冷再生RAP料瀝青變異性對(duì)路面性能的影響分析

郭瑞東，扎西達(dá)瓦

（1.山東公路技師學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104；2.日喀則市交通運(yùn)輸局，西藏 日喀則 857000）

0 前言

再生路面采用瀝青路面的廢舊材料，既能提高資源利用率也可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境。瀝青路面冷再生技術(shù)施工速度快，節(jié)約生產(chǎn)成本，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的交通影響小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文以國(guó)道某段K1730+000-K1826+000 段瀝青混凝土路面維修改造工程為例，當(dāng)?shù)缆方Y(jié)構(gòu)層破壞影響正常使用或面層出現(xiàn)唧漿病害時(shí)，銑刨原路面后，選用厚度分別為6cm、8cm、10cm 的AC-16（上面層）+AC-20（下面層）+水溫層，先噴射透層油（采用PC-3 乳化瀝青），隨后施工稀漿封層，最后施工冷再生基層（乳化瀝青廠拌厚度13cm）的施工方案[1-2]。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算RAP 料中瀝青三大指標(biāo)的變異性及其對(duì)再生瀝青路面性能的影響。

1 RAP料瀝青變異性分析

1.1 計(jì)算RAP 材料變異性的方法

通?？梢圆捎脴O差、標(biāo)準(zhǔn)差或者變異系數(shù)來反映檢測(cè)數(shù)據(jù)的變異程度。由于極差不能完全準(zhǔn)確地反映樣本統(tǒng)計(jì)中數(shù)值的波動(dòng)，且易受到非正常的極值影響，所以實(shí)際應(yīng)用較少；標(biāo)準(zhǔn)差既能反映樣本數(shù)據(jù)的變異幅度，也能衡量出樣本中各個(gè)數(shù)據(jù)的變異程度的大小，但它只對(duì)均值和量綱相同的變量有效；變異系數(shù)可以評(píng)價(jià)量綱不同的多個(gè)變量的離散程度，鑒于不同的瀝青指標(biāo)量綱不同，因此本文采用變異系數(shù)來分析瀝青的變異性。

1.2 RAP 料取樣

RAP 采樣要求具有象征特性，能真實(shí)地表現(xiàn)舊路面的材料性能、力學(xué)性能及狀態(tài)。為了準(zhǔn)確地反映RAP 料瀝青變異性與車道、路段、結(jié)構(gòu)層、舊路面回收方式之間的關(guān)系，本次試驗(yàn)共14 個(gè)取樣點(diǎn)，分別取自上下彎和轉(zhuǎn)彎路段，行車道、超車道及路肩，上中下結(jié)構(gòu)層，銑刨、翻松及人工破碎等回收工藝。

1.3 舊瀝青的回收方法及其性質(zhì)試驗(yàn)

1.3.1 RAP 瀝青回收試驗(yàn)

舊瀝青的提取分為兩個(gè)步驟，一是從舊路面中分離；二是從冷溶劑三氯乙烯中提取。分別采用常用的離心抽提法和阿布森法[2]。

1.3.2 舊瀝青的三大指標(biāo)試驗(yàn)

①瀝青的三個(gè)必要指標(biāo)

一是針入度，二是軟化點(diǎn)，三是延度。

通過試驗(yàn)對(duì)舊瀝青三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到相關(guān)指標(biāo)的差異性。

②瀝青含量試驗(yàn)

通過燃燒試驗(yàn)對(duì)RAP 舊料中的瀝青含量進(jìn)行精準(zhǔn)分析評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)儀器采用瀝青含量分析儀。

1.3.3 RAP瀝青指標(biāo)符合性檢驗(yàn)

公路工程中采用連續(xù)型概率（即正態(tài)分布）驗(yàn)證質(zhì)量數(shù)據(jù)。鑒于所取數(shù)據(jù)小于50 個(gè)，所以采用W 檢驗(yàn)[3]。規(guī)定樣本數(shù)據(jù)：針入度記為X，延度記為Y，軟化點(diǎn)記為X。 取α=0.05，查表得W=0.905[3]，數(shù)據(jù)見表1。

表1 W檢驗(yàn)數(shù)據(jù)表

計(jì)算結(jié)果如下。

①針入度

②延度

③軟化點(diǎn)

