基于RAP的瀝青路面再生冷補料制備與性能研究

為探究RAP作為瀝青路面冷補料原料的應(yīng)用可行性，文章以常規(guī)溶劑型冷補料為參考，制備了一種以RAP為部分原料的瀝青路面再生冷補料，從原材料性能分析、配合比設(shè)計及冷補料性能表現(xiàn)等方面展開了分析。結(jié)果表明：瀝青路面再生冷補料性能滿足現(xiàn)有成品冷補料規(guī)范的使用要求，相較于常規(guī)溶劑型冷補料具備更好的粘聚性及強度性能，但其高、低溫性能并不具備優(yōu)勢，存在優(yōu)化空間。

RAP；瀝青路面；冷補料

U416.03A090272

作者簡介：

冼凌晨（1988—），工程師，主要從事公路工程咨詢工作。

0" 引言

隨著我國高速公路建設(shè)日趨完善，高速公路的工作重心開始轉(zhuǎn)向規(guī)?；酿B(yǎng)護。由于我國高速公路路面基本以瀝青路面為主，每年針對瀝青路面維修養(yǎng)護將產(chǎn)生數(shù)億噸規(guī)模的廢舊銑刨料（以下簡稱RAP）［1］。在當(dāng)前國家推進綠色低碳養(yǎng)護的背景下，針對RAP開展高效循環(huán)利用已成為當(dāng)下研究熱點方向。目前針對RAP的循環(huán)利用主要是通過廠拌熱再生技術(shù)實現(xiàn)在高速公路新建及改擴建項目中的規(guī)?；瘧?yīng)用，但隨著基建項目新增趨勢變緩，該類型應(yīng)用勢必將受到限制［2］。因此，需要針對RAP的循環(huán)利用積極開拓新的應(yīng)用場景。

坑槽是瀝青路面日常養(yǎng)護中最常見的病害，出于安全性與時效性的考慮，對坑槽通常是采用冷補料進行修補。從實際養(yǎng)護效果來看，現(xiàn)有的冷補料實際使用中存在因粘附性不足而出現(xiàn)集料過早脫落的現(xiàn)象，但RAP中含有的舊瀝青與集料有著很高的粘附特性。同時，不同于熱拌瀝青混合料的高溫拌和，冷補料的拌和過程中不會出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致RAP中舊瀝青老化的情況［3-4］。如上所述，如果能將RAP用于制備冷補料可以實現(xiàn)兩者之間優(yōu)勢的互補。為探究RAP作為瀝青路面冷補料原料的應(yīng)用可行性，本文基于室內(nèi)試驗制備了一種含RAP的再生瀝青路面冷補料并對其性能開展分析研究，以期為RAP在養(yǎng)護領(lǐng)域開拓新的應(yīng)用思路。

1" 試驗原材料及制備方法

1.1" 試驗原材料

1.1.1" RAP

RAP來源于廣西某高速公路瀝青路面中修養(yǎng)護項目中4 cm上面層的精銑刨料，原路面上面層為AC-13瀝青路面結(jié)構(gòu)，經(jīng)過7年營運后部分路面已不滿足使用需求。對RAP進行抽提、篩分后進行級配及瀝青相關(guān)性能檢測以了解其原料特性，結(jié)果如圖1和表1所示。

如圖1所示，RAP級配曲線已不符合AC-13級配控制要求，RAP級配整體偏細且集料粒徑大量集中在2.36 mm篩孔以下，這主要是原路面集料在服役期間受到行車荷載作用以及精銑刨施工疊加下導(dǎo)致集料破碎變細。而表1數(shù)據(jù)則顯示RAP油石比較高，但RAP所含舊瀝青性能出現(xiàn)嚴重衰退，除軟化點外，針入度及延度均不滿足要求。這主要是瀝青經(jīng)歷長時間使用后發(fā)生老化，輕質(zhì)組分過少，瀝青質(zhì)含量較多。

