鄭康瑜

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 引言

當(dāng)前國內(nèi)建筑與交通行業(yè)發(fā)展迅速，原有水泥混凝土結(jié)構(gòu)的大修、改建產(chǎn)生大量廢棄混凝土，不但浪費(fèi)了大量資源，而且對環(huán)境造成了巨大壓力[1]。在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的今天，關(guān)于再生混凝土骨料應(yīng)用于瀝青路面的研究具有較高的工程價值和環(huán)保意義[2]。國外對再生混凝土集料（Recycled Concrete Aggregate，RCA）的研究積累了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[3]。我國在建筑廢棄物再生方面的研究和探索相對于發(fā)達(dá)國家要滯后一些，對RCA的研究工作起步較晚。最初通過引進(jìn)國外的生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡單的改進(jìn)，目前取得的部分成果主要集中在水泥混凝土領(lǐng)域，對于RCA 應(yīng)用于瀝青混凝土路面的研究較少[4]。

研究發(fā)現(xiàn)，附著在RCA 表面的水泥砂漿使得RCA的密度降低，吸水率提高。在這種情況下，使用RCA制備的混合料與使用天然集料制備的混合料相比，表現(xiàn)出性能不足的缺點(diǎn)[4，5]。因此，國內(nèi)外學(xué)者采用不同的處理方法來提高RCA 瀝青混合料的性能。劉軍等[6]采用無機(jī)預(yù)處理法處理村鎮(zhèn)建筑垃圾，處理后的再生粗骨料吸水率和壓碎值都比未處理的小。羅素蓉等[7]采用預(yù)濕法、凈漿裹石法和摻硅灰凈漿裹石法對再生粗骨料進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的再生混凝土的徐變顯著降低。Eisa[8]將瀝青乳液涂覆在RCA 上以提高RCA 瀝青混合料的抗剝落性能，混合料的抗剝落性能得到了顯著增強(qiáng)。王知樂等[9]利用發(fā)泡瀝青溫拌技術(shù)將回收的廢棄水泥混凝土集料配制成溫拌瀝青混合料，研究了再生混凝土集料溫拌瀝青混合料的路用性能。余海玲等[10]采用氫氧化鈣溶液對再生粗骨料進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后的再生粗骨料吸水率和壓碎值分別降低12.7%、15.9%。

為了提高RCA 在溫拌瀝青混凝土中的利用率，改善RCA 溫拌瀝青混合料的性能，采用國外新研發(fā)的雙涂層處理技術(shù)（Double Coating Treatment，DCT），并對RCA處理得到DCRCA，對不同摻量（集料的20%、40%、60%）的DCRCA的溫拌瀝青混合料進(jìn)行了馬歇爾試驗(yàn)、間接拉伸強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度比和間接抗拉勁度模量試驗(yàn)，比較了不同DCRCA 材料摻量下的溫拌再生混合料的性能。DCT技術(shù)可以使RCA溫拌瀝青混合料達(dá)到更好的性能。

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

2.1.1 天然集料和再生集料

天然集料選用花崗巖；RCA 選自某公路銑刨下來的水泥混凝土集料。天然集料基本性質(zhì)見表1，再生混凝土集料基本性質(zhì)見表2。

表1 天然集料基本性質(zhì)

表2 再生混凝土集料基本性質(zhì)

由表1、表2 可知，與天然集料相比，再生粗集料密度較低，吸水率高，并且再生粗集料的洛杉磯磨耗值和吸水率不符合規(guī)范要求。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是由于RCA集料表面粘附了大量的水泥砂漿，導(dǎo)致再生粗集料密度降低，且廢棄混凝土在機(jī)械破碎過程中因碰撞產(chǎn)生了大量微裂縫，再生混凝土集料吸水率提高[11，12]。若將RCA 細(xì)集料用于溫拌瀝青混合料制備，會增大混合料中瀝青含量，因此僅使用RCA 粗集料（＞4.75mm）取代部分花崗巖集料。

2.1.2 西卡瀝青乳液（Sika Tite-BE）

DCT 中采用Sika Tite-BE 添加劑，是雙涂層和加熱兩種處理技術(shù)的結(jié)合。Sika Tite-BE是由西卡澳大利亞公司提供的一種由丙烯酸乳膠聚合物改性過的水基瀝青乳液，可作防水膜、密封劑、防護(hù)涂層或粘結(jié)劑等用途[13]。當(dāng)溫度高于100℃，涂覆料中的水分會快速揮發(fā)，因此對瀝青混合料水穩(wěn)性能不會造成影響。Sika Tite-BE在使用中應(yīng)至少涂覆兩層，Sika Tite-BE 與水的比例為2：1。第一層采用RCA 質(zhì)量為5%的涂覆料，將涂覆料和RCA拌和約2min形成底涂層；第二層采用RCA質(zhì)量為3.5%涂覆料。第一層完成后約3h～4h 后開始第二次涂覆。為促進(jìn)水分蒸發(fā)，雙涂層完成后，將涂覆有Sika Tite-BE的RCA放在通風(fēng)良好的地方。涂料Sika Tite-BE的物理和化學(xué)性質(zhì)見表3。在此過程中，涂覆料發(fā)生了破乳作用，其閃點(diǎn)和沸點(diǎn)升高，后續(xù)混合料拌和過程中不會發(fā)生危險。

