高舉

(湖南建工交通建設有限公司，湖南 長沙 410005)

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護和有效利用資源的重視，建筑廢物回收利用成為重點關(guān)注對象。張童童等分析了溫拌再生瀝青材料的使用壽命，同時評價了能耗和碳排放指標，表明使用溫拌再生瀝青能節(jié)能11.1%、碳排放率降低10.5%，溫拌瀝青材料的使用壽命優(yōu)于熱拌瀝青材料。蔣定良等通過多種添加劑聯(lián)合作用對瀝青砼進行改性，結(jié)果表明采用適量的海泡石纖維或化工鐵粉可提高材料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性，且可減少對瀝青的使用。徐偉等針對高溫環(huán)境下瀝青砼最佳拌和時間進行試驗分析，對比不同拌和溫度、拌和時間下的馬歇爾性能、穩(wěn)定性及空隙率，發(fā)現(xiàn)拌和溫度為175～185 ℃、放置時間控制在2 h時，瀝青混合料各項指標達到最優(yōu)。張新會利用不同工藝的瀝青混合料進行性能測試，認為熱拌瀝青混合料性能最穩(wěn)定，但對能耗要求較高。對再生砼骨料進行回收利用，不僅可解決城市建筑廢料堆積問題，還可減少對天然骨料的消耗。而目前道路鋪設和維護對天然骨料消耗過多，不符合可持續(xù)發(fā)展宗旨，現(xiàn)有研究對含再生骨料熱拌瀝青混合料也鮮有涉及。為此，該文采用天然骨料和再生骨料分別配置4種混合料研究其基本性能，為再生砼骨料的合理利用提供科學依據(jù)。

1 混合料材料與樣品制作

為評估骨料尺寸對熱拌瀝青混合料(HMA)基本性能的影響，將天然碎骨料和粗骨料混合制作4種混合料，其中：混合料1中僅使用天然骨料，混合料2中分別使用天然骨料和再生骨料作為粗骨料、細骨料，混合料3中分別使用再生骨料和天然骨料作為粗骨料、細骨料，混合料4僅使用再生骨料(見表1)。所有混合料都添加相同劑量的黏合劑，最佳黏合劑含量按照Superpave混合料設計方法確定。根據(jù)試驗測定，天然骨料(混合料1)和再生粗骨料(混合料4)中扁長顆粒含量分別為19.91%、16.78%。2種骨料的吸水率、密度根據(jù)GB/T 25177—2010確定(見表2)。骨料的混合級配見圖1。

圖1 混合料級配

表1 天然-再生骨料混合物成分

表2 天然骨料和再生骨料的基本特性

圖2為5%目標空隙率下4種混合料的測量空隙率分布。在試件放置4 h后，通過回轉(zhuǎn)壓實機將所有混合料試件壓實至直徑150 mm、高度170 mm。為獲取空隙分布均勻的樣品，對直徑100 mm的樣品進行取芯，切割高度一定。根據(jù)空隙含量，空隙率為7.5%的壓實圓柱形混合料芯樣產(chǎn)生的空隙為(5.0±0.5)%，該試件瀝青混合料符合GB/T 25177—2010的要求。

圖2 混合物芯樣空隙分布

2 4種混合料性能分析

對比分析4種混合料的吸水率，并通過馬歇爾試驗和間接抗拉強度試驗評價含再生砼骨料(RCA)瀝青混合料的抗裂性，以Kim試驗與車輪跟蹤試驗分析混合料的抗車轍性能。

2.1 吸水率測試

4種混合料吸水率測試結(jié)果見表3。規(guī)范要求中國一級公路表面層最大吸水率為2%。由表3可知：除混合料4外，其他3種混合料都滿足該要求。

表3 混合骨料的吸水率

2.2 馬歇爾試驗結(jié)果與分析

采用馬歇爾混合料設計方法進行樣品制作，溫度為25 ℃，樣品高度為65 mm。為對比分析馬歇爾混合料設計方法和Superpave混合料設計方法之間的相關(guān)性，按照Superpave混合料設計方法確定4種混合料的最佳黏合劑含量。

在馬歇爾混合料設計方法中，常以混合料空隙率VTM、礦料間隙率VMA、瀝青填充飽和度VFA和穩(wěn)定性對瀝青混合料性能進行評估。圖3為馬歇爾試驗下混合料的性能。

由圖3可知：混合料1和混合料2的VTM、VMA、VFA和穩(wěn)定性檢測值在規(guī)范要求的上下限內(nèi)，而混合料 4的性能檢測值在上下限外?；旌狭?的VMA值和穩(wěn)定性均滿足要求，但VTM和VFA值不滿足要求。在馬歇爾試驗壓實過程中，動荷載作用下的粗骨料強度具有重要作用。對比混合料3和混合料4、混合料1和混合料2，粗RCA對應的VTM值較低，而在旋轉(zhuǎn)壓實機壓實的樣品中未觀察到這種趨勢。

圖3 馬歇爾試驗下混合物性能檢測值

根據(jù)以上試驗結(jié)果，采用Superpave設計方法確定的天然粗骨料混合料的最佳黏結(jié)劑含量與馬歇爾配合比設計法確定的最佳黏結(jié)劑含量無顯著差異。由于馬歇爾試驗壓實過程中動荷載可能導致粗RCA破裂，馬歇爾混合料設計法不適合模擬含再生砼骨料瀝青混合料的設計。

