高速公路舊瀝青混凝土路面材料性能分析與評價

朱曉煜

（同濟大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室 上海 201804）

為了推廣公路養(yǎng)護新技術(shù)、節(jié)約能源、保護環(huán)境，瀝青路面的局部破損采用就地再生技術(shù)進行維修［1］。在對高速公路瀝青路面局部破損處就地再生技術(shù)進行維修之前，需要將破損處瀝青面層AC－13型瀝青混合料銑刨，并回收銑刨料的舊瀝青和集料，測定舊瀝青的含量，以及舊瀝青性質(zhì)，分析回收集料的級配特點；為考慮現(xiàn)場熱再生時銑刨料在加熱拌和過程中的二次老化，將銑刨料在現(xiàn)場直接加入養(yǎng)護綜合車加熱拌和，并將拌和后的瀝青混合料取回進行室內(nèi)試驗，分析瀝青、集料的性質(zhì)。根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，評價舊瀝青混合料的性能，考察其再生利用的適用性，指導(dǎo)后續(xù)再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計［2－3］。

1 RAP料備料

通過銑刨機獲得的銑刨料為塊狀材料，對其進行室內(nèi)試驗測定和性能分析之前需進行預(yù)處理［4］。預(yù)處理過程中應(yīng)注意：

（1）避免銑刨料加熱過程中的二次老化。若烘箱溫度設(shè)置過高或加熱時間過長，銑刨料中的舊瀝青可能會產(chǎn)生二次老化，與實際銑刨料中的舊瀝青性質(zhì)產(chǎn)生差異。

（2）避免銑刨料中的集料破碎。集料破碎會增大RAP料變異性或?qū)е翿AP料中集料的進一步細(xì)化等。

2 RAP料中瀝青回收方法

銑刨料中瀝青回收大致可劃分為抽提、清除礦粉和蒸餾3個步驟［5－6］。

（1）瀝青抽提。瀝青抽提需注意方法和溶劑的選擇2個關(guān)鍵點。JTJ052－2000中的瀝青混合料抽提的方法有脂肪抽提器法、回流抽提儀法和離心分離法3種，離心分離法設(shè)備簡單，適于常溫操作從而有效避免加熱過程中回收瀝青的二次老化現(xiàn)象，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛，因此本文采用離心分離法作為瀝青抽提的方法，并對試驗過程進行嚴(yán)格控制，以減少抽提液等的損失。同時選用加有穩(wěn)定劑的工業(yè)用三氯乙烯作為瀝青抽提過程中使用的溶劑。

（2）清除礦粉。清除抽提液中的礦粉是RAP料中瀝青回收過程中很重要的一個環(huán)節(jié)。離心分離過程中需注意：①倒入離心管的抽提液不宜太滿，避免離心機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中離心管傾斜導(dǎo)致抽提液灑出或產(chǎn)生偏心現(xiàn)象，影響試驗結(jié)果；②從離心管中倒出經(jīng)離心分離后的抽提液時應(yīng)保留離心管底部的部分抽提液，防止帶入已沉淀在離心管底部的礦粉。

經(jīng)離心分離后的抽提液還需檢驗其中的礦粉是否清除干凈。依據(jù)JTG E20－2011，用坩堝取用少量經(jīng)離心分離后的抽提液，置于500℃的高溫爐中燃燒4h后，稱量后發(fā)現(xiàn)坩堝中的礦粉質(zhì)量已可以忽略不計。

（3）溶液蒸餾。本研究采用阿布森法對抽提液進行蒸餾，但仍需注意對溫度和CO2氣體流量的控制，原因在于：①溫度太高容易引起抽提液中舊瀝青的二次老化，并可能造成燒瓶內(nèi)抽提液的沸騰，而溫度太低不能保證三氯乙烯溶劑的揮發(fā)；②通入的CO2氣體能有效避免舊瀝青的二次老化以及抽提液的沸騰。本研究依據(jù)JTGE20－2011方法T726－2011中的規(guī)定，蒸餾過程中不斷增加加熱溫度并最終控制燒瓶內(nèi)溫度為160℃左右，不斷增加CO2氣體流量并最終控制在1 400mL／min。許多研究成果表明，少量的三氯乙烯也會對回收的舊瀝青的性質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。因此，本試驗中為了保證回收的舊瀝青中的三氯乙烯溶劑盡可能地被充分清除，操作上一定要做到嚴(yán)格控制溫度、時間等。

3 RAP料中集料回收方法

參考JTGE20－2011中方法T0722－1993，將抽提過瀝青溶液后容器中的集料放入（105±5）℃烘箱中烘干。

4 RAP料中集料級配分析

選擇高速局部破損較嚴(yán)重段落K36＋220（已使用10年）和K54＋300（已使用5年），將破損處銑刨，為考慮現(xiàn)場高溫加熱對舊瀝青性能的影響，取部分銑刨料直接加入到綜合養(yǎng)護車內(nèi)拌和，分別對上述4種舊料進行分析。

按照上述RAP料中集料回收方法，依據(jù)JTGE42－2005中方法T0302－2005對回收得到的RAP料中集料進行篩分，見圖1和圖2，計算RAP料中集料的級配組成。