表3 Sika Tite-BE的理化性質(zhì)

為了評估涂層的質(zhì)量，用顯微鏡觀察涂層骨料。從圖1 可以看出，雖然涂層覆蓋率很高，但仍然出現(xiàn)了一些沒有涂層的區(qū)域，且涂層厚度是不均勻的。在未涂層的區(qū)域，水會在骨料和結(jié)合料之間自由流動，從而影響瀝青混合料的耐久性。為了消除這一弊端，研究人員將涂覆有Sika Tite-BE的RCA混合料放在155℃烘箱中加熱1.5h。加熱期間，瀝青的粘稠度較低，可以流過RCA表面未被涂覆的區(qū)域，有助于增強(qiáng)DCRCA和瀝青之間的親和力。

圖1 涂覆Sika Tite-BE的RCA

2.1.3 配合比設(shè)計

本次級配設(shè)計過程中，根據(jù)天然集料和不同DCRCA摻量下集料的篩分結(jié)果確定了不同類型混合料的合成級配，如圖2所示。

圖2 不同DCRCA摻量下瀝青混合料的合成級配

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 溫拌瀝青混合料配合比設(shè)計

試驗(yàn)采用AC-13制備溫拌瀝青混合料。其中RCA摻量選擇40%；DCRCA 摻量選擇20%、40%和60%；100%天然集料溫拌瀝青混合料作為對照組。

2.2.2 間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)

RCA摻量選擇40%；DCRCA摻量選擇20%、40%和60%；100%天然集料溫拌瀝青混合料作為對照組，制備五種不同集料類型的瀝青混合料。相同集料類型的瀝青混合料制備兩種不同空隙率和一種不同溫度共三種瀝青混合料。前兩種混合料分別采用5%±0.5%和8%±0.5%的空隙率，試驗(yàn)溫度25℃，測試空隙率對溫拌瀝青混合料間接拉伸強(qiáng)度的影響。最后一種混合料采用5%±0.5%的空隙率，試驗(yàn)溫度40℃，測試溫度對混合料間接拉伸強(qiáng)度的影響。間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)按照ASTM D6931（ASTM 2017）試驗(yàn)方法進(jìn)行，以50mm/min的速率加載，采用公式（1）計算。

式中，TS為拉伸強(qiáng)度，kPa；P為試驗(yàn)荷載的最大值，kN；H為試件高度，mm；D為試件直徑，mm。

2.2.3 凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比試驗(yàn)

采用T 0729-2000 對溫拌瀝青混合料的抗水損害能力進(jìn)行了評價。RCA 摻量選擇40%；DCRCA 摻量選擇20%、40%和60%；100%天然集料溫拌瀝青混合料作為對照組。每種試樣各制備6個平行試件。

2.2.4 間接抗拉勁度模量試驗(yàn)

按照澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2891.13.1 對混合料試件進(jìn)行間接抗拉勁度模量試驗(yàn)。RCA 摻量選擇40%；DCRCA摻量選擇20%、40%和60%；100%天然集料溫拌瀝青混合料作為對照組。溫拌瀝青混合料試件的空隙率為5%±0.5%，所有試樣用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的方法成型。極限勁度模量采用公式（3）計算。

式中，E 為極限勁度模量，MPa；P 為試驗(yàn)荷載的最大值，N；μ 為泊松比；h 為試件高度，mm；X 為最大破壞荷載時水平方向的總變形，mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 涂覆Sika Tite-BE的RCA性質(zhì)

涂覆Sika Tite-BE的RCA物理性質(zhì)見表4。

表4 涂覆Sika Tite-BE的RCA物理性質(zhì)

由表4 可知，經(jīng)Sika Tite-BE 處理的RCA 的壓碎值和吸水率分別降低了10.2%和23.2%。這是由于涂覆在RCA 表面的Sika Tite-BE 封閉RCA 表面的大部分孔隙和裂縫，從而增強(qiáng)了RCA的強(qiáng)度，提高了其耐久性。經(jīng)過處理的RCA 壓碎值和吸水率滿足需求，可以用作再生粗集料加入到瀝青混合料中。

