李彬

(葛洲壩集團(tuán)交通投資有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

瀝青路面具有平整舒適、噪音小、揚塵少等優(yōu)點，是我國高速公路的主要路面形式，但是瀝青路面的設(shè)計壽命為10～15 年，目前很多高速公路已進(jìn)入養(yǎng)護(hù)中期，大、中修過程中會產(chǎn)生大量的RAP，由于瀝青屬于高分子材料，不容易降解，直接掩埋會對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。再生技術(shù)能夠?qū)AP 中的集料和瀝青回收利用，不僅節(jié)約能源，而且減少對環(huán)境的破壞。目前國內(nèi)外對再生瀝青混合料進(jìn)行了大量的研究，尤其在RAP 的分散均勻性上進(jìn)行了更深入研究，Nguyen使用紅色集料區(qū)分新集料與RAP，通過圖像觀察沿壓實軸垂直方向的切片情況，觀察RAP 膠團(tuán)的分散隨干拌時間的變化情況。發(fā)現(xiàn)延長干拌時間能夠有效改善RAP 膠團(tuán)的分散均勻性。然而過長的干拌時間會加劇舊瀝青的老化情況，降低再生混合料的路用性能。但是目前對再生過程中的制表工藝研究不清晰，使再生瀝青混合料的路用性能不夠穩(wěn)定，因此研究再生瀝青混合料的制備工藝具有重大意義。

1 原材料

此次試驗采用中國石油生產(chǎn)的昆侖牌70#基質(zhì)瀝青，依據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范對其進(jìn)行基本性能測試，使用破碎機將RAP 分為兩檔，以9.5mm 篩孔作為界限篩孔。分別將兩檔RAP 進(jìn)行抽提，然后進(jìn)行篩分。

2 制備工藝對瀝青混合料性能的影響

根據(jù)以往研究，再生瀝青混合料的性能受拌和溫度的影響較小，而受干拌時間和預(yù)熱溫度的影響較大，為了確定RAP 膠團(tuán)的合適的破碎溫度，將分別將RAP 置于80～150℃的烘箱中1h，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度小于80℃時，膠團(tuán)在拌和鍋的攪拌下不易破碎，當(dāng)溫度超過130℃時，RAP 將會黏結(jié)在拌和鍋壁上。為確定合適的干拌時間和預(yù)熱溫度，選擇規(guī)范中要求的150℃作為標(biāo)準(zhǔn)拌和溫度，采用不同的干拌時間和拌和溫度到方案A-I，9 種具體的制備工藝如表1 所示。

表1 試驗所用制備工藝

2.1 高溫性能

使用穩(wěn)定度、流值和動穩(wěn)定度等試驗評價再生瀝青混合料的高溫性能，按照規(guī)范對A-I，9 種再生瀝青混合料進(jìn)行上述三種試驗，結(jié)果如表2 所示。

表2 再生瀝青混合料的高溫性能試驗結(jié)果

圖1 動穩(wěn)定度試驗結(jié)果

圖2 穩(wěn)定度試驗結(jié)果

圖3 流值試驗結(jié)果

由表2 可知：

其一，在相同的預(yù)熱溫度下，隨著干拌時間的增加再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度和穩(wěn)定度均出現(xiàn)明顯的提高，動穩(wěn)定度受集料骨架作用影響較大。當(dāng)干拌時間為60s 時，RAP 膠團(tuán)未被完全分散到新集料中，尤其是細(xì)集料集中，使部分混合料形成懸浮密實結(jié)構(gòu)，動穩(wěn)定度較差。隨著干拌時間的增加，RAP 膠團(tuán)在新混合料中分散更加均勻，形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，動穩(wěn)定度增加。當(dāng)干拌時間為90s 時，RAP 中的集料已經(jīng)均勻的分散到新混合料中，再增加干拌時間也不會增加級配的強度，因此，當(dāng)干拌時間為120s 時，動穩(wěn)定度增加并不明顯。對比方案A、D、G 和方案B、E、H 發(fā)現(xiàn)當(dāng)干拌時間一樣時，動穩(wěn)定度隨著拌和溫度的增加而增加，這是因為預(yù)熱溫度的增加RAP 膠團(tuán)更容易被分散，相同干拌時間下，預(yù)熱溫度為110℃時，動穩(wěn)定度有明顯的提升，但是當(dāng)加熱溫度為130℃時，動穩(wěn)定度并沒有明顯提升，這可能是因為預(yù)熱溫度過高，使RAP 膠團(tuán)黏性增大，部分RAP 膠團(tuán)黏在攪拌鍋壁上，且不容易分散在新混合料中，使再生瀝青混合料的性質(zhì)不夠穩(wěn)定，從方案G、H、I 中可以看出動穩(wěn)定度離散性變大[1]。

其二，因為試驗時，馬歇爾試件外部受壓，內(nèi)部受拉，因此穩(wěn)定度、流值不能完全反應(yīng)混合料的抗車轍性能，但是可以一定程度上反應(yīng)瀝青膠漿的性能，由方案A-C 可知，當(dāng)預(yù)熱溫度為90℃時，方案B 的穩(wěn)定度相較于方案A 增加較為明顯，而方案C 的穩(wěn)定度增長幅度很小，這是因為當(dāng)攪拌時間為60s 時，RAP 膠團(tuán)并未被完全分散，當(dāng)攪拌時間從60s 增加到90s 時，RAP 膠團(tuán)已經(jīng)分散均勻，所以穩(wěn)定度增加較為明顯，而當(dāng)攪拌時間由90s 增加到120s 時，受預(yù)熱溫度的限制，RAP 膠團(tuán)已經(jīng)不能被繼續(xù)破碎，因此穩(wěn)定度基本不會繼續(xù)增加。而方案D-F 的預(yù)熱溫度更高，RAP中舊瀝青的利用率更大，因此穩(wěn)定度更好，其增加趨勢與方案A-C 相同，仍隨著攪拌時間的增加而增加，當(dāng)RAP 膠團(tuán)不能被繼續(xù)分散時，穩(wěn)定度值會區(qū)域穩(wěn)定，而方案G-I 由于預(yù)熱溫度過高，RAP 膠團(tuán)中部分膠砂黏在拌和鍋壁上，導(dǎo)致再生瀝青混合料的穩(wěn)定度下降（見圖1、2、3）。

