許尚江劉超群荊靖趙濼源耿立濤

(1.山東省高速養(yǎng)護集團有限公司，山東 濟南 250031；2.山東建筑大學 交通工程學院，山東 濟南 250101；3.湖北樊魏高速公路有限公司，湖北 襄陽 441100)

0 引言

我國高等級公路每年因養(yǎng)護維修產(chǎn)生的瀝青路面銑刨料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)高達2.2億t[1]。盡管整體性能已經(jīng)不滿足使用要求，但由于RAP自身具有極高的利用價值，對其再生利用的研究成為當前的熱點[2-3]。然而，即使是目前應用最廣、效果相對最優(yōu)的RAP廠拌熱再生技術，仍存在生產(chǎn)工藝復雜、RAP二次老化、再生瀝青混合料疲勞性能和低溫性能不足等問題[4-6]。RAP再生利用成敗的關鍵取決于RAP中舊瀝青的功能恢復程度[7-8]，但目前采用的RAP再生工藝無法為新舊瀝青提供充足的混溶時間[9-10]，這也是再生瀝青混合料路用性能不佳的主要原因之一。

近年來，坑槽修補采用的是冷補瀝青混合料(冷補料)，因其具有修復及時、便捷環(huán)保等優(yōu)勢而得到了廣泛關注，但商品化的冷補料普遍存在或性能優(yōu)但成本偏高、或成本低但性能不佳的問題[11-12]。以RAP替代新集料制備坑槽冷補料具有較好的發(fā)展?jié)摿?，主要原因?(1)RAP具有水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性優(yōu)勢[13-14]，符合對冷補料的性能要求；(2)冷補料的存儲待用期長[15]，可為新-舊瀝青的混溶——也即舊瀝青的功能恢復提供充足的時間，使得添加少量新瀝青成為可能，從而節(jié)省材料成本；(3)冷補料采用常溫生產(chǎn)工藝[16]，利于環(huán)保，且可避免RAP的二次加熱老化；(4)冷補料對礦料級配的要求相對寬松，有望實現(xiàn)RAP的100%利用，而RAP的成本僅為石料的1/4～1/3，從而進一步降低材料成本。

目前，關于以RAP制備坑槽冷補料的研究成果較少，特別是以100%的原狀RAP制備坑槽冷補料的研究成果鮮見報道。為發(fā)掘RAP用于冷補料制備的優(yōu)勢，文章開展了以原狀RAP用于再生冷補料的制備與評價工作。采用實際工程項目中已使用9 a的未經(jīng)處理的RAP作為集料，以前期自主研發(fā)的液體冷補瀝青(Cold Patching Asphalt，CPA)作為膠結(jié)料，選擇了不同的CPA摻量，常溫拌合制備了銑刨料再生冷補料(Cold Patching Asphalt Mixture with Reclaimed Asphalt Pavement，RAP-CPAM)；在不同的常溫存儲時間下，基于表觀狀態(tài)及析漏試驗初步研究了CPA的合理用量；并基于水煮法、滾動篩法、馬歇爾穩(wěn)定度試驗和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗評價了RAP-CPAM的黏附性、黏聚性、穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性等路用性能，表明采用100%原狀RAP制備RAP-CPAM具有一定的應用潛力。

1 試驗材料

1.1 RAP

選用的RAP取自2020年G1151日蘭高速臨沂段維修工程，原瀝青混合料類型為SMA-13，瀝青結(jié)合料為苯乙烯-?。较┣抖喂簿畚?Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer，SBS)改性瀝青，原路面已使用9 a。經(jīng)抽提、篩分試驗測得RAP中舊瀝青的含量為5.4%。礦料級配如圖1所示，舊瀝青的測試結(jié)果見表1，表明該RAP已經(jīng)發(fā)生了明顯的粗集料碎裂、瀝青損失和瀝青老化等現(xiàn)象，9.5和4.75 mm篩孔的通過率超過JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》[17]中的限值＞10%，瀝青含量與原設計瀝青含量相比約降低了0.4%～0.7%，而針入度僅為17.0?；谑褂媚晗蘧?、礦料級配不良、瀝青嚴重老化等因素，對選用的RAP制備的RAP-CPAM進行系列試驗研究。

圖1 RAP的礦料級配曲線圖

表1 舊瀝青的針入度、延度和軟化點測試結(jié)果表

1.2 CPA

采用的CPA由齊魯70＃道路石油瀝青、柴油稀釋劑和冷補瀝青添加劑按質(zhì)量比75∶22∶3混合制備，常溫下為黏稠狀液體，其具體制備工藝見文獻[18]。CPA中，道路石油瀝青的作用在于補充RAP中缺失的瀝青，柴油稀釋劑的作用在于提供常溫拌合功能并補充舊瀝青因老化缺失的輕組分，冷補瀝青添加劑的作用為提升瀝青與集料的黏附性。

