熱再生瀝青混合料抗變形性能試驗(yàn)研究

邊 睿

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青混凝土路面具有初期造價(jià)低、噪聲低、路面平整度好、行車舒適性好等優(yōu)點(diǎn)，故在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。在瀝青路面運(yùn)營(yíng)的后期，磨光、車轍、松散等病害極大地影響公路的服務(wù)水平，為此交通管理部門需要進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)。目前瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要包括冷再生、熱再生等[1-2]。目前場(chǎng)拌熱再生技術(shù)效果較好，可以合理地利用銑刨的舊料，并節(jié)約了瀝青用量，路用性能良好[3]。目前，熱再生瀝青混合料的相關(guān)研究主要集中于新舊料的結(jié)合、強(qiáng)度性能等[4]，而關(guān)于熱再生瀝青混合料的抗剪性能、抗變形能力相關(guān)的研究相對(duì)較少，尤其關(guān)于再生瀝青混合料內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變特性的研究未見相關(guān)報(bào)道[5]。為此，本文測(cè)試熱再生瀝青混合料的抗變形能力，評(píng)價(jià)熱再生瀝青混合料的適用性，為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料性能測(cè)試

本文試驗(yàn)中所采用回收瀝青混合料為朔州支線高速公路銑刨的舊瀝青混合料，為確定回收舊瀝青混合料的材料特性，借助抽提試驗(yàn)分析瀝青含量及瀝青性能，并對(duì)其殘留物進(jìn)行篩分，分析其級(jí)配進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 瀝青性能

對(duì)抽提回收得到的瀝青與添加再生劑（3%、4%、5%）所得的再生瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)測(cè)試，對(duì)比分析經(jīng)過(guò)環(huán)境老化和再生后瀝青的基本性能。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 瀝青性能指標(biāo)

從表1可以看出，從舊混合料中回收的瀝青經(jīng)過(guò)環(huán)境的老化，瀝青變硬，軟化點(diǎn)提高，黏度明顯提高。加入再生劑之后，瀝青性能逐漸提升，針入度和延度明顯增加，軟化點(diǎn)降低。本文最終選擇再生劑摻量5%作為研究用量進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1.2 集料性能

對(duì)抽提后的集料進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果如表2所示。

表2 回收混合料各篩孔通過(guò)率 %

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）對(duì)瀝青混合料集料的要求可以看出，9.5～13.2檔9.5篩孔之后的通過(guò)率超過(guò)規(guī)范值，4.75～9.5檔9.5之后篩孔的通過(guò)率超過(guò)規(guī)范值，2.36～4.75檔0.075篩孔的通過(guò)率大于規(guī)范值。

上述現(xiàn)象在現(xiàn)有路面狀況中都比較常見，因?yàn)闉r青混合料在壓實(shí)過(guò)程中受振動(dòng)、擠壓，以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中間斷性的荷載作用，這種沖擊式的剪切作用使得集料發(fā)生破碎，造成了混合料級(jí)配的衰減，這將改變?cè)性O(shè)計(jì)中混合料的骨架作用，瞬間瀝青混合料的抗剪性能下降，進(jìn)而引發(fā)系列破壞。故必須針對(duì)回收瀝青混合料的篩孔通過(guò)率進(jìn)行級(jí)配重新設(shè)計(jì)。

2 配合比設(shè)計(jì)

舊集料為石灰?guī)r，故試驗(yàn)選用的新集料也為石灰?guī)r，來(lái)自山西省定襄采石場(chǎng)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表3。各項(xiàng)性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40—2004）的要求。

表3 集料性能指標(biāo)

再生瀝青混合料級(jí)配采用AC-16，舊集料用量為30%，將合成級(jí)配中各篩孔的通過(guò)率繪制曲線如圖1所示。

圖1 再生瀝青混合料合成級(jí)配

采用馬歇爾法，以空隙率4%～5%為指標(biāo)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，計(jì)算最佳油石比為4.7%。在設(shè)計(jì)配合比的最佳油石比情況下進(jìn)行高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)性能試驗(yàn)，各路面性能均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（ JTG F40—2004）的要求。

3 抗變形性能研究

3.1 測(cè)試設(shè)備

本文采用光纖光柵應(yīng)變計(jì)對(duì)再生瀝青混合料的變形特征進(jìn)行測(cè)試，采用BGK-FBG-8600中速光纖光柵解調(diào)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，具體如圖2所示。

