再生瀝青混合料水溫性能分析與評價

王立志

（太原理工大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引言

我國高速公路已逐步進(jìn)入養(yǎng)護(hù)維修階段，這期間會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，對舊瀝青混合料進(jìn)行再生利用，能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，節(jié)省工程投資，同時有利于處理廢料、保護(hù)環(huán)境，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會、環(huán)境效益[1]。隨著近年來人們對環(huán)保、社會效益的關(guān)注，瀝青路面再生利用技術(shù)必將在未來得到更廣泛應(yīng)用[2]。

項目依托工程是南方某高速公路就地?zé)嵩偕椖?，由于工程所處地段全年高溫持續(xù)時間長，降雨多，空氣濕度大，溫度穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的優(yōu)劣顯得更加重要，故本文主要研究在舊瀝青混合料中摻入不同類型再生劑和不同比例新料后再生料水溫性能的變化情況。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料性能

試驗中的舊料采用從南方某高速公路銑刨回的舊瀝青混合料（簡稱RAP），對舊料進(jìn)行抽提回收試驗，得到舊料的級配和瀝青含量如表1。

表1 舊瀝青混合料的級配及瀝青含量

采用的再生劑有成品再生劑A和自制再生劑B，其基本性能如表2。

表2 兩種再生劑的技術(shù)性能指標(biāo)

新料級配為AC-13，采用70號普通瀝青，礦料為普通石灰?guī)r，各項技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求[3]。新舊瀝青的三大指標(biāo)如表3。

1.2 再生劑摻量確定

在抽提回收的舊瀝青中加入不同比例的再生劑，進(jìn)行瀝青三大指標(biāo)試驗，結(jié)果如表4，當(dāng)再生劑摻量達(dá)到舊瀝青用量的20%，即占舊瀝青混合料的1%時，其三大指標(biāo)中針入度和軟化點已經(jīng)滿足目標(biāo)瀝青AH-50號的要求。

表4 再生瀝青三大指標(biāo)

1.3 試驗方案

就地?zé)嵩偕鸀r青混合料由于舊料使用比例大，其路用性能很大一部分取決于舊料自身的性質(zhì)。本試驗方案首先對從工地銑刨的舊瀝青混合料進(jìn)行溫度穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性試驗，針對舊混合料的實際特性，擬研究5%、15%、25%這3種新料摻配率較低情況下，分別摻入A再生劑（占舊瀝青混合料質(zhì)量1%）和B再生劑（占舊瀝青混合料質(zhì)量1%），進(jìn)行再生混合料的高溫穩(wěn)定性試驗、低溫抗裂性試驗及水穩(wěn)定性試驗，分析再生混合料的性能變化情況，比較在不同再生劑和新料摻量下再生效果的優(yōu)劣。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

車轍問題是瀝青路面高溫穩(wěn)定性良好與否的集中體現(xiàn)，鑒于此，采用目前廣泛應(yīng)用并納入現(xiàn)行試驗規(guī)范的車轍試驗方法。試件用輪碾法成型300 mm×300 mm×50 mm車轍板，試驗溫度60℃，試驗輪與試件接觸壓強(qiáng)為0.7 MPa±0.05 MPa，采用自動車轍儀測試[4]，試驗結(jié)果如表5。

表5 車轍試驗結(jié)果（60℃）

圖1 再生料動穩(wěn)定度與新料摻配比例關(guān)系

由表5和圖1可知，舊料的動穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于規(guī)范要求，車轍深度卻比較小。隨著新料摻量的增加再生料的動穩(wěn)定度值呈現(xiàn)下降趨勢，并且摻入B再生劑后動穩(wěn)定度下降幅度明顯大于摻入A再生劑的。

綜合上述試驗數(shù)據(jù)與所示規(guī)律，對于再生瀝青混合料來講，其動穩(wěn)定度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范要求，對此可不做要求或者重新劃定界限；但是應(yīng)對其動穩(wěn)定度上限做出要求，因為動穩(wěn)定度不能過高，除非其他方面性能（低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等）滿足要求。

