RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料性能的影響研究

摘 要：為研究不同瀝青混合料回收料（RAP）摻量對(duì)溫拌再生瀝青混合料性能的影響，文章基于室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試了不同RAP摻量（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%）的瀝青混合料高溫、低溫和水穩(wěn)定性能，通過SPSS的Kendall模型分析了不同RAP摻量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響。研究表明：隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料的高溫性能不斷提升，低溫性能和水穩(wěn)定性能不斷下降；RAP摻量在30%～40%時(shí)，混合料高溫性能上升幅度較大，摻量為40%～50%時(shí)，低溫性能和水穩(wěn)定性能下降幅度較大；RAP摻量控制在30%～40%時(shí)，瀝青混合料的綜合路用性能最佳，RAP摻量達(dá)到70%時(shí)，混合料路用性能仍滿足規(guī)范要求，但水穩(wěn)定性能接近規(guī)范極限值；SPSS的Kendall模型結(jié)果顯示，RAP摻量對(duì)瀝青混合料的高溫和低溫性能影響程度最大，對(duì)水穩(wěn)定性影響程度次之。

關(guān)鍵詞：RAP摻量；溫拌再生；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號(hào)：U414.1

0"引言

我國公路運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展迅速，目前公路里程已經(jīng)達(dá)到544.1×104 km，其中高速公路里程達(dá)到了18.4×104 km，發(fā)展重心已經(jīng)從建設(shè)轉(zhuǎn)為養(yǎng)護(hù)維修。早期的瀝青路面經(jīng)過多年使用已經(jīng)出現(xiàn)車轍、開裂、坑槽等不同程度的病害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年約有1×104 km高速公路，近20×104 km普通公路需要大中修，產(chǎn)生的RAP約2×108 t［1］。若對(duì)RAP隨意堆棄，不進(jìn)行回收再利用，將造成土地污染，破壞生態(tài)環(huán)境。為此產(chǎn)生了RAP再生技術(shù)，即通過將部分RAP和新瀝青、新集料、再生劑等材料經(jīng)過一定工序攪拌均勻后，用于路面鋪筑。該技術(shù)節(jié)省了石料、瀝青的用量，解決了部分RAP堆棄問題，實(shí)現(xiàn)了廢舊資源綠色高附加利用。

目前，RAP再生技術(shù)主要有廠拌熱再生技術(shù)、就地?zé)嵩偕夹g(shù)、廠拌冷再生技術(shù)、就地冷再生技術(shù)和全深式冷再生技術(shù)。廠拌熱再生技術(shù)相對(duì)比較成熟，形成的再生瀝青混合料性能較為穩(wěn)定，和新拌的瀝青混合料性能較為接近，但二次加熱會(huì)造成瀝青老化，產(chǎn)生有毒有害氣體，且RAP摻量較低，一般≤30%［2-3］。而冷再生技術(shù)將RAP當(dāng)成“黑色集料”摻入瀝青混合料中，路面強(qiáng)度依靠水泥提升［4-5］?，F(xiàn)有的RAP再生技術(shù)均有一定的局限性，故提出了溫拌再生技術(shù)，該技術(shù)綜合了熱再生的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，拌和溫度比廠拌熱再生低30 ℃～40 ℃，在一定程度上避免了瀝青的二次老化，減少了有毒有害氣體的排放，且瀝青混合料路用性能不會(huì)衰減［6］?，F(xiàn)溫拌技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，Barraj F等［7］研究了Rediset溫拌劑作用下15%、25%、45%三種RAP摻量再生瀝青混合料的路用性能，結(jié)果表明該溫拌劑有利于提升混合料低溫性能。Ayyala D等［8］研究表明Sasobit、Advera WMA和發(fā)泡劑三種溫拌劑均能得到高溫性能良好的再生瀝青混合料。Lizárraga J M等［9］研究了溫拌技術(shù)和熱再生技術(shù)下的混合料性能，試驗(yàn)測(cè)試了兩種再生技術(shù)下100%RAP摻量的混合料性能，發(fā)現(xiàn)兩種再生技術(shù)下瀝青混合料性能無明顯差異。楊麗英等［10］發(fā)現(xiàn)采用5%Evotherm溫拌劑，將RAP摻量提升到45%后，混合料性能仍保持良好，且試驗(yàn)表明溫拌技術(shù)下的瀝青混合料抗疲勞性能優(yōu)于熱再生技術(shù)。李根等［11］發(fā)現(xiàn)RAP摻量＞30%后，混合料的抗疲勞性能衰減速率加快。程培峰的研究則表明，RAP摻量達(dá)到40%時(shí)，溫拌技術(shù)再生的瀝青混合料性能仍滿足規(guī)范要求。任瑞波等［12］研究了60%、70%和80%RAP摻量下的溫拌再生瀝青混合料的路用性能，表明70%摻量瀝青混合料路用性能仍滿足規(guī)范要求。

盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)RAP溫拌再生技術(shù)展開了大量的試驗(yàn)研究，并取得了一定的研究成果，但鮮有對(duì)不同RAP摻量進(jìn)行全面研究的，大部分成果僅針對(duì)RAP中少數(shù)幾個(gè)摻量進(jìn)行研究，且研究結(jié)論各有不同。為此，本文將通過室內(nèi)試驗(yàn)研究0～70%RAP摻量對(duì)瀝青混合料高溫、低溫和水穩(wěn)定性能的影響，基于SPSS的Kendall模型，分析了RAP摻量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，以期為實(shí)際工程提供理論借鑒。

1"材料和試驗(yàn)方法

1.1"原材料

新瀝青采用70#A道路石油瀝青，新集料采用石灰?guī)r，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求。再生劑采用SMC溫拌再生劑。試驗(yàn)用RAP來自廣西某瀝青路面銑刨料。試驗(yàn)采用離心抽提法測(cè)定RAP中的瀝青含量，并測(cè)定原材料性能指標(biāo)。新舊瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示，舊集料技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

將RAP分為0～5 mm、5～10 mm和10～20 mm三檔，其篩分結(jié)果如圖1所示。

1.2"試驗(yàn)方法

（1）試驗(yàn)SMC溫拌劑用量確定。試驗(yàn)以RAP中舊瀝青的質(zhì)量為基礎(chǔ)，分別添加6%、8%、10%、12%的SMC溫拌劑于舊瀝青中，在130 ℃的環(huán)境中攪拌20 min，然后繼續(xù)保溫30 min后，進(jìn)行瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)。

（2）為了研究RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料的性能影響，試驗(yàn)將RAP摻量設(shè)定為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%，以此進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)（見圖2），并對(duì)不同摻量下的瀝青混合料進(jìn)行高溫車轍、低溫小梁、浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)。

1.3"溫拌劑用量的確定

試驗(yàn)測(cè)定了老化瀝青在不同摻量溫拌劑作用后的性能指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著溫拌劑的添加，針入度和延度不斷增加，軟化點(diǎn)不斷下降，當(dāng)溫拌劑摻量達(dá)到10%時(shí)，針入度和軟化點(diǎn)的增速減緩。此時(shí)針入度值為55.2（0.1 mm），延度為60.5 cm，軟化點(diǎn)值為54.7 ℃。從瀝青性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，SMC溫拌劑摻量宜采用10%。

1.4"配合比設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了8種不同RAP摻量的級(jí)配，如圖3所示。

2"再生瀝青混合料路用性能

2.1"高溫穩(wěn)定性

試驗(yàn)測(cè)試各RAP摻量瀝青混合料高溫性能，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著RAP摻量的增加，混合料高溫性能不斷提升，然后趨緩。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著RAP摻量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度值不斷增大，然后趨緩，其中在摻量為30%～40%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度值提升幅度較大，在摻量為40%～70%期間，動(dòng)穩(wěn)定度值增加幅度明顯變小。這是因?yàn)镽AP中老化瀝青在溫拌劑作用后，性能得到一定的改善，改善后的瀝青軟化點(diǎn)較高，黏度較大，集料之間的粘附性強(qiáng)。此外，在60 ℃的試驗(yàn)環(huán)境下，裹附在RAP集料上的未完全與溫拌劑作用的老化瀝青在該溫度下，變得柔軟，不再視為“黑石頭”，能進(jìn)一步加強(qiáng)集料之間的粘附性，故隨著RAP摻量的增加，瀝青混合料的高溫性能提升。但當(dāng)RAP摻量＞40%后，混合料高溫性能提升減緩，原因可能是RAP集料經(jīng)車輛輪胎和銑刨回收作用后，集料棱角受到破壞，RAP摻量過高，集料難以形成良好的嵌擠效果，故混合料高溫性能增速減緩。