2 RAP-CPAM制備

為簡化RAP-CPAM的生產(chǎn)工藝，制備時采用100%的原狀RAP作為集料，僅以CPA的用量作為變量。SHIRODKAR等[19]研究認為熱再生瀝青混合料中舊瀝青的利用率隨著RAP摻量的提高而降低，當RAP摻量為30%～50%時，舊瀝青的利用率約為70%～96%。由于RAP-CPAM存儲待用期內(nèi)將有較長的時間供CPA與舊瀝青混溶，因此雖然采用100%的RAP摻量，舊瀝青仍將具有較高的利用率。基于上述原因，假定制備RAP-CPAM時舊瀝青的利用率為80%，設計1.6%、2.0%和2.4%等3種CPA用量(內(nèi)摻)，相應的RAP-CPAM中總有效瀝青含量分別為5.5%、5.8%和6.1%，此用量較接近熱拌瀝青混合料SMA-13中的瀝青常用量。

分別采用上述3種用量的CPA與RAP經(jīng)拌合鍋在20～25℃拌合270 s后完成RAP-CPAM的制備，拌合試驗所得RAP-CPAM表觀效果如圖2和表2所示，其中RAP-CPAM-1.6表示CPA用量為1.6%，以此類推。1.6%的CPA用量偏低，集料雖能被瀝青裹附，但呈表面干燥、無光澤狀態(tài)，隨著CPA用量的逐步增加，RAP-CPAM逐漸轉(zhuǎn)為部分油潤和整體油潤狀態(tài)，2.4%的CPA用量較為合適。此外，經(jīng)5～10 d的常溫存儲后，3種RAP-CPAM外觀均有所提升，較初始狀態(tài)更加油潤，表明存儲過程中CPA與舊瀝青發(fā)生了混溶。

圖2 RAP-CPAM拌合試驗效果圖

表2 不同CPA用量下RAP-CPAM的初期外觀效果表

JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[20]中的謝倫堡析漏試驗可用于檢驗各種瀝青混合料的最大瀝青用量，以析漏損失率≤0.2%作為控制標準。從評價角度，該方法對RAP-CPAM同樣具有適用性，但由于RAP-CPAM的常溫生產(chǎn)、施工工藝，測試溫度需相應調(diào)整為常溫。對常溫存儲0、5和10 d的RAP-CPAM進行25℃條件下的析漏損失測試，結(jié)果見表3。

表3 析漏試驗測試結(jié)果表

由表3可知，RAP-CPAM的析漏損失指標整體處于較低的范圍，未隨著CPA用量及存儲時間的增加而發(fā)生明顯變化，且均＜0.2%。

綜合考慮再生冷補料的拌合試驗時，其外觀變化和析漏試驗結(jié)果，并結(jié)合經(jīng)濟性考慮，認為2.4%的CPA用量是相對合理的用量。

3 RAP-CPAM性能評價

3.1 黏附性測試

礦料與瀝青的黏附性是評價冷補料水穩(wěn)定性的重要指標。采用文獻[18]中的水煮法測試RAPCPAM的黏附性。同時，對采用新集料所制備的冷補料SCPAM-4.7-A(瀝青含量為4.7%，所選用級配及制備方法與文獻[18]一致)作為黏附性測試及后續(xù)測試的對比樣。其測試結(jié)果見表4。

由表4可知，RAP-CPAM與SCPAM-4.7-A相比具有明顯的耐水性優(yōu)勢，其裹附率未因水煮時間、CPA用量和存儲時間的變化而發(fā)生明顯的改變，其最小值也達到了97%。分析原因認為RAP中，舊瀝青緊密裹附于集料表面，水分難于穿過瀝青膜致使瀝青與集料剝離，這也體現(xiàn)了以RAP制備RAPCPAM的獨特優(yōu)勢。需要指出的是，水煮法測試僅能展現(xiàn)集料-瀝青界面的黏附性，無法反映出CPA用量對RAP-CPAM整體水穩(wěn)定性的影響，因此不同的CPA用量下，RAP-CPAM的裹附率差異并不明顯。

表4 黏附性測試結(jié)果表

3.2 黏聚性測試

黏聚性用以評價冷補料抵抗車輪荷載的沖擊能力，該性能可通過滾動篩法[21]試驗獲得的質(zhì)量損失率表征，其值不應＞45%[22]。需要指出的是，傳統(tǒng)的冷補料多呈松散狀態(tài)，需要經(jīng)過加速老化(相應于使用數(shù)月后的狀態(tài))后方可成型可供滾動篩法測試的試件。所研究的RAP-CPAM無需加速老化即可實現(xiàn)試件成型，故黏聚性測試前并未對其進行加速老化處理。圖3給出了RAP-CPAM及經(jīng)加速老化的SCPAM-4.7-A的黏聚性測試結(jié)果。