2.3 間接抗拉強度試驗結(jié)果與分析

根據(jù)材料試驗標準進行間接抗拉強度測試，評估混合料的抗裂性能。試驗溫度為25 ℃，加載速率為50 mm/min。4種混合料的間接抗拉強度測試結(jié)果見圖4。

圖4 混合料間接抗拉強度測試結(jié)果

從圖4可以看出：間接抗拉強度試驗的等級與圖3(d)中的穩(wěn)定性不匹配，且空隙含量函數(shù)的趨勢不顯著。表明瀝青黏結(jié)劑的黏結(jié)強度(即黏結(jié)劑類型)對瀝青混合料抗拉強度的影響更大，而與骨料類型無關(guān)。

2.4 Kim試驗結(jié)果與分析

通過Kim試驗評估瀝青混合料的抗車轍能力。如圖5所示，將圓形尖端的桿與高度為63 mm、直徑為100 mm的樣品接觸，并以30 mm/min的速度向下移動，測定形變強度、位移和失效時最大力之間的關(guān)系。試驗溫度為(60±4)℃。形變強度SD按式(1)計算。不同混合料的形變強度見圖6。

圖5 Kim試驗

圖6 Kim試驗結(jié)果

(1)

式中：P為最大負載；y為變形量。

與間接抗拉強度試驗不同，多數(shù)混合料的形變強度和空隙率之間存在遞減關(guān)系，但混合料 3的形變強度與空隙率沒有呈現(xiàn)這種關(guān)系。以RCA作為混合料3和混合料4中的粗骨料會引起骨料之間摩擦，導致這2種混合料的形變強度較低。此外，混合料1和混合料2對應的線性方程斜率更大，這是由于骨料摩擦影響了瀝青混合料的形變強度。

由圖6可知：在骨料摩擦和吸水率的綜合作用下，混合料2的變形強度較高，同時會使天然粗骨料強度增加。在任意程度吸水率下，混合料4的整體空隙率與形變強度的相關(guān)性均低于其他3種混合料，其原因為再生粗骨料和細骨料的強度較低。

2.5 車輪跟蹤試驗結(jié)果與分析

相較其他方法，車輪跟蹤試驗更能真實地模擬現(xiàn)場條件。采用車輪跟蹤試驗檢測瀝青混合料的抗車轍能力，試驗溫度為(60±0.5)℃，試驗過程中車輪的接觸壓力為(628±15)kPa。模具尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，放置在模具中的瀝青混合料用壓路機和捏合壓實機壓實，最大壓實力為8 820 N(見圖7)。以42 次/min的重復率對瀝青混合料進行碾壓測試，每隔15 min(0、15、30、45、60 min)記錄瀝青樣品中心的車轍深度。由于車輪跟蹤測試結(jié)果受瀝青混合料組成及初始空隙率、試驗溫度和加載方式的影響，在不改變測試溫度和壓實次數(shù)的情況下，將初步測試樣品切割成9個矩形片，并測量樣品中心的空隙含量。以混合料1為例，混合物空隙含量的變化見圖8。圖9為4種混合料車輪跟蹤測試結(jié)果。

圖7 車輪跟蹤測試設備

圖8 混合料1的質(zhì)量測定

圖9 車輪跟蹤測試結(jié)果

從圖9可以看出：在相同試驗條件下，4種混合料按抗車轍性能優(yōu)劣排序為混合料2>混合料3>混合料1>混合料4，與kim測試結(jié)果一致。隨著試驗次數(shù)的增加，混合料2的形變量變化較小，混合料2具有較好的抗車轍能力。對比Kim試驗結(jié)果，混合料2的形變量與空隙含量無關(guān)。在加載循環(huán)次數(shù)逐漸增多的條件下，混合料3的形變量增長速度逐漸放緩，與Kim測試結(jié)果一致。雖然混合料1前期形變速率較快，但在循環(huán)次數(shù)達到2 500次時，混合料1對應的形變量與混合料3最終產(chǎn)生的形變量大致相同。

2.6 間接拉伸強度比試驗結(jié)果與分析

通過間接抗拉強度比試驗預測瀝青混合料對潮濕損害的敏感性，加載速率和測試溫度分別為50 mm/min、25 ℃。混合料的間接抗拉強度比為原始樣品的間接抗拉強度比除以調(diào)節(jié)后樣品的間接抗拉強度比，所有混合料的最小允許抗拉強度比均為0.7。圖10為4種混合料調(diào)節(jié)前后的間接抗拉強度比。

圖10 混合料間接抗拉強度比測試結(jié)果

由圖10可知：調(diào)節(jié)后4種混合料的抗拉強度比均小于調(diào)節(jié)前的抗拉強度比。

3 結(jié)論

采用馬歇爾試驗、間接抗拉強度試驗、Kim試驗、車轍試驗和間接抗拉強度比試驗對含再生砼骨料瀝青混合料的性能進行評價，結(jié)論如下：

(1)根據(jù)混合料間接抗拉強度比、形變強度、車轍深度和間接抗拉強度比，混合料2和混合料3在不同測試下均顯示出較好的性能，可用作基層骨料；而由再生粗骨料和再生細骨料組成的混合料4表現(xiàn)出低抗拉性和低抗剪強度，不適合作為基層骨料。

(2)馬歇爾試驗壓實法中的動荷載會使瀝青混合料碾壓砼產(chǎn)生摩擦，導致碾壓砼性能較低。