2.2 再生瀝青混合料的低溫抗裂性

混合料的低溫抗裂性有許多評價方法，本文采用已納入現(xiàn)行規(guī)范的瀝青混合料彎曲試驗分析再生混合料低溫性能，通過輪碾法切割成型試件，按照現(xiàn)行規(guī)范各項規(guī)定執(zhí)行，試件尺寸為30 mm（寬）×35 mm（高）×250 mm（長），跨徑為 200 mm；試驗溫度-10℃，保溫大于3 h，加載速率50 mm/min，采用LWWL低溫彎拉試驗儀進(jìn)行，結(jié)果如表6。

表6 低溫小梁彎曲試驗

圖2 再生料彎拉破壞應(yīng)變與新料摻配比例關(guān)系

一般認(rèn)為彎拉應(yīng)變反映瀝青混合料的變形能力，是評價其低溫性能的主要指標(biāo)，彎拉應(yīng)變越大，則混合料低溫抗裂性能就越好。試驗結(jié)果表明，舊料的彎拉破壞應(yīng)變已不滿足規(guī)范的要求，其低溫抗裂性差，然而再生料的抗彎拉強(qiáng)度和彎拉破壞應(yīng)變都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范要求，彎曲勁度模量則低于舊料，說明其低溫抗裂性能得到很好改善。隨著新料摻量增加，其彎拉破壞應(yīng)變在增大，再生料的低溫性能就越好。從圖2中可知，當(dāng)新料摻量相同時，摻B再生劑的混合料的破壞應(yīng)變大于摻A再生劑的，即摻B再生劑后對混合料低溫性能的改善較摻A再生劑明顯。

2.3 再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性

本文采用規(guī)范中推薦的浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗來評價再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性，成型63.5 mm±1.3 mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，嚴(yán)格按照試驗規(guī)程的操作方法測試，試驗結(jié)果如表7。

表7 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

圖3 再生料殘留動穩(wěn)定度與新料摻配比例關(guān)系

圖4 再生料凍融劈裂比與新料摻配比例關(guān)系

由試驗結(jié)果可知，原舊料的水穩(wěn)定性比較差，無論殘留穩(wěn)定度還是凍融劈裂比均不符合規(guī)范要求。隨著新料摻量的增加，再生混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比都得到提升。3種新料摻量的再生混合料浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度值都滿足規(guī)范的要求。由于凍融劈裂試驗的條件苛刻，摻入A再生劑的混合料在新料摻量為25%時凍融劈裂比才符合規(guī)范要求，摻入B再生劑的混合料在新料摻量為15%時凍融劈裂比就符合規(guī)范要求，并且在新料摻量相同的情況下，摻入B再生劑的再生混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂比均大于摻入A再生劑的，由此可知B再生劑對瀝青混合料水穩(wěn)定的改善效果比A再生劑好。

3 結(jié)論

通過對不同再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性的性能分析，可以得知：

a）舊料的高溫穩(wěn)定性比較好，低溫抗裂性和水穩(wěn)定性差，當(dāng)摻入不同再生劑和一定比例新料后其低溫抗裂性和水穩(wěn)定性得到明顯提升，再生后的改善效果明顯。

b）在評價舊料的高溫穩(wěn)定性時發(fā)現(xiàn)舊料的動穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范要求，再生后動穩(wěn)定度仍舊較高，建議應(yīng)該進(jìn)一步研究提出再生混合料動穩(wěn)定度的上限值。

c）B再生劑對舊料低溫抗裂性和水穩(wěn)定性的改善效果優(yōu)于A再生劑，當(dāng)選用B再生劑時，新料摻量達(dá)到15%即可滿足基本性能的要求，當(dāng)選用A再生劑時，新料摻量達(dá)到25%也可滿足基本性能要求。