馬 俊

(山西晉焦高速公路有限公司， 山西 晉城 048000)

0 引言

到2020年底我國高速公路總里程達(dá)16.1萬km，長期服役后，現(xiàn)有運營道路大部分出現(xiàn)局部路段性能衰退的現(xiàn)象，公路建設(shè)的重點從新建進入新建與養(yǎng)護并重的新發(fā)展階段。據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生的RAP不少于2.2億t，且數(shù)量還在不斷增加。為了對RAP進行高效回收利用，廠拌熱再生技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用到瀝青路面改造中，以達(dá)到資源節(jié)約、循環(huán)利用的目的[1-3]。目前，廠拌熱再生技術(shù)主要還是應(yīng)用在瀝青路面中、下面層混合料中，在上面層應(yīng)用得較少，尤其是在上面層SMA-13瀝青混合料中應(yīng)用難度較大，混合料質(zhì)量不好把控。本文開展30%RAP摻量的再生SMA-13瀝青混合料試驗研究，驗證其在瀝青路面上面層中應(yīng)用的可行性。

1 RAP處理與性能試驗

瀝青路面在荷載、氣候等環(huán)境作用下，其路用性能逐漸劣化，因不同路段服役環(huán)境存在差異性，由此衍生出RAP性能變異性大、舊瀝青再生效果差等問題。

為控制RAP變異性，保證RAP性能的穩(wěn)定以及其再生SMA-13瀝青混合料的性能，本研究將舊路面上面層改性RAP單獨回收處理[4]。為更好地進行再生SMA-13瀝青混合料的級配合成與質(zhì)量控制，將其破碎篩分成8～15 mm(RAP1#)與0～8 mm(RAP2#)2檔規(guī)格[5]。RAP的抽提篩分結(jié)果及其相關(guān)性能試驗見表1與表2。由表2可知RAP的礦料技術(shù)指標(biāo)滿足上面層材料技術(shù)要求。

表1 RAP抽提試驗結(jié)果規(guī)格油石比/%通過下列方孔篩(mm)的質(zhì)量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075RAP1#4.0410094.159.723.5 18.4 15.3 13.0 11.1 9.7 8.6 RAP2#6.7210010010087.2 66.1 49.5 36.2 26.3 20.4 16.2

表2 RAP礦料技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)壓碎值/%表觀相對密度吸水率/%1#2#1#2#≤4.75 mm砂當(dāng)量/%試驗結(jié)果14.62.872 2.859 1.22 1.18 84技術(shù)要求≤26≥2.6≤2.0≥55

2 30%PAP改性舊瀝青再生試驗

2.1 再生劑摻量確定

改性舊瀝青的再生以恢復(fù)其基質(zhì)瀝青組分比例達(dá)到與新改性瀝青類似為目的。本研究優(yōu)選出高性能的RA-5型再生劑，以針入度指標(biāo)為評判標(biāo)準(zhǔn)，要求再生后的針入度指標(biāo)達(dá)到新瀝青的標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。舊瀝青再生試驗結(jié)果見表3，由表3可知回收的舊瀝青針入度指標(biāo)為35(0.1 mm)，表明其出現(xiàn)了一定程度的老化，但其針入度指標(biāo)遠(yuǎn)超規(guī)范要求，RAP具有良好的再生價值；當(dāng)再生劑摻量到達(dá)10%時，再生瀝青針入度略高于新瀝青，考慮到再生劑在試驗過程中的損耗，選取最佳摻量為10%[8]。

表3 舊瀝青再生試驗結(jié)果類別25 ℃針入度/0.1 mm軟化點/℃03565.044162.0不同再生劑摻量(%)下的舊瀝青再生試驗結(jié)果64660.085058.0105656.0新SBS改性瀝青試驗結(jié)果5480.0

2.2 熒光試驗

采用熒光顯微鏡對改性舊瀝青與再生瀝青進行制樣觀測，其熒光圖像見圖1。圖1(a)中熒光部分顆粒較大，原因是SBS改性劑發(fā)生氧化降解，其雙鍵斷裂，且基質(zhì)瀝青的輕質(zhì)油分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等組分在老化過程中發(fā)生變化，降低了SBS改性劑與瀝青的相容程度[9]。相比而言，圖1(b)中熒光部分形狀變得更為規(guī)則統(tǒng)一，數(shù)量增多，顆粒尺寸減小且較為統(tǒng)一，發(fā)生上述變化的原因是再生劑在一定程度上恢復(fù)了改性舊瀝青中基質(zhì)瀝青各組分的比例，進而恢復(fù)了SBS改性劑與基質(zhì)瀝青的相容程度，使原先團聚的SBS改性劑進一步分散于瀝青中，但再生瀝青中老化的SBS改性劑未能得到修復(fù)，因此未能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。

(a) 舊瀝青

(b) 再生瀝青

再生SMA-13瀝青混合料RAP摻量采用30%，其中,m(RAP1#)∶m(RAP2#)為25∶5。由表1可知RAP1#與RAP2#油石比分別為4.04%與6.72%，因此混合料油石比中舊瀝青比例為1.35%，混合料油石比中再生劑比例為0.14%[11]。根據(jù)SMA-13研究經(jīng)驗，預(yù)估再生SMA-13瀝青混合料油石比為6.0%，因此混合料油石比中新瀝青比例為4.51%，由此可得新瀝青與再生瀝青比例大約為3∶1，按此比例摻配后的融合再生瀝青技術(shù)指標(biāo)見表4，新SBS改性瀝青與融合再生瀝青的熒光圖像見圖2。由表4可知，新舊瀝青融合再生后的技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計要求[12]。由圖2(b)可知，融合再生瀝青的熒光圖像十分平滑均勻，SBS改性劑形狀、大小與圖2(a)極為相近，進一步表明30%RAP摻量可用于再生SMA-13瀝青混合料的試驗研究。