2.2 低溫性能

低溫性能不足是瀝青路面產(chǎn)生坑槽、裂縫等早期病害的主要原因之一，對瀝青路面的耐久性和使用壽命有重大影響。本文采用小梁低溫彎曲試驗進(jìn)行低溫性能試驗，并以最大彎拉應(yīng)變作為評價指標(biāo)，彎拉應(yīng)變能夠反映混合料試樣在最大拉應(yīng)力下的抗變形能力，彎拉應(yīng)變越大，瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性越好。受試件截面尺寸影響較大，規(guī)范要求截面尺寸為30mm×35mm，但是ATB-25 粒徑較大，為減少試驗結(jié)果的變異性，經(jīng)摸索性試驗，本文采用跨徑為200mm，截面尺寸為50mm×55mm 的棱柱體小量試樣進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果如表3 所示。

表3 低溫彎曲小梁試驗結(jié)果

由表3 可知：

干拌時間和預(yù)熱溫度對彎拉應(yīng)變的影響都較大，瀝青是影響瀝青混合料低溫性能的重要因素，方案A-C 由于預(yù)熱溫度較低，有效瀝青用量較少，彎拉應(yīng)變較小，方案D-F 由于預(yù)熱溫度較高，舊瀝青利用率較高，有效瀝青較多且分散均勻因此彎拉應(yīng)變較大，而方案G-H 雖然預(yù)熱溫度最高，但是部分細(xì)集料和瀝青黏附在拌和鍋壁上，致使粗集料間的黏結(jié)力下降，而且過高的預(yù)熱溫度使RAP 中的瀝青進(jìn)一步老化，使瀝青的流動性和塑性降低，脆性增大進(jìn)一步降低了再生瀝青混合料的低溫性能。對比方案D 和方案F 可知，干拌時間也不宜過長，長時間拌和不僅會加劇瀝青的老化，而且會增加成本，降低再生瀝青混合料的經(jīng)濟(jì)效益（見圖4）。

圖4 低溫彎曲小梁試驗結(jié)果

圖5 殘留穩(wěn)定度試驗結(jié)果

2.3 水穩(wěn)性能

瀝青混合料的水穩(wěn)定性對其使用壽命具有重要影響，目前水穩(wěn)定性的評價方法有很多如浸水抗壓強度試驗、浸水車轍試驗和浸水馬歇爾試驗等，本文采用我國傳統(tǒng)的浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，使用殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比評價再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

圖6 凍融劈裂強度比試驗結(jié)果

由表4 可知：

所有方案的殘留穩(wěn)定度都不是很高，基本都滿足大于80%的要求，劈裂強度和凍融劈裂強度與混合料內(nèi)部的空隙率和瀝青性能有很大關(guān)系，凍融劈裂強度比與混合料的水穩(wěn)性能關(guān)系不大，凍融劈裂強度能夠反映混合料的抗水損性能，對比方案D、E、F 可知，攪拌時間對水穩(wěn)性能影響較大，水穩(wěn)性能隨攪拌時間的增加而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，干拌時間的增加雖然會使RAP 中瀝青和細(xì)集料分散更加均勻，但是也會加劇舊瀝青的老化，而對于水穩(wěn)定度而言，級配的貢獻(xiàn)很小，不足10%，瀝青的性能是穩(wěn)定度的決定性因素，老化后的瀝青軟化點增加，延度和針入度減少，因此水穩(wěn)定性降低，對比方案B、E、H 可知預(yù)熱溫度過高使部分細(xì)集料黏結(jié)在拌和鍋上，方案H 制備的混合料膠漿數(shù)量變少，因此水溫性能低于方案E（見圖5、6）。另一個造成混合料水穩(wěn)定性變差的原因是集料破碎，在壓實過程中，由于再生混合料中細(xì)集料較少，瀝青膠漿不能提供足夠的潤滑作用，造成混合料的可壓實性較差，粗集料間的內(nèi)摩阻力過大，致使部分粗集料被壓碎，試件內(nèi)空隙率變大，抗水損能力變差，方案I 由于細(xì)集料較少，且瀝青老化情況嚴(yán)重，因此水穩(wěn)定性最差[2]。

4 結(jié)語

干拌時間和預(yù)熱溫度對混合料的性能影響都較大，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性隨著預(yù)熱溫度和干拌時間的增加而增加，但是當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到130℃時，會出現(xiàn)部分膠漿黏結(jié)在拌和鍋壁上的現(xiàn)象，且隨著RAP的黏性增大，較難分散于新混合料中。隨著干拌時間的增加再生混合料的高溫穩(wěn)定性逐漸增大，但是低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性會降低。

綜合考慮再生瀝青混合料的高溫性能，低溫性能和水穩(wěn)性能推薦的制備工藝為拌和溫度為150℃，干拌時間為120s，預(yù)熱溫度為110℃。