盤(pán)宇飛，侯劍楠

(1.廣西壯族自治區(qū)公路發(fā)展中心，廣西 南寧 530029；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

《2020年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，截至2020年年底，我國(guó)公路養(yǎng)護(hù)總里程達(dá)514.40萬(wàn)km，占公路總里程的99.0%，我國(guó)公路建設(shè)行業(yè)逐漸由早年的建設(shè)為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻B(yǎng)并重，大量早期修建的公路亟須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。日益繁重的養(yǎng)護(hù)維修任務(wù)導(dǎo)致我國(guó)每年產(chǎn)生大量的舊瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement，RAP)，若將其全部棄置，一方面會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，另一方面需重新開(kāi)采大量土石資源用于生產(chǎn)新瀝青混凝土，因此道路建設(shè)工作者基于綠色公路發(fā)展理念，提出采用瀝青路面再生技術(shù)對(duì)RAP進(jìn)行回收利用。

瀝青路面再生技術(shù)一般可分為熱再生與冷再生兩類(lèi)，其中熱再生技術(shù)通過(guò)將RAP、再生劑、新瀝青與新集料一同加熱拌和均勻后攤鋪碾壓形成再生路面，實(shí)現(xiàn)對(duì)RAP的高效利用，其相對(duì)于冷再生技術(shù)，具有RAP再生效果較好、RAP摻量高、施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用相對(duì)廣泛[1]。目前我國(guó)實(shí)際工程中RAP摻量一般不超過(guò)40%，大摻量RAP熱再生瀝青混合料應(yīng)用較少，因此本文基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)瀝青混合料室內(nèi)路用性能試驗(yàn)，研究加熱溫度、拌和時(shí)間、大摻量RAP對(duì)再生瀝青混凝土性能的影響，以期為大摻量RAP熱再生瀝青混合料的應(yīng)用提供參考。

1 原材料

1.1 新瀝青

本文采用的新瀝青為成品SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.2 新集料

本文采用玄武巖粗集料、石灰?guī)r細(xì)集料作為新集料，其技術(shù)指標(biāo)如表2、表3所示。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)表

表2 玄武巖粗集料技術(shù)指標(biāo)表

表3 石灰?guī)r細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)表

1.3 再生劑

本文所采用的再生劑技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 再生劑技術(shù)指標(biāo)表

1.4 RAP

本文采用的RAP來(lái)自舊瀝青路面表面層AC-13銑刨料，瀝青含量測(cè)定結(jié)果為4.7%，通過(guò)離析分離試驗(yàn)對(duì)其級(jí)配進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5所示。

表5 RAP離析分離后級(jí)配測(cè)定結(jié)果表

2 再生瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)RAP-13級(jí)配組成與新集料級(jí)配范圍，調(diào)整不同RAP摻量下的新集料比例，使其合成級(jí)配滿足AC-13級(jí)配范圍要求，合成級(jí)配結(jié)果如表6所示。

表6 AC-13熱再生瀝青混合料合成級(jí)配表

根據(jù)表6中不同RAP摻量下的再生混合料合成級(jí)配，參考《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 5521-2019)，采用式(1)、式(2)計(jì)算再生混合料中新瀝青預(yù)估用量。

Pb=0.035a+0.045b+Kc+F

(1)

Pnb=Pb?傆bPab×n/100

(2)

式中：Pb——再生混合料中總瀝青用量；

Pab——RAP內(nèi)舊瀝青含量，4.7%；

Pnb——再生混合料新瀝青用量；

a——>2.36 mm集料含量；

b——0.075～2.36 mm集料含量；

c——<0.075 mm粉料含量；

K、F——常數(shù)，本文分別取0.12、0.7。

根據(jù)式(1)和式(2)可計(jì)算出70%RAP、80%RAP與90%RAP三個(gè)合成級(jí)配的新瀝青用量分別為1.68%、1.21%與0.74%，然后分別以0.5%為間距上下各浮動(dòng)兩個(gè)油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)圖解法得到70%RAP、80%RAP與90%RAP三個(gè)合成級(jí)配的最佳油石比分別為1.93%、1.29%與0.69%。

3 試驗(yàn)方案

熱再生瀝青混合料制備工藝參數(shù)的選擇將直接影響再生路面的路用性能與施工質(zhì)量，因此本文選取RAP摻量、拌和溫度與拌和時(shí)間作為試驗(yàn)影響因素，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是一種利用正交設(shè)計(jì)表安排與分析多因素試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，可均勻挑出代表性較強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)方案，在各因素間進(jìn)行多種可能的最佳搭配，從而提高試驗(yàn)效率、節(jié)省試驗(yàn)材料。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，確定各因素水平取值如表7所示。

表7 L9(33)正交試驗(yàn)因素及水平取值表

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 RAP摻量與制備工藝對(duì)再生瀝青混合料性能的影響

基于表7中的影響因素與水平，對(duì)大摻量RAP熱再生瀝青混合料進(jìn)行60 ℃車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 大摻量RAP熱再生瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果表

為評(píng)價(jià)不同水平對(duì)大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能影響，以各因素相同水平下試驗(yàn)結(jié)果的均值作為縱坐標(biāo)，以各因素水平作為橫坐標(biāo)，基于上頁(yè)表8中的試驗(yàn)結(jié)果，繪出各因素與試驗(yàn)指標(biāo)的關(guān)系，如圖1～3所示。

