熱再生瀝青混合料耐久性研究

徐志榮

(陜西省延安公路管理局，陜西延安 716000)

0 引言

路面維修改造會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料。瀝青混合料再生技術(shù)可以充分利用回收瀝青混合料(RAP)，出于節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的需要，該技術(shù)將會(huì)得到廣泛使用。由于添加了RAP，再生瀝青混合料的耐久性能成了關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然RAP中的老化瀝青靠再生劑進(jìn)行了軟化恢復(fù)，但其經(jīng)受攤鋪和使用期間的老化后，路用性能如何尚無(wú)定論，對(duì)再生混合料的耐久性能評(píng)價(jià)也缺乏系統(tǒng)研究。

本文通過(guò)對(duì)熱再生瀝青混合料的短期老化(STOA)和長(zhǎng)期老化(LTOA)模擬，采用多個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)不同壽命階段的熱再生瀝青混合料的路用性能，以此研究其耐久性。

表1 瀝青技術(shù)性能指標(biāo)

1 試驗(yàn)材料

1.1 瀝青膠結(jié)料和集料

瀝青膠結(jié)料選用埃索90號(hào)瀝青，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。再生劑是自行配制的，技術(shù)性能見(jiàn)表2，再生劑摻量為老化瀝青的10%。粗集料采用石灰?guī)r破碎的碎石;細(xì)集料采用石灰?guī)r石屑;填料采用石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，各檔料的密度見(jiàn)表3。集料的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

表2 再生劑技術(shù)性能

表3 礦料的密度

1.2 回收料

回收瀝青混合料(RAP)中瀝青含量為4.5%，RAP礦料級(jí)配篩分結(jié)果見(jiàn)表4，不滿足規(guī)范級(jí)配的要求，需摻加新集料加以調(diào)整。

表4 RAP篩分結(jié)果和AC-16型礦料級(jí)配

1.3 混合料配合比設(shè)計(jì)

熱再生瀝青混合料配合比按馬歇爾法設(shè)計(jì)，試驗(yàn)級(jí)配為AC-16型，見(jiàn)表4。其中RAP摻量分別為20%和40%。根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)確定的最佳瀝青用量為4.5%。同時(shí)與未摻RAP的普通混合料進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試件制備

首先將預(yù)熱(120℃)的回收料放入拌鍋，將適量的再生劑加入并進(jìn)行拌和，然后將預(yù)熱的新礦料、瀝青及礦粉依次按設(shè)定的時(shí)間加入，將拌和均勻的混合料按試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行成型，并按要求切割成相應(yīng)尺寸的試件。

2.2 老化模擬

STOA用來(lái)模擬瀝青混合料在施工現(xiàn)場(chǎng)鋪筑過(guò)程中的老化，而LTOA用來(lái)模擬路面使用5年～7年服務(wù)年限內(nèi)的老化，在進(jìn)行長(zhǎng)期老化前需對(duì)其短期老化。老化模擬方法按SHRP瀝青混合料老化標(biāo)準(zhǔn)(SHRP M007)進(jìn)行。

STOA模擬方法:將拌和好的瀝青混合料攤鋪在搪瓷盤(pán)中，按21 kg/m2～22 kg/m2攤鋪均勻，然后將其放入135℃ ±1℃的烘箱中，在強(qiáng)制通風(fēng)的條件下恒溫4 h±5 min。經(jīng)上述方法模擬得到了短期老化混合料，然后按2.1節(jié)方法成型試件。短期老化的實(shí)質(zhì)是對(duì)混合料的老化。

LTOA模擬方法:將短期老化后的混合料，在規(guī)定的拌和溫度下成型試件。將成型好的試件置于85℃ ±1℃烘箱中，在強(qiáng)制通風(fēng)的條件下恒溫120 h±0.5 h，再將烘箱中試件自然冷卻至室溫。其實(shí)質(zhì)是在短期老化的混合料基礎(chǔ)上，再對(duì)成型試件進(jìn)行老化。

2.3 路用性能試驗(yàn)

瀝青混合料老化前后高溫、低溫和水穩(wěn)性能試驗(yàn)均按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 老化后高溫性能

從表5中結(jié)果可以看出，加入不同比例RAP的再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都比普通瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度高，并隨RAP摻加量增加，再生瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增大。由于回收料中的瀝青經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的使用而老化變硬，勁度變大，從而使再生瀝青混合料的高溫性能比普通瀝青混合料的好。

