RAP特性及摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響

張 勇

（河南交院工程技術(shù)有限公司，河南鄭州450046）

目前，我國(guó)早期修建的高等級(jí)公路逐步進(jìn)入大中修階段，在維修養(yǎng)護(hù)過程中產(chǎn)生大量的舊瀝青路面材料，為減少土地占用、降低環(huán)境污染等問題，應(yīng)最大限度科學(xué)利用回收瀝青路面材料（reclaimed asphalt pavement material，簡(jiǎn)稱“RAP”）[1-3]。瀝青路面再生技術(shù)可有效利用舊瀝青路面材料，減少對(duì)優(yōu)質(zhì)砂石材料的需求，且冷再生技術(shù)施工簡(jiǎn)便、工程造價(jià)低、能耗低、環(huán)境污染小[4-5]。因此，研究乳化瀝青冷再生混合料性能及應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。Shanbara等[6]研究了纖維類型及摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料劈裂抗拉強(qiáng)度影響，玻璃纖維改善效果最顯著。Jae等[7]研究表明生物黏合劑可提高冷再生混合料力學(xué)性能和耐久性，指出生物黏合劑最佳摻量為4%。蔣應(yīng)軍等[8]研究了乳化瀝青冷再生混合料力學(xué)強(qiáng)度影響因素，建議混合料中水泥摻量為1.5%、聚酯纖維摻量為0.4%。丁新東等[9]通過室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)和穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并評(píng)價(jià)了其抗松散性能，建議水泥摻量為1.5%～2.0%、乳化瀝青用量為3.5%～4.0%。王真等[10]研究表明增加細(xì)集料含量或水泥劑量、增大路面壓實(shí)水平可提高冷再生混合料早期性能。王清等[11]研究了改性方式對(duì)冷再生混合料疲勞性能影響規(guī)律，表明再生劑改善效果優(yōu)于布敦巖瀝青和SBS改性乳化瀝青。楊偉剛等[12]依托實(shí)體工程研究了自然養(yǎng)生條件下乳化瀝青冷再生混合料力學(xué)性能和水穩(wěn)定性變化規(guī)律。金成等[13]對(duì)比研究了水泥和石灰對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響，建立了劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)方程。鄔宇航[14]研究了水泥類型及摻量對(duì)冷再生混合料早期性能影響，表明摻1%～2%水泥的冷再生混合料早期性能最佳。李秀君等[15]研究表明冷再生混合料力學(xué)性能和抗收縮性隨粒徑＞4.75mm的RAP摻量增大而逐漸降低。

上述研究偏重于外摻料對(duì)乳化瀝青冷再生路用性能影響，未深入考慮RAP特性對(duì)乳化瀝青冷再生混合料性能影響。對(duì)此，本文針對(duì)湖南某二級(jí)公路回收瀝青路面材料，研究不同瀝青型號(hào)和使用年限的RAP對(duì)乳化瀝青冷再生混合料性能影響規(guī)律，并確定RAP摻量。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

（1）乳化瀝青

選用慢裂型陽離子乳化瀝青，技術(shù)性質(zhì)見表1。

表1 乳化瀝青技術(shù)性質(zhì)Table 1 Technical properties of emulsified asphalt

（2）新集料

選用石灰?guī)r，粒徑分別為10～20 mm、0～5 mm，技術(shù)性質(zhì)見表2。

表2 新集料技術(shù)性質(zhì)Table 2 Technical properties of new aggregates

（3）礦粉

選用磨細(xì)的石灰?guī)r礦粉，技術(shù)性質(zhì)見表3。

表3 礦粉技術(shù)性質(zhì)Table 3 Technical properties of ore powder

（4）水泥

選用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為1.5%，其技術(shù)性質(zhì)見表4。

表4 水泥技術(shù)性質(zhì)Table 4 Technical properties of cement

（5）RAP

RAP材料技術(shù)性質(zhì)見表5，抽提前后級(jí)配范圍見表6。RAP材料選自湖南某二級(jí)公路瀝青路面銑刨料，舊瀝青路面為密實(shí)型瀝青路面，瀝青混合料礦料級(jí)配為AC-25，瀝青型號(hào)分別為SK70#、泰普克70#、埃索70#（本文分別以A、B、C表示），使用年限分別為3年、5年、7年。

