寧 世 凱

(中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司銀吳項(xiàng)目經(jīng)理部,銀川 750101)

寧夏地區(qū)地處中國西北部, 其北部日照充足，紫外線強(qiáng)烈, 晝夜溫差大, 歷史最低溫度-30.6 ℃, 這些特殊的氣候特點(diǎn)及現(xiàn)有汽車數(shù)量的顯著增加,加劇了瀝青路面的破壞。 舊瀝青路面的維修產(chǎn)生了大量的廢舊瀝青混凝土,但在寧夏地區(qū)廢舊瀝青混凝土利用率相對較低。國內(nèi)再生瀝青混合料(RAP)的利用研究：在路面基層方面，薛勇剛等[1]研究了舊瀝青混凝土水泥穩(wěn)定基層的路用性能， 文獻(xiàn)[2-4]研究了摻廢舊瀝青混凝土的水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能及可行性， 王海朋[5]研究了摻細(xì)廢舊料水泥穩(wěn)定碎石抗裂性； 在熱拌瀝青混凝土中， 文獻(xiàn)[6-9]研究了RAP摻量對熱拌瀝青混凝土的利用性能， 文獻(xiàn)[10-13]開展了RAP在溫拌瀝青混凝土中試驗(yàn)， 張勤玲等[14]研究了再生橡膠顆粒瀝青混凝土的抗拉性能。國內(nèi)外對于RAP料摻量低于30%的熱拌再生瀝青混凝土技術(shù)已經(jīng)較為成熟,且研究及應(yīng)用效果表明,其具有不低于新拌瀝青混凝土的性能,甚至在某些方面性能更好。

國內(nèi)對于高比例RAP(摻量超過30%)再生瀝青混凝土試驗(yàn)研究較少,結(jié)合寧夏地區(qū)氣候特點(diǎn)，開展高摻量RAP的再生瀝青混凝土試驗(yàn)研究,以期為寧夏地區(qū)RAP的利用提供依據(jù)和借鑒。

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青技術(shù)要求

試驗(yàn)選用標(biāo)號(hào)為90號(hào)的石油瀝青。依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF 40—2004)要求,對瀝青相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測定,檢測結(jié)果見表1,各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 1 Technical index of esphalt

1.2 礦料級(jí)配

試驗(yàn)采用AC-10級(jí)配礦料,合成級(jí)配的結(jié)果見表2。

表2 AC-10礦料級(jí)配Table 2 Mineral aggregate gradation of AC-10

1.3 廢舊瀝青混凝土技術(shù)指標(biāo)

廢舊瀝青在經(jīng)過老化之后其相關(guān)性能產(chǎn)生變化,在摻入到混合料中時(shí),需要對舊料中的礦料和集料性能進(jìn)行評估,試驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。

表3 廢舊瀝青混凝土中集料性能Table 3 Aggregate performance of waste asphalt concrete

表4 廢舊瀝青混凝土中礦粉性能Table 4 Performance of mineral powder in waste asphalt concrete

2 最佳瀝青用量試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)資料可知，AC-10型瀝青混凝土的最佳瀝青用量在4.8%～7.5%,設(shè)計(jì)了5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%共5種不同瀝青用量的瀝青混凝土試驗(yàn)配比。研究了摻RAP的瀝青混凝土的路用性能。

2.2 確定最佳瀝青用量OAC

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》,試件拌合溫度為163 ℃,擊實(shí)溫度為138 ℃,成型時(shí)雙面各擊實(shí)75次。將成型后的試件靜置24 h后脫模。馬歇爾試驗(yàn)前需對試件進(jìn)行30 min恒溫水浴。采用表干法測定試件的質(zhì)量、表干質(zhì)量和毛體積密度；采用真空法試驗(yàn)檢測瀝青混凝土的最大理論密度,計(jì)算試件的空隙率、礦料骨架間隙率和有效瀝青飽和度指標(biāo)；通過馬歇爾試驗(yàn)測定試件的穩(wěn)定度及流值。試件的體積參數(shù)和力學(xué)指標(biāo)測定結(jié)果見表5。

表5 不同瀝青用量的試件體積參數(shù)和力學(xué)指標(biāo)Table 5 Volume parameters and mechanical indexe of specimens with different asphalt contents

依據(jù)馬歇爾試驗(yàn)測定試件不同瀝青用量的最大穩(wěn)定度和流值可知:當(dāng)瀝青用量在5.00%～6.00%時(shí), 隨著瀝青用量的增加, 瀝青混凝土的穩(wěn)定度由5.05 kN增大到10.45 kN。 當(dāng)瀝青用量由6.00%增長到7.00%時(shí), 其穩(wěn)定度由10.45 kN減小到6.59 kN; 隨著瀝青用量的不斷增大, 瀝青混凝土的流值也不斷增大。 瀝青用量由5.00%增加到7.00%時(shí), 其流值由0.98 mm增大到2.42 mm。 根據(jù)測定結(jié)果繪制瀝青用量與試件各技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系曲線， 如圖1所示。

圖1 瀝青用量與試件各技術(shù)指標(biāo)關(guān)系Fig.1 Relationship between asphalt content and various technical indicators of specimes