表5 瀝青混合料老化前后動(dòng)穩(wěn)定度

由此可見(jiàn)，采用同一級(jí)配不同比例回收料的再生瀝青混合料與普通瀝青混合料經(jīng)老化后，再生瀝青混合料相比普通瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度要大，永久變形量要小，即高溫穩(wěn)定性要好，說(shuō)明再生料是可以經(jīng)受長(zhǎng)期老化的。老化后再生瀝青混合料和普通瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均有較大程度的增加，僅從這一指標(biāo)來(lái)說(shuō)，很難區(qū)分其耐久性，還需綜合其他指標(biāo)來(lái)做出評(píng)價(jià)。

3.2 老化后低溫性能

瀝青混合料老化前后低溫彎曲試驗(yàn)極限彎拉應(yīng)變結(jié)果如圖1所示，由此表明，再生瀝青混合料的低溫性能與普通混合料處于同等水平。經(jīng)STOA后，不同RAP含量的再生瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變減小，極限破壞強(qiáng)度均上升，反映了混合料中的瀝青逐漸老化變硬的過(guò)程。

圖1 瀝青混合料老化前后極限彎拉應(yīng)變

圖2為瀝青混合料極限彎拉應(yīng)變經(jīng)歷STOA和LTOA后相比老化前的下降幅度，由此可見(jiàn)，經(jīng)STOA后再生瀝青混合料的極限應(yīng)變的下降幅度低于普通瀝青混合料。表明再生瀝青混合料老化后低溫性能不低于普通瀝青混合料，這與再生劑擴(kuò)散作用有很大關(guān)系。

圖2 混合料老化前后極限彎拉應(yīng)變下降量

LTOA后，瀝青混合料的極限彎拉應(yīng)變降低，低溫性能下降，這是瀝青不斷老化，硬度增加的結(jié)果。

總體來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)STOA和LTOA后，再生瀝青混合料的低溫性能稍低于普通瀝青混合料，但LTOA后的低溫性能的衰減速度比較緩慢。

3.3 老化后水穩(wěn)定性

圖3為再生瀝青混合料老化前后凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比(TSR)的試驗(yàn)結(jié)果。從圖3中可以看出:經(jīng)STOA后，不同瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比都增加，說(shuō)明STOA能提高再生瀝青混合料的水穩(wěn)性能。這是因?yàn)镾TOA期間瀝青充分浸潤(rùn)集料表面，同時(shí)瀝青中輕質(zhì)油分的揮發(fā)以及瀝青質(zhì)含量的增加，提高了瀝青的粘度，從而有利于瀝青和集料的粘附。再生瀝青混合料的提升幅度大于普通瀝青混合料。

除了上述原因外，由于拌和時(shí)RAP彼此之間的粘結(jié)，以及與新瀝青的粘結(jié)性能較差，在STOA過(guò)程中再生劑與老化瀝青充分融合，使新、老結(jié)合料在界面處的粘結(jié)變得更加緊密。與STOA后的結(jié)果比較，經(jīng)LTOA后瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比呈下降趨勢(shì)，即抗水損害能力變差。與之前相比，再生瀝青混合料下降的幅度與普通混合料相近。但經(jīng)STOA和LTOA后，再生瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比都大于普通瀝青混合料。

圖3 老化后瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，再生瀝青混合料具有良好的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)性，特別是高溫抗車轍性能。經(jīng)STOA和LTOA后，高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)性均有降低，但降幅較小，表明其耐久性能較好?？傮w來(lái)說(shuō)，再生瀝青混合料耐久性能和普通瀝青混合料沒(méi)有明顯區(qū)別。

4 結(jié)語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)相同條件下的老化后，再生瀝青混合料比普通瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度要大，從高溫穩(wěn)定性上來(lái)說(shuō)，再生瀝青混合料可以經(jīng)受長(zhǎng)期老化。

2)在相同的老化條件下，STOA后再生瀝青混合料低溫性能降幅低于普通瀝青混合料;而LTOA后再生瀝青混合料低溫性能降幅與普通瀝青混合料相當(dāng)。

3)STOA后再生瀝青混合料水穩(wěn)定性有所增加，而LTOA后水穩(wěn)定性下降，兩階段老化后再生瀝青混合料劈裂強(qiáng)度比均大于普通瀝青混合料。

4)綜合比較老化前后混合料多項(xiàng)路用性能的變化規(guī)律，證明再生瀝青混合料抗老化能力優(yōu)于普通瀝青混合料。

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