馬蓮霞

（新疆交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

隨著“一帶一路”核心區(qū)建設(shè)的不斷推進(jìn)，新疆地區(qū)道路交通量越來越大，重載交通占比也逐年提升。新疆地域廣袤，區(qū)內(nèi)路線較長(zhǎng)，特殊的地理位置、相對(duì)匱乏的石料資源以及日益緊缺的石油資源造成瀝青原材料供給困難，給區(qū)內(nèi)公路建設(shè)及改擴(kuò)建工程帶來一定困難[1，2]。

瀝青路面再生技術(shù)可以有效利用廢棄瀝青混合料進(jìn)行路面鋪筑，廢舊瀝青混合料的研究在西方國家的起步較早。近年來，國內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)再生技術(shù)開展了大量試驗(yàn)研究。一般來說，廠拌熱再生RAP 摻量應(yīng)低于30%，針對(duì)高等級(jí)路面，RAP 比例宜控制在20%左右[3，4]。李利利等[5]通過對(duì)不同RAP 摻量的再生瀝青混合料性能試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，RAP 摻量對(duì)于冷拌再生瀝青混合料抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的影響顯著，最佳摻量為40%。翁士曉等[4]對(duì)高摻量RAP 廠拌熱再生瀝青混合料進(jìn)行路用性能研究，認(rèn)為冬嚴(yán)寒區(qū)RAP 的摻量不宜超過40%，冬溫區(qū)不宜超過60%。江鋒[6]對(duì)60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料性能研究，結(jié)果表明60%RAP摻量廠拌熱再生瀝青混合料各項(xiàng)性能滿足瀝青路面下面層使用要求。

上述研究結(jié)果表明，高摻量瀝青回收料再生技術(shù)具有可行性。但是，目前新疆地區(qū)再生舊料并沒有在實(shí)際工程中得到大量應(yīng)用，廢舊料摻配比例達(dá)到30%～45%的技術(shù)研究還未見有報(bào)道，如何提高RAP的利用率有待進(jìn)一步研究。針對(duì)新疆大溫差地區(qū)交通量大、重載交通占比多等道路交通特征及氣候干旱、溫差大等地理氣候特征[7]，本文通過摻加聚酯纖維來改善大比例RAP摻量瀝青混合料的路用性能，為大比例RAP 摻量瀝青混合料在新疆地區(qū)的推廣應(yīng)用提供參考。

2 原材料及試驗(yàn)方案

2.1 原材料

2.1.1 瀝青

新瀝青為克煉90#A 級(jí)道路石油瀝青，舊瀝青由廢舊瀝青混合料通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器回收獲得，新舊瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

從表1 可知，瀝青老化后針入度、延度降低，軟化點(diǎn)、動(dòng)力黏度升高，老化前后的技術(shù)指標(biāo)數(shù)值相差較大，說明瀝青老化較為嚴(yán)重；從瀝青組分的角度分析，瀝青老化后，飽和分、芳香分輕質(zhì)組分減少，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)組分增加，說明隨著瀝青的老化，瀝青的黏度增大。老化瀝青的針入度、延度均已無法滿足規(guī)范要求。

2.1.2 集料

新集料采用安山巖，廢舊瀝青混合料為路面銑刨回收獲得，采用離心分離法對(duì)回收廢舊瀝青混合料進(jìn)行抽提試驗(yàn)，將瀝青結(jié)合料與礦質(zhì)集料分離得到回收集料。對(duì)抽提后的礦料進(jìn)行篩分試驗(yàn)即可獲得RAP中礦料的級(jí)配，集料技術(shù)性能指標(biāo)滿足《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）要求，新舊集料主要技術(shù)指標(biāo)見表2，回收集料級(jí)配組成如圖1所示。

表2 新舊集料主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 回收集料級(jí)配組成

2.1.3 再生劑

再生劑為江蘇某新材料公司提供的RA-101型，其性能指標(biāo)見表3。

表3 再生劑性能指標(biāo)

2.1.4 聚酯纖維

聚酯纖維技術(shù)性能見表4。

表4 聚酯纖維技術(shù)性能

2.2 試驗(yàn)方案

新疆地區(qū)地處大陸腹地、年均溫差大，極端氣溫最高47.8℃，最低-41.5℃。針對(duì)新疆地區(qū)特殊的地理位置和氣候環(huán)境[7，8]，本研究首先對(duì)摻加總質(zhì)量30%、35%、40%比例RAP的瀝青混合料進(jìn)行只添加再生劑RA-101的AC-25C 型再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能驗(yàn)證。然后，在45%RAP 和50%RAP 大比例條件下按0.2%、0.3%、0.4%、0.5%摻加聚酯纖維，通過車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)高RAP摻量纖維再生瀝青混合料路用性能進(jìn)行研究。礦料合成級(jí)配見表5。

