不同RAP摻量對(duì)混合料抗水損害性能的影響

安平　胡宗文

【摘 要】本文分析銑刨料不同摻量對(duì)混合料抗水損害性能的影響，評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能。

【關(guān)鍵詞】RAP；水損害因素；水穩(wěn)定性

【Abstract】in this paper， the influence of different mixing amount on the water damage resistance of the mixture is analyzed， and the water stability property of recycled asphalt mixture is evaluated.

【Key words】RAP； Water damage factors； Water stability

0 前言

水損害是瀝青路面破壞的一種重要形式，尤其是瀝青面層的早期破壞多與此有關(guān)。水損害是在水或凍融循環(huán)作用下，由于汽車動(dòng)載反復(fù)作用，進(jìn)入大瀝青面層空隙里的水對(duì)瀝青混合料引起沖刷和侵蝕，瀝青的粘附性下降，使瀝青膜從礦物表明脫落，從而瀝青路面產(chǎn)生坑槽、松散等破壞，最終表現(xiàn)為瀝青混合料的整體強(qiáng)度降低，因此瀝青混合料的水穩(wěn)定性最終是由浸水條件下瀝青混合料物理力學(xué)性能降低的程度來(lái)表征的。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的有浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂殘留強(qiáng)度試驗(yàn)、浸水劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)等。

現(xiàn)在高速公路使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)使用年限，瀝青混凝土面層的水穩(wěn)定性不足造成的路面早期水損害是重要原因。所謂瀝青路面的水損害是指，在水或凍融循環(huán)的作用下，水進(jìn)入瀝青路面孔隙裂縫內(nèi)，在瀝青路面上的車輛動(dòng)態(tài)荷載耦合作用下，不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸，兩種現(xiàn)象循環(huán)往復(fù)使得水分逐漸滲入到瀝青-集料界面上。水分在瀝青與集料界面上持續(xù)存在導(dǎo)致瀝青的粘附性逐漸降低直到失去粘結(jié)力，瀝青與集料剝離，直觀上的表現(xiàn)就是瀝青混合料松散、掉粒最終形成坑槽等水損現(xiàn)象。

除荷載和水分等外部因素，水穩(wěn)性主要決定因素是瀝青混合料本身的抗水損害的能力。已有研究表明，同樣是混合料設(shè)計(jì)合格的情況下，不均勻的混合料更易產(chǎn)生水損害。RAP材料與新料存在些許差異，更易出現(xiàn)拌合不均勻的現(xiàn)象，同時(shí)，回收的舊混合料表面的灰塵如果去除不干凈勢(shì)必會(huì)影響與新料的粘結(jié)。因此，評(píng)價(jià)再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性尤為重要的工作。

1 瀝青混合料水損害的作用機(jī)理

瀝青與集料之間的粘附理論是瀝青混合料水損害作用機(jī)理的主要依據(jù)。所謂粘附，是指一種物體和另一種物體粘結(jié)時(shí)的物理作用。

通常用來(lái)解釋瀝青與集料間粘附性的理論有四種，分別是分子定向理論、表面能理論、化學(xué)反應(yīng)理論和力學(xué)理論。

1.1 分子定向理論

分子定向理論的觀點(diǎn)是，瀝青之所以會(huì)與集料間產(chǎn)生吸附性是因?yàn)闉r青中的表面活性物質(zhì)與集料表面形成了定向吸附。

組成表面活性物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的，包括極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)，極性基團(tuán)所帶的偶極矩是產(chǎn)生力場(chǎng)的根本原因。從微觀角度分析瀝青與集料的粘附，其過(guò)程如下：瀝青與集料接觸后，瀝青材料的表面活性物質(zhì)在集料表面首先發(fā)生極性分子的定向排列而形成吸附層；同時(shí)，極性力場(chǎng)中的非極性分子得到記性感應(yīng)獲得定向能力，形成致密的表面吸附層。由于水是極性分子且含有極性較強(qiáng)的氫鍵，所以水對(duì)石料的吸附力是很強(qiáng)的，低吸附性石油瀝青與親水性的石料粘附時(shí)僅有的物理吸附在水的作用下是很容易被破壞的。

1.2 表面能理論

表面能理論認(rèn)為，能量原理是瀝青與集料間粘附性的根本原因，即瀝青潤(rùn)濕了集料表面形成的。瀝青的潤(rùn)濕能力與其他液體一樣取與其自身粘結(jié)力有關(guān)。

在混合料拌合過(guò)程中瀝青擴(kuò)散到礦料表面會(huì)產(chǎn)生能量交換，此交換是一種表面現(xiàn)象，靠的是瀝青與集料的相互吸引。但是水對(duì)集料的粘附力要比瀝青對(duì)集料的大得多，因此，水可以可破壞瀝青與集料間形成的界面，使得瀝青脫離集料產(chǎn)生水損害。

1.3 化學(xué)反應(yīng)理論

化學(xué)反應(yīng)理論的觀點(diǎn)為：瀝青與礦料形成粘附性是由于在兩者的接觸面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。該理論解釋了堿性集料與酸性集料在與瀝青粘附性上有差異的原因。