表4 新瀝青與融合再生瀝青試驗結(jié)果類別針入度25 ℃/0.1 mm軟化點/℃舊瀝青3565.0再生瀝青5656.0融合再生瀝青5468.0技術(shù)要求40～60≥60

(a) SBS改性瀝青

(b) 融合再生瀝青

2.3 PG分級試驗

本研究將新SBS改性瀝青與融合再生瀝青分別進行DSR試驗與BBR試驗，DSR試驗結(jié)果見圖3～5，BBR試驗結(jié)果見表5。由圖3與圖4可知融合再生瀝青具有很好的高溫抗車轍性能；由圖5可知融合再生瀝青融合再生瀝青具有很好的抗疲勞性能。由表5可知新SBS改性瀝青與融合再生瀝青在-12 ℃下的蠕變勁度均低于規(guī)范限制的最大值300 MPa，蠕變速率均大于規(guī)范限制的最小值0.3，表明這2種瀝青-12 ℃下的低溫性能滿足規(guī)范要求，且融合再生瀝青的蠕變勁度和蠕變速率與新SBS改性瀝青基本相當(dāng)，表明融合再生瀝青的低溫性能與SBS改性瀝青處于相同水平。綜合圖3～5與表5，新SBS改性瀝青與融合再生瀝青的PG分級結(jié)果均為PG76-22，進一步表明30%RAP摻量可用于再生SMA-13瀝青混合料。

圖3 未老化瀝青車轍因子

圖4 短期老化瀝青車轍因子

圖5 長期老化瀝青疲勞因子

表5 長期老化瀝青的BBR試驗結(jié)果瀝青類型-12 ℃-18 ℃S/MPamS/MPam新SBS改性瀝青1250.3284140.225融合再生瀝青1240.3304020.243技術(shù)要求≤300≥0.3≤300≥0.3

3 30%RAP摻量再生SMA-13瀝青混合料配合比設(shè)計

本研究SMA-13瀝青混合料級配范圍依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，30%RAP摻量再生SMA-13瀝青混合料合成級配4.75 mm篩網(wǎng)通過率為27%，合成級配曲線見圖6。

圖6 再生SMA-13瀝青混合料合成級配曲線

3.1 最佳油石比

以該級配計算并測定出4.75 mm以上粗集料的毛體積相對密度、全部礦料的毛體積相對密度及4.75 mm以上粗集料松方相對密度，計算4.75 mm以上粗集料的VCADRC，試驗結(jié)果見表6。以6%油石比進行再生SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗，其結(jié)果見表7。由表7可知再生SMA-13瀝青混合料油石比為6.0%時，其VCAmix≤VCADRC，再生瀝青混合料空隙率為3.9%，其余各項馬歇爾指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

表6 VCADRC計算結(jié)果礦料的毛體積相對密度4.75 mm以上粗集料毛體積相對密度4.75 mm以上粗集料松方相對密度4.75 mm以上粗集料VCADRC/%2.7272.7421.64140.2

表7 馬歇爾試驗技術(shù)指標(biāo)結(jié)果項目油石比/%最大理論相對密度空隙率/%穩(wěn)定度/kN毛體積相對密度飽和度/%VCAmix%再生SMA-136.02.5333.913.082.43575.838.8技術(shù)要求——3.0～4.5≥6.0—75～85

4 路用性能研究

采用6.0%油石比進行30%RAP摻量再生SMA-13與全新料SMA-13瀝青混合料路用性能對比分析，結(jié)果見表8。由表8可知該再生SMA-13瀝青混合料具有優(yōu)異的路用性能，僅低溫抗裂能力略低于全新料SMA-13瀝青混合料，但也滿足冬寒區(qū)、冬冷區(qū)以及冬溫區(qū)的技術(shù)要求，其余性能均與全新料SMA-13瀝青混合料相差不大，表明該再生SMA-13瀝青混合料完全可以在這3個氣候分區(qū)的瀝青路面上面層中應(yīng)用。

表8 路用性能試驗結(jié)果混合料動穩(wěn)定度/(次·mm-1)殘留穩(wěn)定度/%凍融劈裂強度比/%低溫破壞應(yīng)變析漏/%飛散損失/%全新料SMA-1311 25095.488.43 248×10-60.053.8再生SMA-1310 50094.686.92 824×10-60.054.2技術(shù)要求≥3 000≥85≥80≥2 800×10-6≤0.1≤15

5 結(jié)論

1)上面層RAP中舊瀝青出現(xiàn)一定程度的老化，從其性能指標(biāo)可以得出該RAP具有良好的再生價值，其再生劑摻量為舊瀝青質(zhì)量的10%。

2)融合再生瀝青與新SBS改性瀝青的熒光圖像極為相近，PG分級結(jié)果均為PG76-22，表明30%RAP摻量可用于再生SMA-13瀝青混合料。

3)30%RAP摻量再生SMA-13瀝青混合料具有優(yōu)異的路用性能，僅低溫抗裂能力略低于全新料SMA-13瀝青混合料，但滿足冬寒區(qū)、冬冷區(qū)以及冬溫區(qū)的技術(shù)要求，其余性能均與全新料SMA-13瀝青混合料接近，表明該再生SMA-13瀝青混合料完全可以在這3個氣候分區(qū)的瀝青路面上面層應(yīng)用。