表5 礦料合成級(jí)配

3 結(jié)果與分析

3.1 普通再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

3.1.1 配合比設(shè)計(jì)

再生劑摻量在9.5%～11.5%范圍內(nèi)時(shí)，再生瀝青各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，本文摻量選擇為廢舊瀝青混合料中舊瀝青質(zhì)量的10%，其中最佳油石比不包括再生劑的質(zhì)量，選擇占集料總質(zhì)量30%、35%、40%的廢舊瀝青混合料（RAP）的摻配比例按再生瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法[9]分別進(jìn)行AC-25C 型的配合比設(shè)計(jì)，合成級(jí)配見表6。

表6 再生瀝青混合料合成級(jí)配

3.1.2 設(shè)計(jì)結(jié)果

再生混合料馬歇爾體積參數(shù)見表7。

表7 再生混合料體積參數(shù)

3.1.3 再生瀝青混合料性能試驗(yàn)

為研究再生瀝青混合料性能，再生劑用量為廢舊瀝青混合料中瀝青質(zhì)量的10%，本研究以動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)表示再生瀝青混合料的高溫性能，凍融劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)來表示再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，所得結(jié)果見表8。

表8 性能試驗(yàn)結(jié)果

從表8可知，使用再生劑后，在30%、35%的廢舊混合料摻量條件下，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都在2000 次/mm 左右，能夠滿足規(guī)范對(duì)夏炎熱區(qū)普通瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度不小于1000 次/mm 的要求。同時(shí)，凍融劈裂強(qiáng)度比也滿足規(guī)范對(duì)半干區(qū)普通瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比不小于70%的技術(shù)要求。

當(dāng)廢舊混合料摻量達(dá)到40%以后，在凍融劈裂試驗(yàn)中，凍融循環(huán)試件在浸水后散掉，混合料水穩(wěn)定性顯然已不符合使用要求。分析其原因是由于隨著廢舊瀝青混合料摻量增加，老化瀝青量增加，受廢舊瀝青混合料中的膠漿對(duì)老化瀝青的包裹影響，再生劑只能對(duì)淺層的老化瀝青發(fā)揮恢復(fù)作用，使得恢復(fù)后的膠結(jié)料黏結(jié)能力較弱，降低了整個(gè)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

3.2 纖維瀝青混合料結(jié)果與分析

添加再生劑可適當(dāng)提高再生瀝青混合料中的廢舊瀝青混合料的摻量，由于條件限制，再生劑恢復(fù)老化瀝青性能的能力不能無限提高，對(duì)廢舊瀝青混合料的摻量的提高作用有限[10]。因此，本文試圖通過添加一定比例聚酯纖維來改善再生瀝青混合料性能。

3.2.1 配合比設(shè)計(jì)

為了研究聚酯纖維對(duì)大比例RAP再生瀝青混合料性能的影響，本文選擇45%和50%兩種大比例RAP 摻量，將45%RAP 和50%RAP 合成級(jí)配設(shè)計(jì)得較為接近，目的在于比較纖維種類和長(zhǎng)度對(duì)RAP再生瀝青混合料路用性能的時(shí)候盡量排除級(jí)配因素的影響。

表9 纖維再生混合料合成級(jí)配

3.2.2 最佳油石比確定

按確定合成級(jí)配，分別預(yù)估纖維在不同摻量下再生瀝青混合料的最佳油石比，按0.5%的間隔進(jìn)行5 個(gè)油石比的馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法最終確定再生瀝青混合料的最佳油石比。45%、50%RAP 摻量不同長(zhǎng)度聚酯纖維再生瀝青混合料最佳油石比如圖2所示。

圖2 纖維再生混合料最佳油石比

由圖2 可知，隨著纖維摻量的增加，最佳油石比也逐漸增大，體現(xiàn)了纖維的吸油能力；最佳油石比隨著纖維長(zhǎng)度的增大而減小，說明纖維越短，分散越均勻，吸油能力越強(qiáng)；同時(shí)，兩種RAP摻量下，同種纖維摻量下最佳油石比相差很小，表明兩種級(jí)配非常接近。

3.2.3 纖維再生混合料的體積性指標(biāo)

按照設(shè)計(jì)級(jí)配，在最佳油石比條件下纖維再生瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)見表10。

表10 纖維再生瀝青混合料體積指標(biāo)