表5 RAP技術(shù)性質(zhì)Table 5 Technical properties of RAP

表6 RAP抽提前后級(jí)配Table 6 Grading after advance of RAP extraction

1.2 試驗(yàn)方案

通過室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)，研究RAP材料對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規(guī)律。具體試驗(yàn)方案如下：

（1）結(jié)合瀝青路面不同使用年限下瀝青老化程度和集料技術(shù)性質(zhì)，研究RAP特性對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規(guī)律，舊瀝青路面使用年限分別為3年、5年、7年，瀝青型號(hào)為A、B、C。

（2）結(jié)合RAP材料應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究RAP摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響規(guī)律，擬RAP摻量分別為30%、50%、70%、90%、100%。

按《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）設(shè)計(jì)粗粒式乳化瀝青冷再生混合料級(jí)配，級(jí)配類型為AC-25；采用二次擊實(shí)試驗(yàn)方法成型Φ101.6×h63.5mm的馬歇爾試件，通過劈裂試驗(yàn)確定最佳乳化瀝青用量。乳化瀝青用量4.0%、水泥摻量1.5%條件下，按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2007）中重型擊實(shí)試驗(yàn)方法，確定乳化瀝青冷再生混合料最佳含水率。重型擊實(shí)試驗(yàn)試件尺寸為Φ152×h116mm。

1.3 力學(xué)性能測(cè)試方法

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG052-2000）中凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)方法測(cè)試乳化瀝青冷再生混合料在養(yǎng)生7d時(shí)的路用性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 使用年限影響

使用年限對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖1所示。瀝青型號(hào)為A。

圖1 使用年限～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關(guān)系Fig.1 Road performance relationship between service life and emulsified asphalt cold recycled mixture

由圖1可知：

（1）在RAP摻量一致條件下，瀝青路面使用年限對(duì)乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度影響較小，且不同使用年限的RAP乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）技術(shù)要求，即劈裂強(qiáng)度≥0.5MPa。冷再生混合料劈裂強(qiáng)度隨使用年限增加大致呈線性降低，使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度速率約為2.6%。這是因?yàn)槌丨h(huán)境下，老化瀝青和破乳的乳化瀝青對(duì)集料粘結(jié)作用較弱，冷再生混合料強(qiáng)度主要由集料間嵌擠作用組成，而RAP級(jí)配變化不明顯，因此不同使用年限的RAP冷再生混合料劈裂強(qiáng)度變化較小。

（2）RAP摻量一致條件下，隨瀝青路面使用年限增加，乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度減小，抗車轍性能降低。使用年限對(duì)不同RAP摻量的冷再生混合料影響效果相近，當(dāng)使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約降低19.8%。這是因?yàn)闉r青老化程度隨路面使用年限增加而逐漸增大，針入度和延度降低，高溫環(huán)境下瀝青易發(fā)生軟化，致使瀝青混合料在荷載作用下側(cè)向移動(dòng)，抵抗變形能力降低，從而抗車轍能力降低。

（3）RAP摻量一致條件下，隨瀝青路面使用年限增加，乳化瀝青冷再生混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比降低微小。當(dāng)使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別平均降低0.9%、1.2%；使用年限從5年增加至7年，冷再生混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別平均降低2.2%、1.4%，說明不同使用年限的RAP對(duì)冷再生混合料水穩(wěn)定性基本無影響。

2.2 瀝青型號(hào)影響

瀝青型號(hào)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖2所示。瀝青路面使用年限為3年。

圖2 瀝青型號(hào)～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關(guān)系Fig. 2 Road performance relationship between asphalt type and emulsified asphalt cold recycled mixture

由圖2可知：

（1）同一RAP摻量下，摻B的乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度最大，較A、C的冷再生混合料劈裂強(qiáng)度約分別提高2.3%、6.7%，說明不同瀝青型號(hào)的RAP對(duì)乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度影響較小，這是因?yàn)槔湓偕旌狭蠌?qiáng)度主要由集料間內(nèi)摩阻力和乳化瀝青與集料的黏結(jié)力組成，因此瀝青型號(hào)對(duì)冷再生混合料劈裂強(qiáng)度影響較小。

