楊學(xué)娜

(魯山縣公路事業(yè)發(fā)展中心，河南 平頂山 467300)

1 試驗(yàn)預(yù)備

本研究銑刨料取自河南省平頂山魯山縣的S325魯平大道(魯山縣境內(nèi))的老路改建路段，根據(jù)4處銑刨料的旋轉(zhuǎn)黏度技術(shù)指標(biāo)、針入度技術(shù)指標(biāo)和軟化技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)，對(duì)編號(hào)為J1、J2、J3、J4的回收瀝青路面銑刨料進(jìn)行測試。通過測試分析回收瀝青性能性能(見表1所示)[3]，確定其老化程度、分析差異性。

表1顯示舊回收瀝青平均34.68的針入度偏??；平均59.93的軟化點(diǎn)偏高，平均1.888的旋轉(zhuǎn)黏度偏大，低溫性能比較差?；厥张f料表觀可見有大量的顆粒團(tuán)，說明回收料已老化變硬，根據(jù)表1回收瀝青的性能指標(biāo)，確定老化程度為Ⅱ級(jí)老化，需對(duì)舊料熱拌再生混合，再生后可二次利用。

表1 回收瀝青的性能指標(biāo)

而RAP原級(jí)配即AC-16，采用銑刨、破碎以及篩選之后獲得，具體情況如下所示。

表2 最終篩選結(jié)果

本次研究粗集料選用和瀝青之間維持優(yōu)秀粘附性的堿性石料石灰?guī)r，細(xì)集料則選用石灰?guī)r石屑，礦粉應(yīng)用石灰石礦粉，技術(shù)指標(biāo)滿足既有標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 試驗(yàn)方法

本研究將RAP摻量分別從零添加量開始，以16%、30%、40%、50%不等的瀝青混合料逐次添加，摻入AC-13、AC-16、AC-25不同級(jí)配瀝青混凝土中，加入70#基質(zhì)新瀝青，動(dòng)力粘度在400～500 Pa·s，在冷拌再生瀝青混合料制備期間，優(yōu)先在拌鍋內(nèi)添加本次試驗(yàn)原料，包括礦粉、RAP、集料以及固化劑，針對(duì)所有材料予以攪拌，持續(xù)1 min，確保材料攪拌均勻之后，在常溫環(huán)境下結(jié)合比例添加改進(jìn)冷拌瀝青，拌和時(shí)間達(dá)到3 min之后，便可得到冷拌再生瀝青混合料。拌和RAP、礦粉以及瀝青，能夠使得瀝青可以充分包裹并附著在集料表層，增加1.6%水泥以及水并予以充分?jǐn)嚢?，然后將其靜置，持續(xù)30 min之后，經(jīng)過馬歇爾試驗(yàn)針對(duì)兩面進(jìn)行夯實(shí)，總計(jì)持續(xù)50次，在不脫模狀態(tài)下置入60 ℃烘箱內(nèi)予以保養(yǎng)，持續(xù)2日之后，予以二次夯實(shí)，持續(xù)25次，使其冷卻直至常溫狀態(tài)，達(dá)到養(yǎng)生時(shí)間之后，便可完成脫模。時(shí)間高度應(yīng)設(shè)計(jì)在62.2～64.8 mm之間。瀝青最佳用量必須應(yīng)遵照熱拌瀝青混合料配合比例，利用馬歇爾試驗(yàn)所獲取的力學(xué)指標(biāo)以及體積指標(biāo)加以研究[4]。本次研究即評(píng)價(jià)當(dāng)摻入不同量RAP對(duì)再生瀝青混合料性能所產(chǎn)生的影響，并予以浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，以確認(rèn)混合料最終的穩(wěn)定度以及水穩(wěn)定程度。

3 混合料凍融劈裂馬歇爾試驗(yàn)