圖1 不同因素水平對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度的影響曲線圖

圖2 不同因素水平對(duì)破壞應(yīng)變的影響曲線圖

圖3 不同因素水平對(duì)凍融劈裂強(qiáng)度比的影響曲線圖

由圖1～3可知：

4.1.1 高溫性能

隨著RAP摻量增大，再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度不斷提高，表明RAP的摻入顯著改善了再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。這是由于RAP摻量的增加，使再生瀝青混合料中舊瀝青含量增加，RAP中舊瀝青經(jīng)過(guò)老化后軟化點(diǎn)提高、勁度增大，從而提高再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度，增強(qiáng)其抵抗高溫剪切變形能力。

隨著再生瀝青混合料拌和時(shí)間延長(zhǎng)與拌和溫度增加，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增大，結(jié)果表明適當(dāng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間、提高拌和溫度可有效增強(qiáng)再生瀝青混合料高溫性能。這是由于溫度提高和拌和時(shí)間延長(zhǎng)有利于RAP中舊瀝青的軟化，促進(jìn)新舊瀝青的融合，使RAP中的舊集料與新集料充分混合均勻，從而提高RAP的再生效率，宏觀表現(xiàn)為再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能明顯提高[2]。

4.1.2 低溫抗裂性能

隨著RAP摻量增加，再生瀝青混合料低溫破壞應(yīng)變大幅下降，表明大摻量RAP對(duì)再生瀝青混合料低溫抗裂性存在負(fù)面影響。這是由于RAP中舊瀝青老化后，輕質(zhì)組分含量降低，舊瀝青低溫延展性能下降，而RAP摻量的增加，使得再生瀝青混合料中老化后的舊瀝青含量顯著提高，從而對(duì)再生瀝青混合料的低溫性能產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。

隨著拌和時(shí)間延長(zhǎng)與拌和溫度提高，再生瀝青混合料低溫破壞應(yīng)變分別表現(xiàn)出單調(diào)遞增與先增大后減少的變化趨勢(shì)。這是由于提高拌和溫度、延長(zhǎng)拌和時(shí)間有利于RAP與新集料、新瀝青的混合，消除RAP混合不均產(chǎn)生的薄弱界面，提高RAP的再生程度，從而提高再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。當(dāng)拌和溫度過(guò)大時(shí)，導(dǎo)致新瀝青短期老化，降低新瀝青延展變形能力，一定程度上降低再生瀝青混合料的低溫性能。

4.1.3 水穩(wěn)定性

隨著RAP摻量增加，大摻量RAP再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比大幅下降，表明大摻量RAP條件下，加大RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料水穩(wěn)定性存在一定負(fù)面影響。這是由于過(guò)多的RAP摻量使再生混合料中舊瀝青含量增加，舊瀝青經(jīng)過(guò)老化后，變硬變脆，與集料間的粘附性下降，導(dǎo)致再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性能顯著降低[4]。

隨著拌和時(shí)間延長(zhǎng)與拌和溫度增加，再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比分別呈現(xiàn)單調(diào)遞增與先增大后降低的變化規(guī)律，與前文分析一致，這是由于延長(zhǎng)拌和時(shí)間與提高拌和溫度能促進(jìn)新舊瀝青融合再生，使新舊集料均勻分散，提高再生效率，從而明顯提高再生瀝青混合料的抗水損害能力，但過(guò)高的拌和溫度將導(dǎo)致新瀝青老化，對(duì)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性存在負(fù)面影響。

4.2 相關(guān)性分析

為分析RAP摻量程度、拌和溫度與拌和時(shí)間對(duì)熱再生瀝青混合料性能的影響程度，采用SPSS軟件對(duì)表8中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表9所示。

由表9可知，對(duì)于再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能與低溫抗裂性能影響因素相關(guān)性排序均為：RAP摻量>拌和溫度>拌和時(shí)間，且RAP摻量分別與高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能之間存在顯著相關(guān)性(0.05水平上顯著相關(guān))。對(duì)于再生瀝青混合料水穩(wěn)定性能影響因素相關(guān)性排序?yàn)椋篟AP摻量>拌和時(shí)間>拌和溫度，且RAP摻量與水穩(wěn)定性能之間存在顯著相關(guān)性(0.05水平上顯著相關(guān))。

表9 大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能影響因素相關(guān)性分析數(shù)值表

綜上所述，結(jié)合各因素對(duì)再生瀝青混合料性能的影響，大摻量RAP熱再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)提高拌和溫度與拌和時(shí)間，以確保再生瀝青混合料中新舊瀝青與新舊集料混合均勻，其中推薦拌和溫度為170 ℃、推薦拌和時(shí)間為6 min。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于正交試驗(yàn)對(duì)大摻量RAP熱再生瀝青混合料性能進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

(1)提高RAP摻量可明顯增強(qiáng)再生混合料高溫穩(wěn)定性能，增強(qiáng)其抵抗高溫剪切變形能力，且摻量越大，性能提升越大，但對(duì)再生混合料低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性能存在一定程度的負(fù)面影響。

(2)適當(dāng)提高拌和溫度(≤170 ℃)可提高再生混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性能，但拌和溫度過(guò)高時(shí)(>170 ℃)可能會(huì)造成新瀝青的老化，對(duì)再生瀝青混合料低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

(3)提高拌和時(shí)間有利于促進(jìn)新舊瀝青融合再生與新舊集料均勻分散，從而提高再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能與水穩(wěn)定性能。

(4)大摻量RAP熱再生瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)提高拌和溫度與拌和時(shí)間，其中推薦拌和溫度為170 ℃、推薦拌和時(shí)間為6 min。