由表10 可知，在最佳油石比條件下，4 種類型的纖維再生瀝青混合料滿足空隙率和礦料間隙率技術(shù)要求。隨著纖維摻量的增加，纖維再生瀝青混合料飽和度也呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)；在相同RAP 摻量和纖維摻量條件下，纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，飽和度指標(biāo)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，在50%RAP 摻量下表現(xiàn)較為顯著。因此，隨著RAP 摻量的增大，應(yīng)合理控制纖維長(zhǎng)度及摻量比例。

3.2.4 高溫性能

通過車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)對(duì)纖維再生瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行研究，并與相同RAP 摻量下普通熱拌瀝青混合料和再生劑混合料進(jìn)行對(duì)比研究，RB-1 為45%RAP 熱拌瀝青混合料、ZS-1 為45%RAP 再生劑瀝青混合料、RB-2 為50%RAP 熱拌瀝青混合料、ZS-2 為50%RAP再生劑瀝青混合料，試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）成型車轍板，在60℃條件下保溫6h進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 高溫性能指標(biāo)

從表11 可知，摻纖維的再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度普遍高于普通瀝青混合料，聚酯纖維摻量在0.2%時(shí)對(duì)各類型混合料高溫性能提升最大?？傮w來看，50%RAP 的再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度普遍高于45%RAP的再生瀝青混合料，結(jié)果表明，隨著廢舊瀝青混合料摻量的增加，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度有增大的趨勢(shì)。對(duì)于45%RAP 的纖維再生瀝青混合料，隨著聚酯纖維摻量增加，油石比增大，其動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低；同種摻量下，纖維越長(zhǎng)，最佳油石比越小，動(dòng)穩(wěn)定度越小，分析其原因是纖維越長(zhǎng)，越難在瀝青混合料拌合過程中分散均勻，導(dǎo)致大量纖維與新瀝青接觸結(jié)團(tuán)，纖維不能夠促進(jìn)新瀝青與老化瀝青有效接觸融合。

3.2.5 低溫性能

通過低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性能，按試驗(yàn)規(guī)程成型小梁進(jìn)行加載試驗(yàn)，結(jié)果見表12。

表12 瀝青混合料低溫性能指標(biāo)

由表12可知，直接摻加RAP的熱拌瀝青混合料與摻纖維的再生瀝青混合料的低溫抗裂性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于再生瀝青混合料。45%RAP再生瀝青混合料的低溫抗裂性能稍高于50%RAP的再生瀝青混合料。對(duì)于45%RAP的纖維再生瀝青混合料，纖維摻量越大，最佳油石比越大，混合料低溫抗裂性能越好，這主要是由于纖維摻量越高，瀝青用量越多的原因造成；纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，最佳油石比越小，混合料低溫抗裂性能越差，這是由于纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越不易均勻分散于瀝青混合料中，使纖維無法很好地發(fā)揮加筋增韌的作用。50%RAP的纖維再生瀝青混合料也有與45%RAP的纖維再生瀝青混合料相似的規(guī)律。

3.2.6 水穩(wěn)定性能

本文采用凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，結(jié)果見表13。

表13 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由表13 可知，45%RAP 的瀝青混合料的水穩(wěn)定性普遍優(yōu)于50%RAP的瀝青混合料，摻纖維的再生瀝青混合料和普通熱拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性優(yōu)于摻RA-101再生劑的瀝青混合料。對(duì)于45%RAP的不同摻量的聚酯纖維再生瀝青混合料，其凍融劈裂強(qiáng)度比呈現(xiàn)出“兩頭小，中間大”的規(guī)律，即存在一個(gè)最佳摻量，最佳摻量為0.3%；同種摻量，不同長(zhǎng)度，纖維再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比是不同的，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，最佳油石比越小，其凍融劈裂強(qiáng)度比越小，50%RAP 的再生瀝青混合料與45%RAP的再生瀝青混合料有著相似的規(guī)律。

4 結(jié)語

①在30%、35%的廢舊混合料摻量下，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度及水穩(wěn)定性能夠滿足規(guī)范要求，當(dāng)廢舊混合料摻量達(dá)到40%以后，混合料水穩(wěn)定性能不符合使用要求。

②摻加聚酯纖維后，RAP45%、RAP50%纖維再生混合料高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性能有大幅度提升，纖維摻量在0.3%時(shí)，綜合性能表現(xiàn)最好。

③纖維再生瀝青混合料高溫性能均表現(xiàn)為隨纖維摻量增加而降低，低溫性能隨摻量增加而提高，水穩(wěn)性能在聚酯纖維摻量為0.3%時(shí)強(qiáng)度最高。