陳鵬昌，侯劍楠

(1.南寧高速公路建設(shè)發(fā)展有限公司，廣西 南寧 530021；2.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

目前我國干線公路大中修工程每年生產(chǎn)1.6億多噸瀝青路面舊材料，但其中回收利用不到30%[1]，而廢舊瀝青的堆放、運輸?shù)?，會占用大量土地，?yán)重污染生態(tài)環(huán)境，且會產(chǎn)生大量的處置成本。而對舊瀝青混合料進(jìn)行回收再利用，可有效解決這一問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。目前我國瀝青路面再生技術(shù)一般可分為4種，即廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地?zé)嵩偕途偷乩湓偕鶾2]，其中就地?zé)嵩偕云渫耆厥张fRAP、施工速度快、交通影響小，兼具良好經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境效益等優(yōu)點，在我國養(yǎng)護(hù)維修工程中廣泛應(yīng)用。

就地?zé)嵩偕┕み^程中環(huán)境開放，易受到施工環(huán)境、施工工藝等外界因素影響，可能存在施工后路面性能不足的風(fēng)險。仰建崗等[3]采用正交試驗分析了碾壓溫度、混合料級配、再生劑摻量對再生瀝青混合料馬歇爾性能的影響，發(fā)現(xiàn)其對混合料馬歇爾性能影響顯著，且碾壓溫度、級配影響的顯著性較再生劑更高；程培峰等[4]探究了不同舊料摻量對就地?zé)嵩偕鸀r青混合料性能的影響，同時研究了舊瀝青老化程度、再生劑種類對混合料最佳拌和溫度與壓實溫度的影響[5]；還有大量研究人員[6-8]對不同再生劑、溫拌劑種類、摻量下的再生瀝青混合料路用性能展開研究。然而目前對就地?zé)嵩偕┕すに噷υ偕鸀r青混合料性能的影響的研究相對較少，缺乏對實際施工的指導(dǎo)。因此本文基于實際就地?zé)嵩偕┕?，采用正交試驗，探討舊瀝青混合料加熱溫度、拌和溫度、拌和時間對再生瀝青混合料性能的影響，以期優(yōu)化就地?zé)嵩偕に?，指?dǎo)實際就地?zé)嵩偕┕ぁ?/p>

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗材料

1.1.1 RAP

RAP選自某高速公路的就地?zé)嵩偕椖?，采用離心分離方法分離RAP中舊集料及舊瀝青，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器回收舊瀝青。篩分結(jié)果見表1。

表1 RAP抽提篩分結(jié)果表

1.1.2 新舊瀝青

檢測結(jié)果見表2。

表2 新舊瀝青檢測結(jié)果表

1.1.3 再生劑

選用RA102型再生劑，其性能均滿足再生規(guī)范要求。見表3。

表3 再生劑檢測結(jié)果表

1.1.4 新集料

新集料采用輝綠巖，其性能指標(biāo)如表4所示。

表4 新集料檢測結(jié)果表

采用85%回收RAP，通過調(diào)整加入新集料粒徑，優(yōu)化再生瀝青混合料級配。見表5。

表5 再生瀝青混合料級配表

1.2 試驗方法

1.2.1 再生瀝青性能評價

(1)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)(以下簡稱試驗規(guī)程)中T 0604-2011、T 0606-2011、T 0605-2011試驗方法，分別檢測不同再生瀝青的針入度、軟化點、延度。

(2)采用動態(tài)剪切流變試驗(DSR)測定再生瀝青復(fù)數(shù)剪切模量G*、相位角δ，根據(jù)G*/sinδ表征瀝青高溫性能。其中，復(fù)數(shù)剪切模量G*是材料的最大剪切應(yīng)力與最大剪切應(yīng)變之比，表征材料在重復(fù)剪切荷載作用下變形總阻力的度量參數(shù)，相位角δ表征材料的粘彈性特征，δ越小說明材料粘彈性越強(qiáng)。

(3)采用瀝青彎曲蠕變勁度試驗(彎曲梁流變儀法，BBR)測定再生瀝青的彎曲蠕變勁度和m值。勁度越大表明其強(qiáng)度越高，受荷載作用更易產(chǎn)生脆性斷裂，表明其低溫性能越差；m值越大，瀝青勁度變化速率越快，溫度下降時越不易開裂，表明具有更好的低溫抗裂性。