1.1.2" 新集料、礦粉

由于RAP中含細集料較多，為確保級配的完整性需要摻入新集料，新集料主要采用堿性的石灰?guī)r粗集料，礦粉為石灰石礦粉，粗集料檢測結(jié)果如表2所示。

1.1.3" 瀝青、稀釋劑及添加劑

瀝青采用70#基質(zhì)瀝青，稀釋劑為柴油（摻量為瀝青含量的3%），添加劑為溶劑型冷補料常用的LB添加劑（摻量為瀝青含量的2%）。

1.2" 制備方法

再生瀝青冷補料的制備方法參考溶劑型冷補料的制備工藝進行，考慮到需要加熱RAP以確保其拌和均勻性，在前期試驗中確立了相應(yīng)的預(yù)熱條件，制備工序如圖2所示。

基于RAP的瀝青路面再生冷補料制備與性能研究/冼凌晨

2" 再生冷補料配合比設(shè)計

2.1" 再生冷補料礦料級配設(shè)計

目前國內(nèi)冷補料的礦料級配通常采用LB-13型級配，該項目參考該級配進行再生冷補料礦料級配設(shè)計。如前所述，RAP集料規(guī)格主要以細料為主，過高的摻量不利于礦料級配合成。再生冷補料礦料級配設(shè)計過程中以級配范圍中值為基準(zhǔn)進行調(diào)配，當(dāng)RAP摻量為30%時礦料級配較為合適，具體礦料合成級配如圖3所示。

2.2" 最佳瀝青用量的確定

冷補料主要通過滾動試驗和紙跡試驗控制瀝青用量，但兩種試驗都是基于定量分析，對工程經(jīng)驗有較強依賴性。考慮到冷補料強度形成與稀釋劑的揮發(fā)有關(guān)，雖然空隙率大有助于稀釋劑揮發(fā)形成強度，但過高的空隙率也不利于水穩(wěn)定性。在參考相關(guān)資料基礎(chǔ)上，本文在最佳瀝青用量確定過程中增加了空隙率作為檢驗指標(biāo)［5］，冷補料最佳瀝青用量確定流程如圖4所示。

結(jié)合再生瀝青冷補料的礦料級配及相關(guān)經(jīng)驗公式計算出所需的瀝青用量為4.5%。按照既定的工藝制備冷補料開展試驗，滾動試驗主要是觀察冷補料在滾動過程中的破碎程度。冷補料在滾動試驗中未出現(xiàn)破碎說明其具備較好的整體粘結(jié)性，該瀝青用量滿足最小瀝青用量要求。紙跡試驗主要是觀察測試紙在放置冷補料一段時間后所留痕跡深淺。從試驗結(jié)果來看，測試紙上黑色斑點痕跡較為明顯，這說明所選瀝青用量偏大需要進一步優(yōu)化。將瀝青用量調(diào)整至4.3%后重復(fù)上述試驗，試驗結(jié)果均滿足要求。采用4.3%瀝青用量制備馬歇爾試件并測定其空隙率，相關(guān)研究表明冷補料的空隙率宜＜10%，冷補料空隙率為8.1%符合控制要求，最終確認再生瀝青冷補料瀝青用量為4.3%。

3" 再生冷補料性能分析

對冷補料的性能分析主要參考《瀝青路面坑槽成品料》（JT/T 972-2015）中相關(guān)指標(biāo)，但該規(guī)范對冷補料提出的性能指標(biāo)較少。為對再生瀝青冷補料進行全方位評價，本文增加了熱拌瀝青混合料的高低溫性能指標(biāo)進行補充檢測。同時，為更好地與現(xiàn)有常規(guī)冷補料的性能進行對比，選用溶劑型冷補料進行對比試驗。

3.1" 強度性能

穩(wěn)定度是表征冷補料強度性能的指標(biāo)。在實際使用過程中，冷補料修補壓實形成初始強度后即可開放交通，隨著稀釋劑不斷揮發(fā)將達到最終強度。對冷補料成型后的初始穩(wěn)定度以及養(yǎng)護7 d后的最終穩(wěn)定度進行檢測，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，再生瀝青冷補料的初始穩(wěn)定度和最終穩(wěn)定度高于常規(guī)溶劑型冷補料，其數(shù)值均高出約13%。這是因為柴油還原了RAP表面部分老化瀝青的性能，這一作用強化了再生冷補料內(nèi)部各材料間的粘結(jié)強度，反映在性能上則是穩(wěn)定度的提升。初始穩(wěn)定度的高低與冷補料修補完坑槽后開放交通時間早晚有關(guān)，從這一點看再生瀝青冷補料更滿足坑槽修補后快速開放交通的需求。而隨著稀釋劑的揮發(fā)，冷補料逐漸形成最終強度，規(guī)范規(guī)定了冷補料馬歇爾穩(wěn)定度≥3 kN的標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然兩種冷補料都滿足該要求，但再生瀝青冷補料的最終馬歇爾穩(wěn)定度更高，這說明其強度性能表現(xiàn)更優(yōu)。

