進(jìn)行動(dòng)態(tài)重復(fù)加載，并使用線性可變差傳感器(LVDT)測(cè)量軸向變形。選擇流變次數(shù)(定義為試樣中永久應(yīng)變顯著增加的循環(huán)次數(shù))評(píng)價(jià)瀝青混合料抵抗永久變形能力的參數(shù)。

(3)漢堡車(chē)轍試驗(yàn)

漢堡車(chē)轍試驗(yàn)可測(cè)試瀝青混合料的抗車(chē)轍性能和抗剝落性能。主要是評(píng)價(jià)瀝青混合料在周期荷載作用下抵抗永久變形的能力。該試驗(yàn)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型圓柱形試件，然后切割成直徑為150mm、高度60mm的試樣，試驗(yàn)溫度為50℃，進(jìn)行30000次荷載循環(huán)，自動(dòng)連續(xù)測(cè)量輪跡中點(diǎn)處壓入的深度，精度為0.01mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 回彈模量試驗(yàn)結(jié)果分析

回彈模量表征了在垂直荷載作用下，瀝青路面抵抗豎向變形的能力，是瀝青混合料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的力學(xué)參數(shù)。25℃下WMA和HMA瀝青混合料的回彈模量測(cè)試結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，隨著RAP摻量增加瀝青混合料的回彈模量值增加，尤其高摻量RAP下回彈模量增加更顯著，主要原因是老化RAP瀝青混合料勁度的影響。還發(fā)現(xiàn)當(dāng)RAP摻量不超過(guò)50%時(shí)， Sasobit-WMA瀝青混合料的回彈模量高于HMA和Zycotherm-WMA混合料,當(dāng)摻量超過(guò)50%后Zycotherm-WMA的回彈模量最小。

2.2 動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果分析

動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果如圖2所示，由圖2可以看出隨著RAP混合料摻量增大，流變次數(shù)增加，尤其是RAP摻量為75%時(shí)，Sasobit-WMA混合料達(dá)到破壞時(shí)的流變次數(shù)在8000次以上。與新瀝青相比，回收利用的瀝青粘附集料更困難，主要原因是暴露在自然環(huán)境中的路面氧化老化嚴(yán)重。一般而言，降低溫度可減少氧化老化而提高瀝青混合料的抗永久變形能力。然而，Zycotherm-WMA混合料的流變次數(shù)小于添加Sasobit-WMA混合料和HMA混合料，同等條件下Zycotherm 的溫拌瀝青混合料的抵抗永久變形能力最弱，主要原因是Sasobit改性的瀝青結(jié)合料具有較高的勁度，使得相應(yīng)混合料具有顯著的抗永久變性能力；不同摻量的HMA混合料試驗(yàn)結(jié)果還表明：采用RAP取代新集料可以顯著提升混合料的抗永久變形能力。

2.3 漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果分析

漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果與動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果一致，隨著RAP摻量增加，車(chē)轍深度減小，且同一摻量下的溫拌瀝青混合料的車(chē)轍深度小于HMA的。

3 結(jié)論

(1)同等摻量RAP的Sasobit-WMA比HMA和Zycotherm-WMA瀝青混合料的回彈模量大，且隨著RAP摻量增加回彈模量增幅更大。

(2)由回彈模量試驗(yàn)結(jié)果可推斷，在Sasobit-WMA混合料中加入RAP材料可以提升混合料的勁度，Zycotherm-WMA混合料中RAP會(huì)降低其勁度，Zycotherm-WMA混合料的回彈模量與HMA混合料的幾乎相同；另外，由動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)可推斷，不是所有的溫拌劑都能提高再生瀝青混合料舊料摻量。

(3)與Zycotherm-WMA和HMA混合料相比，Sasobit-WMA混合料具有顯著的抗永久變形能力，主要原因是Sasobit改性瀝青結(jié)合料勁度大，Zycotherm-WMA混合料流變次數(shù)最小。隨著RAP摻量增加，WMA和HMA混合料的抗車(chē)轍性能增強(qiáng)且與溫拌技術(shù)無(wú)關(guān)。