圖1 抽提完集料烘干

圖2 集料篩分

將RAP料中集料級配曲線與JTGF40－2004中規(guī)定的AC－13型混合料礦料級配范圍中值比較后發(fā)現(xiàn)，RAP料中粗集料的數(shù)量明顯偏少，見圖3。分析其可能原因，有如下幾點：①路面原材料中部分粗骨料的壓碎值不滿足規(guī)范要求；②原路面粗骨料可能在重載作用下被壓碎；③原路面銑刨過程中粗骨料可能被碾碎。

圖3 不同年份RAP料抽提后篩分結(jié)果

由于RAP料級配曲線中對應(yīng)的粗骨料缺乏，因此為保證混合料良好的性能，在再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計中應(yīng)注意補充適當(dāng)?shù)拇止橇稀?/p>

5 RAP料中瀝青含量

準(zhǔn)確測定RAP料中瀝青含量是再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計的基礎(chǔ)，它直接關(guān)系到再生瀝青混合料中新瀝青摻量的確定。依據(jù)JTGE20－2011中方法T0722－1993，試驗測定了不同年份RAP料中瀝青含量，測定結(jié)果見表1。

表1 RAP料中瀝青含量試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果

試驗過程中應(yīng)對各個環(huán)節(jié)的操作嚴(yán)格把關(guān)，至少要注意2個關(guān)鍵點：①要盡可能地將RAP料上的舊瀝青抽提干凈，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進行數(shù)次重復(fù)抽提，以免抽提后的舊集料上有舊瀝青殘存而影響RAP料中瀝青含量測定的準(zhǔn)確性；②要準(zhǔn)確測定抽提液中礦粉的含量。

6 RAP料中瀝青性質(zhì)

在再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計中，為了能夠正確地選擇合適的瀝青再生方法，選擇合理標(biāo)號的新瀝青及再生劑的摻量，必須首先準(zhǔn)確測定RAP料中瀝青必要的技術(shù)指標(biāo)。

選擇高速局部破損較嚴(yán)重段落K36＋220（已使用10年）和K54＋300（已使用5年），將破損處銑刨，為考慮現(xiàn)場高溫加熱對舊瀝青性能的影響，取部分銑刨料直接加入到綜合養(yǎng)護車內(nèi)拌和，分別對上述4種舊料進行分析。按照上述RAP料中瀝青回收方法，依據(jù)JTGE20－2011中方法T0604－2011，T0605－2011，T0606－2011和T0603－2011，分別測定RAP料中瀝青的25℃針入度、軟化點、15℃延度，測試結(jié)果見表2及圖4～圖6。

表2 RAP料中瀝青性質(zhì)

圖4 回收瀝青軟化點對比

圖5 回收瀝青15℃延度對比

圖6 回收瀝青25℃針入度對比

由RAP回收瀝青性質(zhì)分析：RAP料中瀝青的25℃針入度、軟化點和15℃延度均不能滿足規(guī)范要求，其中25℃針入度和15℃延度大幅度降低，軟化點升高，RAP料中瀝青已嚴(yán)重老化；與使用5年的瀝青相比，使用10年的瀝青軟化點有所升高，25℃針入度和15℃延度大幅度降低；相同的RAP料經(jīng)過加熱拌和后，老化程度進一步加重。

7 結(jié)語

（1）通過分析銑刨料中回收的舊瀝青性能，銑刨料中瀝青含量較高，再生利用價值高。25℃針入度和15℃延度大幅度降低，軟化點升高，RAP料中瀝青已嚴(yán)重老化。

（2）通過分析不同使用年份的瀝青混合料銑刨料，與使用5年的瀝青相比，使用10年的瀝青軟化點有所升高，25℃針入度和15℃延度大幅度降低。故下一步選擇合適的再生劑并確定合理的再生劑摻量，使得舊瀝青性質(zhì)得以恢復(fù)。

（3）RAP料經(jīng)過現(xiàn)場直接加熱拌和后，老化程度進一步加重。故有必要對RAP料在拌和過程中二次老化特性進行研究，選擇合適的溫拌劑，確定合理的拌和溫度，從而減少RAP料中瀝青的二次老化。

（4）RAP料級配曲線中對應(yīng)的粗骨料缺乏，為保證再生混合料良好的性能，在再生瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計中應(yīng)注意補充適當(dāng)?shù)拇止橇稀?/p>

［1］ 黃 勇.瀝青路面初期損壞現(xiàn)象及其特征分析［J］.交通科技，2004（4）：47－49.

［2］ 楊 平，聶憶華.舊瀝青路面材料再生利用調(diào)查和評價［J］.中外公路，2005（1）：98－101.

［3］ JFGF41－2008公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［4］ 呂偉民，嚴(yán) 家.瀝青路面再生技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，1989.

［5］ JTJ057－94公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，1994.

［6］ JTJ052－2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［7］ 耿九光，戴經(jīng)梁，陳忠達.熱再生瀝青混合料低溫抗裂性能全程評價［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2008（6）：1029－1032.