計(jì)算結(jié)果雖然顯示本次RAP 料舊瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)都服從正態(tài)分布，但是也表明RAP 料舊瀝青針入度變異性比其他兩個(gè)指標(biāo)的變異程度高，因此在冷再生混合料設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)控制。

1.3.4 RAP 舊瀝青材料三大指標(biāo)變異程度分析

根據(jù)路段的上下坡、轉(zhuǎn)彎等不同情況，將相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)定義為A 類，其三大指標(biāo)變異系數(shù)計(jì)算如表2。

表2 不同路段變異系數(shù)計(jì)算

根據(jù)行車道、超車道的不同，將相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)定義為B 類，其變異系數(shù)的計(jì)算如表3。

表3 不同行車道變異系數(shù)計(jì)算

根據(jù)銑刨、翻松等不同回收工藝，將相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)定義為C 類，其變異系數(shù)的計(jì)算如表4。

表4 不同回收工藝變異系數(shù)計(jì)算

根據(jù)上、中、下面層等不同結(jié)構(gòu)層將相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)定義為D 類，其變異系數(shù)的計(jì)算見表5。

表5 不同路面結(jié)構(gòu)層變異系數(shù)計(jì)算

由計(jì)算可知：

①將檢測(cè)數(shù)據(jù)與瀝青技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)軟化點(diǎn)增大，針入度、延度降低，說明舊料中的瀝青已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的老化現(xiàn)象；

②針對(duì)不同的路段、車道、結(jié)構(gòu)層，道路中舊料RAP 瀝青性質(zhì)穩(wěn)定性差，變異性大[4]；

③采取不同的回收方式，道路中舊料的瀝青性質(zhì)較為穩(wěn)定，變異性小[4]。

1.3.5 瀝青含量的變異性計(jì)算

將舊瀝青從混合料中與骨料和礦粉分離，然后燃燒抽提液。通過瀝青含量的試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 各變異參數(shù)與瀝青含量的關(guān)系

由計(jì)算可知：

①瀝青含量在不同路面結(jié)構(gòu)層處，變異性最大，變異系數(shù)計(jì)算數(shù)值為14.5%；

②車道位置不同，其所承受的交通荷載存在差異，故瀝青含量在回收的舊料中顯示變異系數(shù)大，承受荷載大的位置瀝青占比少，承受荷載小的位置（比如路肩），舊料中的瀝青占比大；

③采取不同的回收方式時(shí)，顯示舊料瀝青含量變異性小，變異性系數(shù)只有4%。

1.4 RAP舊料中瀝青變異性分析

分析RAP 舊料中瀝青產(chǎn)生變異性的原因主要有以下四點(diǎn)。

①路段的不同引起的變異性

不同的地區(qū)的同一條車道，各地區(qū)的車流量差別較大，會(huì)導(dǎo)致路面實(shí)際承受不同的荷載，造成不同路段的RAP 舊料中瀝青性能的變異。

路段不同時(shí)，由于地質(zhì)條件迥異，其沉降量不相等，造成路面病害程度不一致，導(dǎo)致回收的RAP 舊料中瀝青含量不同。

原有的公路施工時(shí)，各標(biāo)段施工單位使用了不同的道路材料、不同的道路施工機(jī)具設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)管理水平不同，施工技術(shù)水平也不同。另外，運(yùn)營(yíng)中的各種外界作用、養(yǎng)護(hù)水平和頻次也會(huì)導(dǎo)致RAP舊料瀝青性能存在較大的變異性。

②不同路面結(jié)構(gòu)層引起的變異性

瀝青的老化程度與瀝青路面的深度呈正相關(guān)。不同的道路材料根據(jù)使用要求用于不同的道路結(jié)構(gòu)層，承受的車輛荷載大小不等，因此RAP 材料必然存在變異性。

③不同路面位置引起的變異性

路面位置，即使路段、使用年限和路面厚度相同，其回收的RAP 舊料瀝青性質(zhì)也存在差異。行車道頻繁承受重交通荷載處，瀝青的老化嚴(yán)重，反之則小。

④不同回收工藝引起的變異性

RAP材料可采取常溫下的冷處理和路面預(yù)加熱的熱處理兩種回收方式。雖然回收工藝引起的變異程度相較于其他方式小，但它對(duì)RAP 舊料瀝青的變異性仍然存在，不可忽視。