3.1 瀝青用量計(jì)算

冷拌再生瀝青混合料內(nèi)，瀝青最佳使用量可以通過馬歇爾試驗(yàn)予以確定，針對(duì)用量不同的情況下，對(duì)各個(gè)RAP摻量再生混合料有關(guān)參數(shù)予以檢驗(yàn)，包括毛體積密度、礦料間隙率以及瀝青飽和度等多項(xiàng)指標(biāo)。其中，OAC在混合瀝青中是最佳瀝青含量，理想瀝青用量計(jì)算方式如下所示

OAC=(b1+b2+b3+b4)/4

(1)

式中：b1表示毛體積密度達(dá)到最高值時(shí)需要采用的瀝青總量；b2表示當(dāng)成型穩(wěn)定度達(dá)到最大值時(shí)，需要采用的瀝青總量；b3代表孔隙率達(dá)到中值情況下，需要應(yīng)用的瀝青總量；b4表示瀝青飽和度中值相應(yīng)的瀝青總量。

當(dāng)所有指標(biāo)均符合技術(shù)要求范圍時(shí)，則可得到該范圍內(nèi)瀝青的最小用量值與最大用量值，計(jì)算公式如下

OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4

(2)

式中：最小用量值中a1表示密度峰值，a2代表穩(wěn)定度峰值，a3代表空隙率中值，a4為飽和度中值[5]。

OAC2=(OACmax+OACmin)/2

(3)

式中：0ACmax即A1，A2，A3，A4中的中最大值，OACmin即最小值。)

瀝青用量可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算[6]

OAC3=(OAC1+OAC2)/2

(4)

通過公式(1)、(2)、(3)、(4)瀝青用量計(jì)算(由于篇幅有限略)得知：理想瀝青用量值OAC1+OAC2/2在4.81%上下區(qū)間最佳。同時(shí)，由于RAP摻量不同，再生混合料最佳實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間也存在明顯的差異。

馬歇爾法試驗(yàn)顯示隨著RAP摻量的不斷增加，冷拌再生瀝青混合料最佳用量指標(biāo)相應(yīng)降低，體積指標(biāo)沒有顯著的改變，穩(wěn)定度不斷減少，流值數(shù)量持續(xù)增增加，原因在于RAP表層得到老化后瀝青的覆蓋，瀝青能夠在舊集料表面構(gòu)成薄膜，以此減少其吸油水平；隨著舊集料數(shù)量的不斷增長，瀝青薄膜效果也會(huì)更為明顯。故而，統(tǒng)計(jì)配情況下，瀝青混合料最佳用量會(huì)隨著RAP摻量的不斷增加而逐漸降低。老化瀝青于集料表面形成薄膜，卻未能和新瀝青混合料形成融合，強(qiáng)度難以提高；伴隨RAP摻量的增長，瀝青混合料承載水平反而不斷降低，穩(wěn)定程度也隨之減弱，抗變形水平也隨之降低，流值而不斷增加。

3.2 混合料水穩(wěn)定程度

針對(duì)冷拌再生瀝青混合料而言，抗水損害水平是評(píng)估其質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。為此，本次研究嘗試通過浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)，檢驗(yàn)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定程度。首先，浸水馬歇爾試驗(yàn)期間，結(jié)合需要設(shè)計(jì)兩組試件，第一組置于水箱之中，水箱溫度限制在24～26 ℃之間，維持時(shí)間在35 min左右，以檢驗(yàn)馬歇爾的穩(wěn)定程度。第二組置于水浴箱內(nèi)，同樣將溫度控制在24～26 ℃之間，靜置2日，每組采用4個(gè)平行試件進(jìn)行試驗(yàn)，然后取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，測試劈裂強(qiáng)度結(jié)果如表3。

表3 凍融循環(huán)下劈裂試驗(yàn)結(jié)果

表3以未凍融試件的IDT(IDT為間接拉伸強(qiáng)度)為基準(zhǔn)，混合料的抗水損害試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果顯示，浸水殘留穩(wěn)定程度方面和RAP摻量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著RAP凍融循環(huán)0、1、3次數(shù)的不斷增加，凍融劈裂強(qiáng)度值(TSR)降低，浸水殘留穩(wěn)定程度數(shù)值越低。說明僅用一次凍融循環(huán)的TSR試驗(yàn)結(jié)果，作為評(píng)價(jià)RAP水穩(wěn)定性具有一定的局限性[7]。