3.2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

通過馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)成型試件，測得成型后試件的穩(wěn)定度、流值、毛體積密度、礦料間隙率、瀝青飽和度和最佳瀝青含量，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫拌瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)

由圖3 可知，DCRCA 溫拌瀝青混合料同對照組和RCA溫拌瀝青混合料相比，馬歇爾穩(wěn)定度更大，這是由于DCRCA 與瀝青粘附性更大。同對照組相比，40%和60%DCRCA 混合料毛體積密度較低，這是由于DCRCA的密度較低。流值隨著DCRCA 在混合料中摻量的增加而增加，這是由于隨著再生集料摻量的增加，混合料中瀝青含量也增加。

3.3 間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

混合料的間接拉伸強(qiáng)度（ITS）試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 ITS試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，混合料的間接抗拉強(qiáng)度對空隙率和試驗(yàn)溫度的變化具有較高的敏感性?？障堵驶驕囟鹊脑黾佣紩档虳CRCA 溫拌瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度。這是因?yàn)闇囟容^高，瀝青的粘度降低，從而導(dǎo)致瀝青與集料之間的粘附性較低。此外，較大的空隙率會增大集料顆粒之間的間隙，減小了混合料結(jié)構(gòu)的內(nèi)摩擦力。針對不同的DCRCA，可以得到在DCRCA摻量為40%時ITS 最大，超過這一摻量之后，DCRCA 溫拌瀝青混合料的ITS 值呈下降趨勢。此外，在不同溫度或空隙率條件下，40%DCRCA混合料的ITS值均高于100%天然集料和40%RCA混合料。試驗(yàn)結(jié)果表明，再生混凝土集料與瀝青之間的粘附性經(jīng)過涂層和加熱處理后得到改善。

3.4 TSR試驗(yàn)結(jié)果

溫拌瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比（TSR）試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 TSR試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，與對照組相比，RCA和DCRCA溫拌瀝青混合料凍融循環(huán)前的強(qiáng)度（TSD）都有所增加，但是TSR 顯著降低，表明無論摻加是否處理過的再生骨料，瀝青混合料的水穩(wěn)定性都有所降低。40%DCRCA溫拌瀝青混合料比40%RCA溫拌瀝青混合料在凍融循環(huán)前后都具有更好的間接拉伸強(qiáng)度，雙涂層處理技術(shù)可以顯著增加再生骨料瀝青混合料的水穩(wěn)定性。DCRCA摻量為40%時，DCRCA混合料的TSD、TSW和TSR都達(dá)到峰值，此后，不論DCRCA 摻量的增加還是減少，TSD、TSW和TSR都會降低。

3.5 間接抗拉勁度模量試驗(yàn)結(jié)果

測試了25℃和40℃下溫拌瀝青混合料的勁度模量，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 溫拌瀝青混合料的勁度模量

在兩種溫度下，RCA 混合料的勁度模量與對照組相比大致相同，表明RCA 摻量為40%時，對勁度模量影響較小。當(dāng)DCRCA 摻量為20%和40%，與對照組相比，混合料的勁度模量增加5%和9%，且在摻量為40%時勁度模量達(dá)到最大值。這是由于Sika Tite-BE 涂層提高了RCA 的耐久性和強(qiáng)度。當(dāng)DCRCA 摻量為60%時，混合料的勁度模量呈下降趨勢，表明隨著混合料中再生集料摻量增大，Sika Tite-BE 并不能改善摻入再生骨料而導(dǎo)致混合料勁度模量降低的現(xiàn)狀。此外，在155℃烘箱中加熱期間，瀝青的粘度較低，可以將RCA表面未涂覆的區(qū)域覆蓋，改善了再生集料和瀝青之間的粘附性。

4 結(jié)語

通過對天然集料、RCA和DCRCA的溫拌瀝青混合料性能進(jìn)行對比研究，得出以下結(jié)論：

①DCT 技術(shù)提高了再生混凝土集料的強(qiáng)度和耐久性。DCRCA溫拌瀝青混合料的最佳瀝青含量低于RCA溫拌瀝青混合料，但是仍然高于天然集料溫拌瀝青混合料的最佳瀝青含量。

②比較凍融循環(huán)前后溫拌瀝青混合料劈裂抗拉強(qiáng)度的差異，DCRCA溫拌瀝青混合料比RCA溫拌瀝青混合料和天然集料溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)性能更優(yōu)。

③DCRCA摻量為40%時，DCRCA溫拌瀝青混合料的勁度模量達(dá)到最大，且比RCA 溫拌瀝青混合料和天然集料溫拌瀝青混合料的穩(wěn)定度和間接拉伸強(qiáng)度更大。在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)再生集料的品質(zhì)和再生路面的層次與要求，可將再生混合料中DCRCA摻量提高到40%左右。