2 RAP料瀝青變異性對(duì)再生路用性能影響

為了改善冷再生路面的路用性質(zhì)和功能，保證其使用性能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)際使用要求，通過試驗(yàn)得出相關(guān)數(shù)據(jù)，確定冷再生混合料路用性能與舊料瀝青的變異性關(guān)系[5]。

2.1 試驗(yàn)方法

選取代表RAP 舊料性質(zhì)的三個(gè)主要因素：礦料級(jí)配、瀝青的老化程度和含量。通過正交試驗(yàn)計(jì)算相關(guān)系數(shù)，評(píng)價(jià)分析RAP 舊料變異性和冷再生混合料性能的聯(lián)系。為了突出舊瀝青的試驗(yàn)?zāi)康模瑴p少試驗(yàn)次數(shù)，對(duì)礦料級(jí)配選定一種，實(shí)質(zhì)是變?nèi)蛩厝綖閮梢蛩厝健?/p>

①再生瀝青混合料的性能與舊瀝青的老化程度有著必然聯(lián)系，試驗(yàn)取舊瀝青針入度指標(biāo)代表其老化的程度，分別由針入度為20、25、35（0.1mm）的三種瀝青來代替三種老化瀝青[4]。

②再生瀝青混合料中的最佳瀝青用量是一個(gè)重要參數(shù)，它與舊料中的瀝青含量密切相關(guān)。選擇RAP 舊料的瀝青含量能代表實(shí)際舊瀝青含量，且含量分布最集中的區(qū)域取3.3%、3.8%、4.3%。對(duì)這些材料進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)定和疲勞性能試驗(yàn)[2]、[5]。

冷再生瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)，見表7。

表7 冷再生瀝青混合料的路用性能試驗(yàn)

2.2 舊瀝青老化變異和再生瀝青混合料的性能關(guān)系

同一瀝青含量下，再生瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度和舊料RAP 中瀝青針入度關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，二者呈負(fù)相關(guān)，針入度小時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度大。結(jié)果顯示，最低值仍滿足規(guī)范規(guī)定的1000 次/mm 要求，所以增加RAP 舊料，再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性可相應(yīng)得到提高[4]。

同一瀝青含量下，舊瀝青針入度變小，代表水穩(wěn)性的再生瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比減小，同時(shí)馬歇爾殘留穩(wěn)定度也減小，但是殘留穩(wěn)定度滿足規(guī)范最低要求（≥75%）[2]。

同一瀝青含量下，再生瀝青混合料15℃劈裂強(qiáng)度隨著瀝青針入度的增加而增大，當(dāng)針入度超過25 時(shí)，15℃劈裂強(qiáng)度隨著瀝青針入度的增加而減小。

同一針入度下，動(dòng)穩(wěn)定度與舊料RAP中的瀝青含量基本是正相關(guān)。

相同針入度下，瀝青含量小時(shí)，凍融劈裂強(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度變小。表明再生混合料的低溫抗開裂性能和水穩(wěn)定性與舊料中瀝青含量存在正相關(guān)[2]、[5]。凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度達(dá)到最低值時(shí)，瀝青含量均為3.3%。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，建議本工程RAP 中瀝青含量最低為3.3%，RAP 中瀝青25℃針入度值最小為20（0.1mm）。

2.3 冷再生路面施工質(zhì)量檢測(cè)

廠拌冷再生施工完成后，對(duì)再生路面層進(jìn)行鉆芯取樣試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果見表8。

表8 冷再生路面技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工取樣得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)得到的數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)冷再生路面的力學(xué)性能和水穩(wěn)定性有所降低，但是仍然滿足技術(shù)規(guī)程的要求，滿足路面的使用性能。

3 結(jié)語(yǔ)

研究表明，RAP 舊料中的瀝青性質(zhì)對(duì)再生混合料的高溫穩(wěn)定性[7]、殘留穩(wěn)定度、水穩(wěn)定性、再生路面抗拉性能、劈裂強(qiáng)度的影響大于瀝青含量對(duì)以上性能的影響。所以，針對(duì)冷再生瀝青混合料的設(shè)計(jì)，要以舊料RAP 中瀝青性質(zhì)變異性作為首要考慮因素[2]。

由于RAP 材料的礦料級(jí)配對(duì)冷再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)影響較大，為了更全面地得到各因素對(duì)再生路面性能的影響，應(yīng)增加礦料級(jí)配的試驗(yàn)。