（2）同一RAP摻量下，不同瀝青型號(hào)的乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度變化微小，摻B的乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度較A、C的冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約分別提高1.6%、2.9%。這是因?yàn)闉r青路面使用年限一致條件下，不同型號(hào)的瀝青技術(shù)性質(zhì)相互接近，從而冷再生混合料抗車轍性能相當(dāng)。

（3）同一RAP摻量下，不同瀝青型號(hào)的乳化瀝青冷再生混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比基本相當(dāng)，說明瀝青型號(hào)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性影響微小。其中，摻A的冷再生混合料殘留穩(wěn)定度較摻B、C的冷再生混合料殘留穩(wěn)定度分別約降低了0.8%、2.0%，其凍融劈裂強(qiáng)度比分別約降低了1.1%、0.5%。這是因?yàn)槿榛癁r青和集料的黏結(jié)性是影響乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性的主要因素。

2.3 RAP摻量影響

RAP摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響如圖3所示。瀝青型號(hào)為A。

圖3 RAP摻量～乳化瀝青冷再生混合料路用性能關(guān)系Fig. 3 Road performance relationship between rap content and emulsified asphalt cold recycling mixture

由圖3可知：

（1）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料劈裂強(qiáng)度逐漸減小。當(dāng)RAP摻量≤90%，RAP摻量增加10%，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度約降低9.2%；當(dāng)RAP摻量＞90%，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，且劈裂強(qiáng)度滿足JTG F41-2008技術(shù)要求。這是因?yàn)镽AP壓碎值較高，且表面瀝青老化嚴(yán)重，與乳化瀝青黏結(jié)力較新集料弱，因此，RAP摻量越高，外部荷載作用下冷再生混合料劈裂強(qiáng)度較低。

（2）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增加。RAP摻量由30%增加至50%時(shí)，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約提高11.3%；RAP摻量由50%增加至70%時(shí)，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約提高20.1%；RAP摻量由70%增加至90%時(shí)，RAP摻量增加10%，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約提高13.1%；RAP摻量由90%增加至100%時(shí)，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約提高8.6%，說明增加RAP摻量提高冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度明顯。這是因?yàn)镽AP表面瀝青老化，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量增大，致使針入度減小、軟化點(diǎn)提高，從而瀝青高溫性能提高，冷再生混合料抗車轍性能隨RAP摻量增加逐漸提高。

（3）同一使用年限下，乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性隨RAP摻量增加而變差，其殘留穩(wěn)定度呈線性降低，相關(guān)系數(shù)在0.98以上；冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比降低速率逐漸增大。當(dāng)RAP摻量增加10%，冷再生混合料殘留穩(wěn)定度約降低2.1%；RAP摻量由30%增加至70%時(shí)，RAP摻量增加10%，冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比約降低0.3%；RAP摻量由70%增加至100%時(shí)，RAP摻量增加10%，冷再生混合料凍融劈裂強(qiáng)度比約降低2.7%，說明增加RAP摻量對(duì)乳化瀝青冷再生混合料水穩(wěn)定性影響較小。

綜上研究所述，建議RAP摻量為70%。

3 結(jié)論

（1）同一RAP摻量下，乳化瀝青冷再生混合料路用性能隨使用年限增加而降低，且使用年限對(duì)冷再生混合料力學(xué)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性影響微小，對(duì)高溫性能影響較大，當(dāng)使用年限從3年增加至7年，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度約降低了19.8%。

（2）同一RAP摻量下，瀝青型號(hào)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料路用性能影響較小，摻B的冷再生混合料劈裂強(qiáng)度較摻A、C的混合料約分別提高2.3%、6.7%，動(dòng)穩(wěn)定度約分別提高1.6%、2.9%；摻A的冷再生混合料殘留穩(wěn)定度較摻B、C的混合料殘留穩(wěn)定度約分別降低0.8%、2.0%，凍融劈裂強(qiáng)度比約分別降低了1.1%、0.5%。

（3）同一使用年限下，隨RAP摻量增加，乳化瀝青冷再生混合料力學(xué)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性降低，高溫性能提高。當(dāng)RAP摻量＞90%，冷再生混合料劈裂強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，且滿足JTG F41-2008技術(shù)要求；RAP摻量增加10%，冷再生混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高8.6%以上；RAP摻量＞70%，增加RAP摻冷再生混合料殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比降低較小。