2.2"水穩(wěn)定性

試驗(yàn)測(cè)試各RAP摻量瀝青混合料水穩(wěn)定性，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著RAP摻量的增加，混合料水穩(wěn)定性能呈下降趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在加入10%摻量的RAP時(shí)，瀝青混合料的抗水損性能有著微量的提升，MS0值提升了0.5%，TSR值提升了0.7%，隨著摻量繼續(xù)增加，水穩(wěn)定性能不斷下降，摻量為40%～50%時(shí)，下降幅度最大。對(duì)于加入少量RAP摻量后混合料抗水損性能微量上升的情況，其原因可能是加入的RAP中老化的瀝青在溫拌劑混合后形成的再生瀝青黏度較大，瀝青混合料中瀝青與集料的粘結(jié)力強(qiáng)，優(yōu)于摻量為0的混合料，在進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)時(shí)，能夠有效地抵抗水對(duì)集料表面瀝青膜的剝離。但隨著RAP摻量繼續(xù)增大，老化瀝青比例增大，不能完全被溫拌劑作用，其緊緊地粘附在舊集料表面，類似于“黑石頭”；同時(shí)加入的新瀝青比例減少，裹附在集料表面的瀝青膜變薄，瀝青混合料在浸水、凍融的作用下，瀝青膜容易受到破壞，使抗水損性能下降。

2.3"低溫抗裂性

試驗(yàn)測(cè)試各RAP摻量瀝青混合料低溫性能，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著RAP摻量的增加，最大彎拉應(yīng)變值不斷下降，摻量＞40%時(shí)，下降速率加快。隨著RAP摻量的增加，即使老化瀝青與溫拌劑作用后，但其延展性依舊不如新瀝青；RAP摻量繼續(xù)增加，老化瀝青的含量不斷提升，形成的瀝青膠漿柔韌性較差，在低溫環(huán)境下變脆變硬，受外力作用易開裂。

2.4"RAP摻量對(duì)混合料性能的影響程度分析

基于SPSS軟件Kendall模型分析了各RAP摻量對(duì)再生瀝青混合料性能的影響，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，RAP摻量與再生瀝青混合料的高溫、低溫和水穩(wěn)定性均顯著相關(guān)，顯著性sig（雙側(cè)）＜0.01，其中RAP摻量對(duì)瀝青混合料的高溫和低溫性能的影響程度更大，與水穩(wěn)定性影響程度稍低。根據(jù)相關(guān)性分析，在高溫多雨的地區(qū)，在滿足瀝青混合料水穩(wěn)定性能的條件下，適當(dāng)?shù)卦黾覴AP摻量，混合料可獲得更好的高溫性能，但也會(huì)導(dǎo)致低溫抗裂性能同等程度的降低。

3"結(jié)語

（1）隨著RAP摻量的增加，瀝青混合料高溫性能逐漸提升后趨緩，低溫性能和水穩(wěn)定性逐漸下降。RAP摻量在30%～40%時(shí)，高溫性能提升幅度較大；當(dāng)摻量超過40%時(shí)，提升速率不斷降低。在RAP摻量為10%時(shí)，瀝青混合料抗水損性能有微量提升，MS0值提升了0.5%，TSR值提升了0.7%；摻量繼續(xù)增加，抗水損性能不斷下降，RAP摻量為40%～50%時(shí)，下降的幅度最大。當(dāng)RAP摻量＞40%時(shí)，低溫性能衰減速率明顯加快。

（2）SPSS軟件Kendall模型分析結(jié)果顯示，RAP摻量對(duì)瀝青混合料的高溫和低溫性能影響程度更大，對(duì)水穩(wěn)定性影響程度稍低。

（3）試驗(yàn)結(jié)果表明，RAP摻量宜控制在30%～40%，此時(shí)瀝青混合料的綜合路用性能最佳；當(dāng)RAP摻量達(dá)到70%時(shí)，混合料的抗水損性能接近規(guī)范限定值，若想進(jìn)一步提升RAP的摻量，或可以增加溫拌劑的用量來實(shí)現(xiàn)這一目的。

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