圖2 光纖光柵解調(diào)儀

本文中采用有限尺寸瀝青混合料試件進(jìn)行模擬試驗(yàn)，并借助車轍試驗(yàn)儀對(duì)試件進(jìn)行施加荷載，模擬研究荷載作用下抗變形情況。應(yīng)變計(jì)的布設(shè)情況如圖3所示，分別測(cè)試在荷載作用下瀝青混合料的水平橫向與縱向的位移情況。

圖3 應(yīng)變計(jì)布設(shè)及荷載移動(dòng)方向

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

為全面地研究荷載作用下的瀝青混合料變形規(guī)律，以再生瀝青混合料和回收瀝青混合料為研究對(duì)象，分別對(duì)縱向、橫向兩個(gè)方向的變形進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2.1 縱向變形規(guī)律

圖4為在荷載作用下瀝青混合料在縱向（與機(jī)動(dòng)荷載平行）的應(yīng)變情況?？梢钥闯龌厥諡r青混合料和再生瀝青混合料在機(jī)動(dòng)荷載的作用下表現(xiàn)出極為相似的應(yīng)變規(guī)律。

圖4 縱向變形規(guī)律

縱向應(yīng)變隨著車轍輪載的施加而增加，荷載撤離后有部分恢復(fù)的傾向，但恢復(fù)的幅度不大。對(duì)比回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機(jī)動(dòng)荷載作用下的變形規(guī)律，可發(fā)現(xiàn)再生瀝青混合料的應(yīng)變明顯小于回收瀝青混合料的應(yīng)變。表明在荷載作用下，再生瀝青混合料發(fā)生的變形更小，同樣的荷載作用下可以承擔(dān)更大的荷載。再生瀝青混合料中由于再生劑的添加，增強(qiáng)了瀝青的黏聚性能，宏觀上可以增強(qiáng)瀝青混合料的抗剪性能，而抗剪性能提高最直觀的表現(xiàn)就是抗車轍能力的提升，進(jìn)一步驗(yàn)證了瀝青混合料就地?zé)嵩偕商岣呗访娼Y(jié)構(gòu)的抗車轍性能。

同時(shí)，劉志勝研究認(rèn)為車轍試驗(yàn)中瀝青混合料層在荷載作用下的塑性變形很大程度是由于瀝青混合料的縱向變形而引起[6]，那么上述試驗(yàn)也可以說(shuō)明再生瀝青混合料具有更強(qiáng)的抗車轍性能，高溫穩(wěn)定性更佳。

3.2.2 橫向變形規(guī)律

圖5為在荷載作用下瀝青混合料在橫向（與機(jī)動(dòng)荷載垂直）的應(yīng)變情況?？梢钥闯龌厥諡r青混合料和再生瀝青混合料在機(jī)動(dòng)荷載的作用下表現(xiàn)出較為相似的應(yīng)變規(guī)律。

圖5 橫向變形規(guī)律

橫向應(yīng)變隨著車轍輪載的施加而增加，荷載撤離后有較為明顯的恢復(fù)。對(duì)比回收瀝青混合料和再生瀝青混合料在機(jī)動(dòng)荷載作用下的橫向變形規(guī)律，可發(fā)現(xiàn)再生瀝青混合料的應(yīng)變明顯小于回收瀝青混合料的應(yīng)變。表明荷載作用下，兩側(cè)的瀝青混合料向兩側(cè)產(chǎn)生的橫向位移更小，再生瀝青混合料可以有效地抵抗外來(lái)荷載帶來(lái)的材料推移病害。也說(shuō)明，再生處理技術(shù)增加了瀝青混合料的韌性。

同時(shí)，再生瀝青混合料的變形以及恢復(fù)更加平穩(wěn)，其表面材料在荷載作用下的穩(wěn)定性更強(qiáng)。而回收瀝青混合料出現(xiàn)局部的峰值，可能是由于其內(nèi)部存在軟弱處，荷載作用引發(fā)裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象帶動(dòng)的應(yīng)變峰值。

4 結(jié)論

本文以回收的瀝青混合料為基礎(chǔ)材料，測(cè)試了回收瀝青的基本指標(biāo)，分析了回收瀝青混合料級(jí)配的變化，并進(jìn)行了級(jí)配重新設(shè)計(jì)，對(duì)比分析了再生瀝青混合料和回收瀝青混合料的抗變形性能，得到如下結(jié)論：

a）回收的瀝青混合料瀝青老化嚴(yán)重，集料的級(jí)配發(fā)生了改變，級(jí)配衰減明顯。

b）再生瀝青混合料具有更強(qiáng)的抗剪性能，可有效地提高路面的抗車轍性能。

c）再生瀝青混合料具有更強(qiáng)的黏聚性能，可有效地抵抗材料的側(cè)向位移。