3.3 水穩(wěn)定性與RAP摻量變化

試驗(yàn)設(shè)計(jì)再生劑(RA-102型再生劑)的摻配比例為RAP質(zhì)量的0.1%，使再生瀝青內(nèi)部的集料顆粒形成穩(wěn)固穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，在RAP摻量40%時(shí)，有效瀝青飽和度達(dá)到最大值。若摻量控制在45%區(qū)間，能獲得的性能優(yōu)質(zhì)的再生瀝青混合料，SBS改性瀝青與RAP老化瀝青性能指標(biāo)對(duì)比如表4所示。

表4 新舊瀝青性能指標(biāo)對(duì)比

表4顯示新SBS改性瀝青實(shí)測值：針入度48.12 ℃/mm≥25 ℃針入度/mm指標(biāo)值；5 ℃延度/cm值為30.53≥2.45；軟化點(diǎn)/℃值為74.92≥60與新瀝青基本一致，其再生瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)要求，成為良好的路面材料(表4所示)。通過凍融劈裂試驗(yàn)得到水穩(wěn)定性與RAP摻量變化，數(shù)據(jù)分析結(jié)果為RAP摻量在40%～45%時(shí)，油石比為4.81%整體穩(wěn)定度較高，其高溫穩(wěn)定性好。在4.81%、4.91%間油石比級(jí)配的再生瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度均滿足技術(shù)規(guī)范的要求。凍融循環(huán)與劈裂試驗(yàn)如圖[8]。

圖1凍融劈裂強(qiáng)度隨著RAP摻量不斷加大，樣本凍融劈裂強(qiáng)度也隨之減弱。其原因在于RAP摻量和新瀝青混合料之間未能實(shí)現(xiàn)充分混合，所以粘附力減弱[9]，由于受到浸水與凍融兩者的共同作用，兩者粘連狀態(tài)也隨之受損，且伴隨RAP摻量增長，水損害條件也相應(yīng)惡化，粘連狀態(tài)受損情況將愈發(fā)嚴(yán)重。

圖1 凍融循環(huán)下劈裂試驗(yàn)結(jié)果圖

同時(shí)，凍融循環(huán)下劈裂試驗(yàn)圖1結(jié)果表明，新SBS改性瀝青在40%RAP摻量時(shí)，其凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比高于30%RAP摻量；增加RAP摻量將降低再生新瀝青SBS水穩(wěn)定性。由此可見，設(shè)計(jì)高RAP摻量的再生瀝青混合料時(shí)，應(yīng)通過增加瀝青含量到50%，進(jìn)而改善再生瀝青混合料水穩(wěn)定性。所以，綜合馬歇爾試驗(yàn)，廠拌熱再生技術(shù)中廢舊瀝青混合料摻量控制設(shè)計(jì)指標(biāo)20%、30%、40%、50%摻配比例的再生瀝青混合料的最佳瀝青含量為4.61%、4.71%、4.81%、4.91%區(qū)間[10]，再生劑的摻配比例為RAP質(zhì)量的0.1%時(shí)，皆為適宜的RAP摻量拌制區(qū)間。此時(shí)，新再生瀝青SBS針入度48.12 ℃/mm指標(biāo)與新瀝青基本一致，因與新瀝青性能基本一致(表4)，能夠最大程度地發(fā)揮再生瀝青混合料的路用水穩(wěn)性能。

4 小 結(jié)

綜上所述RAP摻量不斷增加的背景下，冷拌再生瀝青混合料瀝青最為理想的用量卻處于不斷減少的狀態(tài)，穩(wěn)定程度減少，流值持續(xù)增加，浸水殘留穩(wěn)定程度和凍融劈裂輕度也隨之減弱，降低幅度不斷增加。作為施工單位，應(yīng)明確RAP摻量與再生瀝青混合料性能之間的關(guān)系，合理限制選擇RAP摻量，以保證再生瀝青混合料性能指標(biāo)滿足公路水穩(wěn)性要求。