空隙率要求范圍的中值a1=5.44%, 密度最大值所對應(yīng)的瀝青用量a2=6.24%, 穩(wěn)定度最大值對應(yīng)的瀝青用量a3=6.14%, 對應(yīng)于瀝青飽和度中值的瀝青用量a4=5.74%, 計(jì)算其算數(shù)平均值得OAC1=5.89%。 確定各項(xiàng)指標(biāo)符合瀝青混凝土的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 計(jì)算得OAC2=6.08%。 當(dāng)瀝青用量為5.89%時(shí), 試件的礦料間隙率為14.54%, 滿足≥13.00%的技術(shù)要求。 考慮到寧夏屬于季凍區(qū), 為最大發(fā)揮瀝青混凝土的路用性能, 綜合確定最佳瀝青用量OAC=6.00%。

3 廢舊瀝青混凝土的最佳摻量試驗(yàn)

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步擬定廢舊瀝青混凝土的RAP摻量范圍在30%～65%,設(shè)計(jì)了8種不同摻量進(jìn)行試驗(yàn),其設(shè)計(jì)配比見表6。

表6 廢舊瀝青混凝土摻量配比設(shè)計(jì)Table 6 Design of mix ratio of waste asphalt concrete wB/%

按照廢舊瀝青混凝土摻量配比設(shè)計(jì)方案進(jìn)行車轍試驗(yàn),測定在不同RAP摻量情況下瀝青混凝土的抗車轍性能,通過計(jì)算確定其動(dòng)穩(wěn)定度,結(jié)果見表7。

表7 不同RAP摻量下的廢舊瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度Table 7 Dynamic stability of waste asphalt concrete in different RAP dosages

車轍試驗(yàn)表明: 隨著RAP摻量的增加, 混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈先增大后減小的趨勢, 當(dāng)摻量為40%時(shí), 其45和60 min時(shí)刻的變形量差值最小, 動(dòng)穩(wěn)定度的值達(dá)到峰值1 984次/mm。 摻量低于40%時(shí), 其動(dòng)穩(wěn)定度隨著摻量增加由994次/mm增長到1 984次/mm, 其增長率為99.6%; 摻量在40%～65%時(shí), 其動(dòng)穩(wěn)定度隨摻量增加由1 984次/mm下降為1 009次/mm, 高溫穩(wěn)定性減弱幅度為49.1%。 通過比較不同摻量情況下高溫抗車轍試驗(yàn)性能, 確定最佳的廢舊瀝青混凝土的摻量約為40%。

4 再生劑的最佳摻量的試驗(yàn)

加入一定量的再生劑恢復(fù)廢舊瀝青混凝土的相關(guān)性能, 研究了1%、 3%、 5%、 7%摻量再生劑對40%RAP廢舊瀝青混凝土的影響規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果見表8和表9。

表8 不同再生劑摻量的廢舊瀝青混凝土最大穩(wěn)定度Table 8 Maximum stability of waste asphalt concrete in different regenerant dosages

表9 不同再生劑摻量下的廢舊瀝青混凝土動(dòng)穩(wěn)定度Table 9 Dynamic stability of waste asphalt concrete in different regenerant dosages

再生劑摻量為1%時(shí)其最大穩(wěn)定度值達(dá)到峰值,為16.71 kN，比未摻再生劑的瀝青混凝土的最大動(dòng)穩(wěn)定度高了35.2%;隨著再生劑摻量增加,其最大穩(wěn)定度逐步減小,混合料穩(wěn)定性顯著下降;對于流值和再生劑摻量的關(guān)系而言,其流值的大小是隨著再生劑摻量的增加而增大。通過車轍試驗(yàn)測定其不同摻量下瀝青混凝土的抵抗車轍能力,試驗(yàn)表明，隨著再生劑摻量逐漸增加,動(dòng)穩(wěn)定度呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢,當(dāng)再生劑摻量為3%時(shí),其動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到峰值2 643次/mm。

5 結(jié) 論

通過試驗(yàn)研究了廢舊瀝青混凝土和再生劑摻量對瀝青混凝土的性能影響,分別摻入不同用量的廢舊瀝青和不同摻量的再生劑改良瀝青混凝土,用馬歇爾試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)測定混合料的最大穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度,研究其不同摻量配比下混合料的性能變化規(guī)律,得出以下結(jié)論:

(1)通過馬歇爾試驗(yàn)測定混合料的穩(wěn)定性,同時(shí)分析毛體積相對密度、瀝青混凝土的最大理論密度、空隙率、礦料骨架間隙率、有效瀝青飽和度指標(biāo)數(shù)據(jù),綜合考慮寧夏地區(qū)道路材料的路用性能,確定最佳的瀝青含量為6.00%。

(2)RAP摻量最佳為40%,其動(dòng)穩(wěn)定度的值達(dá)到峰值1 984次/mm,45和60 min時(shí)刻的變形差量最小。

(3)在最佳RAP摻量確定的基礎(chǔ)上,摻入再生劑恢復(fù)廢舊瀝青的軟化點(diǎn)、延度等相關(guān)路用性能指標(biāo),增強(qiáng)其穩(wěn)定性能和抗車轍能力。試驗(yàn)結(jié)果表明,1%再生劑摻量的瀝青混凝土對混合料的馬歇爾穩(wěn)定度的提升作用最佳,其增長率為35.2%;3%摻量再生劑的混合料的抵抗車轍能力效果最佳,其增幅為33.2%。