1.2.2 再生瀝青混合料性能評價

1.2.2.1 車轍試驗

依據(jù)試驗規(guī)程中T 0719-2011車轍試驗對再生瀝青混合料高溫性能進(jìn)行評價，以動穩(wěn)定度DS為評價指標(biāo)，試驗溫度選取60 ℃。

1.2.2.2 小梁彎曲試驗

依據(jù)試驗規(guī)程中T 0715-2011彎曲試驗對再生瀝青混合料低溫性能進(jìn)行評價，試驗溫度取-10 ℃，加載速率取50 mm/min，以試件破壞時的最大彎拉應(yīng)變?yōu)樵u價指標(biāo)。

1.2.2.3 凍融劈裂試驗

依據(jù)試驗規(guī)程中T0729-2000凍融劈裂試驗對再生瀝青混合料試件的水穩(wěn)定性能進(jìn)行測定，以破壞前后的強(qiáng)度比來進(jìn)行評價。

2 再生瀝青性能研究

采用抽提蒸發(fā)法回收RAP中舊瀝青，調(diào)整再生劑摻量，利用高速剪切儀剪切制備再生瀝青，對不同再生劑摻量下的再生瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)試驗、DSR及BBR試驗，相應(yīng)結(jié)果如圖1～3所示。

圖1 不同再生劑摻量下再生瀝青三大指標(biāo)試驗結(jié)果曲線圖

圖2 不同再生劑摻量下再生瀝青76 ℃車轍因子試驗結(jié)果曲線圖

圖3 不同再生劑摻量下再生瀝青-12 ℃s、m值曲線圖

(1)由圖1可知，隨再生劑摻量增加，再生瀝青針入度、延度逐漸增大，軟化點逐漸降低。這是由于隨著再生劑的摻入，在老化瀝青中補(bǔ)充部分輕質(zhì)組分，使其軟化，黏度降低，因此其高溫抗變形能力有所下降，低溫抗變形能力增加。根據(jù)三大指標(biāo)性能恢復(fù)情況，推薦再生劑摻量為4%～6%。

(2)再生劑的摻入對老化瀝青的高溫性能存在不利影響，隨摻量增加影響程度逐漸減小并趨于平穩(wěn)。由圖2可知，隨著再生劑的摻入，瀝青76 ℃車轍因子大幅減小，與原舊瀝青相比，4%摻量下再生瀝青76℃車轍因子降幅達(dá)45%。因此從瀝青高溫性能角度出發(fā)，再生劑摻量不宜過大。

(3)再生劑可有效恢復(fù)老化瀝青的低溫性能，修復(fù)改善效果隨摻量增加而增強(qiáng)。由圖3可知，隨著再生劑的摻入，瀝青蠕變勁度大幅減小，m值大幅增大，且隨摻量的增加繼續(xù)減小或增大。這主要是由于再生劑對老化瀝青結(jié)構(gòu)組成的改善，增加其輕質(zhì)組分，從而提升其低溫性能。

(4)由三大指標(biāo)試驗結(jié)果推薦再生劑摻量為4%～6%，基于BBR試驗考慮4%摻量下再生瀝青蠕變勁度為316.2 MPa，>300 MPa，m值為0.278，<0.3，不滿足SHRP規(guī)范中要求，因此優(yōu)選再生劑摻量為6%。

3 再生瀝青混合料性能研究

3.1 正交試驗

根據(jù)前文確定的最佳再生劑摻量及級配，通過馬歇爾試驗得到再生瀝青混合料最佳瀝青用量為4.6%。采用正交試驗設(shè)計方法，選取舊瀝青混合料加熱溫度、拌和溫度、拌和時間3種就地?zé)嵩偕に囉绊懸蛩?，每個因素選取3個水平，設(shè)計L9(34)正交試驗表，通過改變?nèi)齻€影響因素，成型再生瀝青混合料試件，并進(jìn)行車轍試驗、小梁彎曲試驗以及凍融劈裂試驗，結(jié)果如表6所示。