1.4 力學(xué)理論

該理論認(rèn)為瀝青與快料的粘附性主要是由分子間作用力形成的。

礦料的表面從微觀上來(lái)講是粗糙、高低不平的，這增大了礦料的表面積，使得瀝青與礦料的接觸面積增大，從而提高了兩者之間的粘結(jié)力。除此之外，礦料還存在形態(tài)各異的孔隙和微裂縫，對(duì)瀝青產(chǎn)生毛細(xì)管吸附作用，更增大了瀝青與礦料間的粘結(jié)性。另一點(diǎn)就是，在混合料拌合和攤鋪過(guò)程中，由于溫度較高，瀝青是以液態(tài)的形式滲入礦料的孔隙與裂縫中的，隨著溫度的下降瀝青逐漸硬化產(chǎn)生楔入與錨固作用，增強(qiáng)了瀝青與礦料之間的機(jī)械結(jié)合力。

以上四種理論從四種不同的角度解釋了瀝青與礦料的粘附機(jī)理，但由于瀝青與礦料之間的作用十分復(fù)雜，任何一種理論的解釋都是有限的，只有相互補(bǔ)充說(shuō)明才能更好的解釋瀝青與礦料的吸附機(jī)理。

2 瀝青混合料水損害的影響因素

瀝青混合料的水損害主要與兩種現(xiàn)象有關(guān)：一是，瀝青與礦料間粘附性過(guò)小；二是，瀝青的粘聚性減弱。綜合四種理論對(duì)上述兩種現(xiàn)象的分析，現(xiàn)將影響瀝青混合料水穩(wěn)定性的因素總結(jié)如下：

2.1 集料性質(zhì)

含有較高硅質(zhì)的酸性集料呈現(xiàn)較強(qiáng)的親水性，更易受到水的作用導(dǎo)致與瀝青剝落，堿性集料則與此相反，具有優(yōu)于酸性集料的抗剝落性能；集料的表面化學(xué)性質(zhì)、表面積和空隙率等都會(huì)對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；集料表面的潔凈度對(duì)其與瀝青的粘附性也有很大影響，潔凈的集料與瀝青的粘附性要好些；集料的致密度和吸水率也對(duì)混合料的水穩(wěn)定性有一定影響。

2.2 瀝青性質(zhì)

由于粘性大的瀝青中的極性物質(zhì)較多且有良好的潤(rùn)濕性，所以以粘性大的瀝青為膠結(jié)料制成的混合料的水穩(wěn)定性較好；瀝青的組成成分也是混合料的水穩(wěn)定性的一個(gè)重要影響因素，如經(jīng)過(guò)聚合物改性的瀝青制得的混合料的水穩(wěn)定性較好。

2.3 混合料類型

瀝青面層的混合料級(jí)配選擇對(duì)于其抗水損害能力有很大影響。研究表明，瀝青路面的空隙率在8%以下時(shí)，瀝青層中的水在動(dòng)荷載的作用下一般不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，從而不會(huì)造成水損害。

2.4 施工碾壓

瀝青路面如在雨天施工，路面碾壓過(guò)程中會(huì)將一部分水封閉在瀝青混合料中，這部分水將對(duì)瀝青混合料的粘結(jié)性造成重大損害；寒冷潮濕的氣候條件下進(jìn)行瀝青路面的施工更是對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性影響巨大；碾壓工藝對(duì)混合料的各項(xiàng)路用性能均有不同程度的影響，如果碾壓不足，混合料則存在較大的空隙率，不僅使得水更易進(jìn)入混合料和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成早期水損害，還會(huì)產(chǎn)生早期的壓密型永久變形。

2.5 離析和不均勻

瀝青路面的水損害并不是在長(zhǎng)達(dá)幾百甚至上千公里的瀝青路面的各個(gè)部分都發(fā)生的，而是在局部發(fā)生，有可能是若干小坑、一段行車道或者連續(xù)幾公里損壞。之所以在局部發(fā)生是因?yàn)榛旌狭显谶@局部發(fā)生離析，或者因?yàn)楦鞣N原因形成的混合料不均勻。

3 瀝青混合料的水穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性一般從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是，評(píng)價(jià)瀝青與礦料之間的粘附性，二是，直接評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。本文直接對(duì)新拌瀝青混合料和再生瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。

本論文采用LMT-3型瀝青混合料材料性能試驗(yàn)系統(tǒng)，按照《瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（T0729-2000）中的操作步驟，并在試件抽真空后封裝時(shí)采用了CORELOK進(jìn)行真空封裝，以保證試件空隙充滿水后凍結(jié)。試件直徑100mm、高63.5mm，空隙率控制在6%～8%之間。試驗(yàn)溫度為25℃，加載速率為50mm/min。以試驗(yàn)荷載最大值計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度，以經(jīng)受凍融循環(huán)的試件的劈裂抗拉強(qiáng)度與未經(jīng)受凍融循環(huán)的試件的劈裂抗拉強(qiáng)度的比值的百分?jǐn)?shù)作為凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR，來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

本文比較了不同RAP摻量對(duì)混合料抗水損害性能的影響，30%比例摻加了2%普通硅酸鹽水泥作為抗剝落劑對(duì)比驗(yàn)證。

由圖1、圖2、表1可以看出，再生瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度較新拌瀝青混合料強(qiáng)度有提高，隨著RAP料的摻加，混合料劈裂強(qiáng)度及損失區(qū)別并不大，摻加2%水泥作為抗剝落劑后，TSR值有明顯改善，施工過(guò)程建議采用摻加2%水泥以提高再生混合料的使用性能。

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[責(zé)任編輯：王楠]