圖3 黏聚性測試結(jié)果柱狀圖

由圖3可知，RAP-CPAM的質(zhì)量損失率均處于較低的水平。RAP-CPAM制備初期，即使在最低的CPA用量(1.6%)下，其最大的質(zhì)量損失率(7.4%)也僅為SCPAM-4.7-A的60%；隨著CPA用量的增加，質(zhì)量損失率約降低至5%，表明瀝青膜厚度的增加提升了礦料的粘結(jié)效果。相同的CPA用量下，RAP-CPAM的質(zhì)量損失率隨著存儲時間的增加均進一步降低，但降幅趨于緩慢，反映了舊瀝青與CPA混溶后對礦料粘結(jié)的促進作用。總體上，RAP-CPAM的黏聚性優(yōu)異，更具有抵抗車輪荷載沖擊能力。

3.3 馬歇爾穩(wěn)定度測試

前期試驗發(fā)現(xiàn)，雖然RAP-CPAM的整體性能較傳統(tǒng)冷補料已經(jīng)明顯改善，但在高溫無約束狀態(tài)下仍難以獲得有效的初期強度測試數(shù)據(jù)?；谏鲜鲈?，參考JTG E20—2011[20]測試RAP-CPAM的25℃馬歇爾穩(wěn)定度，以橫向比較各RAP-CPAM的穩(wěn)定性變化。表5給出了不同存儲期及加速老化(110℃養(yǎng)護12 h)后的馬歇爾穩(wěn)定度結(jié)果。

表5 25℃馬歇爾測試結(jié)果表

由表5可知，相同的存儲時長下，RAP-CPAM的馬歇爾穩(wěn)定度隨著CPA用量的增加略有增大，原因在于CPA用量的增加有利于提升集料顆粒間的潤滑作用，從而提升冷補料的密實度，馬歇爾穩(wěn)定度隨之相應提升；經(jīng)歷了不同的存儲期后，馬歇爾穩(wěn)定度均出現(xiàn)先降低再增加的現(xiàn)象，分析認為該現(xiàn)象與“初期以冷補瀝青潤滑效果為主”向“舊瀝青吸收冷補瀝青增黏”再向“舊瀝青軟化降黏”的狀態(tài)變化有關，但總體上RAP-CPAM的馬歇爾穩(wěn)定度差異受CPA用量和存儲時間的影響不大；此外，與無法獲得馬歇爾穩(wěn)定度的SCPAM-4.7-A相比，RAPCPAM明顯具有初期溫度穩(wěn)定性優(yōu)勢。經(jīng)歷加速老化后，由于冷補料中稀釋劑的大量揮發(fā)，RAPCPAM和SCPAM-4.7-A的25℃馬歇爾穩(wěn)定度均顯著提升；但RAP-CPAM的馬歇爾穩(wěn)定度達SCPAM-4.7-A的2倍以上，表明其使用過程中更具溫度穩(wěn)定性優(yōu)勢。

3.4 浸水殘留穩(wěn)定度測試

浸水殘留穩(wěn)定度是表征瀝青混合料水穩(wěn)定性的一項常用指標，除可反映瀝青與集料黏附性外，尚可反映礦料級配、瀝青含量等多因素的綜合影響。由于RAP-CPAM無須加熱老化預處理即可成型試件，以浸水殘留穩(wěn)定度評價其水穩(wěn)定性具有可行性。對RAP-CPAM的浸水馬歇爾試驗依據(jù)JTG E20—2011[20]進行，僅將養(yǎng)護及測試溫度調(diào)整為25℃，以匹配冷補料的常溫應用，其結(jié)果見表6。

表6 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果表

由表6可知，RAP-CPAM的浸水殘留穩(wěn)定度對CPA用量和存儲時間反應敏感，可有效表征其水穩(wěn)定性。在相同的存儲時間下，浸水殘留穩(wěn)定度隨著CPA用量的增加明顯增大；而相同的CPA用量下，浸水殘留穩(wěn)定度則隨著存儲時間的延長而增大，表明新-舊瀝青的混溶有利于提升RAP-CPAM的水穩(wěn)定性。加速老化后的RAP-CPAM比SCPAM-4.7-A具有更高的浸水殘留穩(wěn)定度，表明其使用過程中將更具水穩(wěn)定性優(yōu)勢。

4 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1)CPA的理想用量約為2.4%，此時制備初期的RAP-CPAM具有良好的外觀狀態(tài)和理想的析漏損失指標；存儲時間的延長有利于RAP-CPAM中新-舊瀝青的混溶效果。

(2)相比于以新集料制備的冷補料，RAPCPAM的黏聚性明顯改善，且隨著CPA用量的增加和存儲期的延長而提高；RAP-CPAM更具早期溫度穩(wěn)定性優(yōu)勢，使用數(shù)月后其溫度穩(wěn)定性將具有更為顯著的提升；RAP-CPAM更具水穩(wěn)定性優(yōu)勢，提升CPA用量和延長存儲時間后，水穩(wěn)定性優(yōu)勢更為明顯。