表6 再生瀝青混合料正交試驗設(shè)計及結(jié)果表

3.2 極差分析

采用極差分析法進(jìn)行定量分析，其中ki表示某因素第i水平對應(yīng)試驗指標(biāo)的平均值，極差為ki(i=1，2，3)中最大值與最小值的差值，極差越大說明其影響程度越大。見表7和圖4～6。

表7 再生瀝青混合料性能極差分析表

圖4 不同舊瀝青混合料加熱溫度下混合料性能曲線圖

圖5 不同拌和溫度下混合料性能曲線圖

圖6 不同拌和時間下混合料性能曲線圖

(1)就地?zé)嵩偕に嚨娜齻€影響因素中，舊瀝青混合料加熱溫度對再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)性能影響均最大，拌和溫度次之，拌和時間基本無影響。三種影響因素各性能指標(biāo)極差大小排序均為：舊瀝青加熱溫度>拌和溫度>拌和時間，其中，動穩(wěn)定度極差為：1 572.50>935.03>206.12。

(2)隨舊瀝青混合料加熱溫度上升，再生瀝青混合料水穩(wěn)性能線性下降，高溫性能逐漸增強(qiáng)，這可能是由于RAP預(yù)熱溫度的上升，更有利于RAP的分散與舊瀝青的流動，從而提升其高溫性能；低溫性能則先增大后減小，這是由于預(yù)熱溫度到達(dá)120 ℃，使得RAP更易分散，結(jié)團(tuán)率下降，減少應(yīng)力薄弱點，而溫度過高，對老化瀝青混合料造成二次老化，使其低溫性能下降。綜上，舊瀝青混合料加熱溫度可優(yōu)先采用120 ℃。

(3)隨拌和溫度的上升，再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)性能均先增強(qiáng)后減弱，這是由于隨著拌和溫度上升，舊瀝青流動性增強(qiáng)，舊瀝青混合料更易拌和，分布更為均勻，因此性能有所增強(qiáng)；而升至180 ℃，溫度過高，使得再生瀝青混合料拌和工程中老化嚴(yán)重，各項性能均產(chǎn)生減弱現(xiàn)象。因此，最佳拌和溫度為160 ℃。

(4)拌和時間的調(diào)整對再生瀝青混合料的性能影響甚微，這可能是由于3 min的拌和時間已使再生瀝青混合料得到有效拌和，拌和時間繼續(xù)延長對混合料性能基本不再產(chǎn)生影響。因此，再生瀝青混合料拌和時間選定為3 min即可。

3.3 方差分析

采用方差分析判斷就地?zé)嵩偕に囍懈魇┕ひ蛩貙旌狭闲阅艿挠绊懗潭龋渲蠪>99.01表示影響及其顯著，99.01>F>19.0表示影響顯著，19.0>F>9.0表示有一定影響，F(xiàn)<9.0表示影響不顯著。見表8。

表8 再生瀝青混合料性能方差分析表

動穩(wěn)定度的R2為0.847，<0.95，說明擬合效果較差，所得影響程度指標(biāo)無比較價值。由最大彎拉應(yīng)變、凍融劈裂殘留強(qiáng)度比指標(biāo)可知，影響再生瀝青混合料低溫性能及水穩(wěn)性能的主要因素為舊瀝青混合料加熱溫度，拌和溫度次之。

4 結(jié)語

(1)再生劑的摻入可有效改善舊瀝青的低溫性能，但對高溫性能存在不利影響，綜合比選各項性能，最終優(yōu)選再生劑摻量為6%。

(2)基于極差分析，就地?zé)嵩偕に囍械娜N施工因素對再生瀝青混合料路用性能影響程度排序為：舊瀝青加熱溫度>拌和溫度>拌和時間。

(3)基于方差分析，發(fā)現(xiàn)影響再生瀝青混合料低溫性能及水穩(wěn)性能的主要因素為舊瀝青混合料加熱溫度，拌和溫度次之，拌和時間基本無影響。

(4)三種施工影響因素最佳組合為：舊瀝青加熱溫度為120 ℃、拌和溫度為160 ℃、拌和時間為3 min。