3.2" 高、低溫性能

冷補料在坑槽修補完成后作為路面整體的一部分需要具備良好的高低溫性能，但冷補料相關(guān)規(guī)范中并未設(shè)立相關(guān)指標(biāo)。參考熱拌瀝青混合料的相關(guān)指標(biāo)，以動穩(wěn)定度值及低溫劈裂強度分別評價冷補料的高、低溫性能，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，再生瀝青冷補料的動穩(wěn)定度值和低溫劈裂強度分別僅為溶劑型冷補料的71%和75%，這意味著再生瀝青冷補料的高低溫性能與溶劑型冷補料相比存在明顯劣勢。就高溫性能而言，RAP經(jīng)過路面長時間使用及銑刨破碎后，雖然外部仍包裹著瀝青，但內(nèi)部集料仍存在破碎的情況，在車轍試驗車輪碾壓下更容易被壓壞形成車轍。就低溫性能而言，RAP所含老化瀝青雖然在一定程度上性能得到恢復(fù)，但余下的老化瀝青在低溫環(huán)境下的脆硬特性仍然較為明顯，無法承受更大的彎拉應(yīng)變。

3.3" 粘聚性及水穩(wěn)定性

在實際使用過程中，冷補料容易出現(xiàn)松散脫落的現(xiàn)象，尤其是在有水環(huán)境下更容易出現(xiàn)破損、脫落的病害情況，因此對冷補料的粘聚性以及水穩(wěn)定性需要重點考察。粘聚性以破損率指標(biāo)進行評價，水穩(wěn)定性則以殘留穩(wěn)定度進行評價，相關(guān)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，與溶劑型冷補料相比，再生瀝青冷補料的破損率和殘留穩(wěn)定度值更低。再生瀝青冷補料的破損率越低說明內(nèi)部材料整體粘結(jié)程度越高，體現(xiàn)在冷補料的抗松散性能就更好，這一點也與再生瀝青冷補料具備較高的初始穩(wěn)定度特性相符。兩種冷補料均滿足規(guī)范對于殘留穩(wěn)定度＞85%的要求，但再生瀝青冷補料的殘留穩(wěn)定度比溶劑型冷補料低5%。這說明再生瀝青冷補料在有水環(huán)境下，其抵抗破壞的能力弱于溶劑型冷補料。

4" 結(jié)語

（1）基于室內(nèi)試驗制備的再生瀝青冷補料滿足《瀝青路面坑槽成品料》（JT/T 972-2015）的性能要求，表明RAP作為冷補料原料具備技術(shù)可行性。

（2）與常規(guī)溶劑型冷補料相比，制備的再生瀝青冷補料具備更好的粘聚性及強度性能，但其高、低溫性能并不具備優(yōu)勢。

（3）再生瀝青冷補料的性能表現(xiàn)存在進一步優(yōu)化空間，下一步可針對RAP原材料的性能及不同類型冷補料的適用性進行深層次研究。

［1］許尚江，劉超群，荊" 靖，等.銑刨料再生冷補料的路用性能評價［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報，2022，37（5）：121-125.

［2］劉超群.基于廢舊瀝青混合料的坑槽冷補料設(shè)計與性能評價［D］.濟南：山東建筑大學(xué)，2022.

［3］王潤平.添加再生料的冷補瀝青混合料組成設(shè)計與性能評價［J］.公路工程，2020，45（6）：215-221，249.

［4］孫海南.基于100%RAP的冷拌冷鋪瀝青混合料設(shè)計與性能評價［D］.濟南：山東建筑大學(xué)，2023.

［5］閆羲鈦.瀝青路面再生冷補材料研發(fā)及性能評價方法研究［D］.沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2021.

20240414