不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料路用性能研究

2016-12-12袁耀波

公路与汽运 2016年6期

关键词：抗水稳定度沥青路面

袁耀波

（佛山市交通运输工程质量监督站，广东佛山 528200）

不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料路用性能研究

袁耀波

（佛山市交通运输工程质量监督站，广东佛山 528200）

为研究不同废旧沥青路面材料（RAP）掺配比例对厂拌热再生沥青混合料路用性能的影响，对比分析了0、20%、30%、40%、50%等5种不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳耐久性，发现其高温稳定性随着RAP掺配比例的增加而提高，低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳耐久性均随着RAP掺配比例的增加而降低，当RAP掺配比例达到50%时，热再生沥青混合料已不能满足路用性能要求；通过热再生沥青混合料经济效益分析，选取了厂拌热再生沥青混合料合适的RAP掺配比例。

公路；厂拌热再生沥青混合料；废旧沥青路面材料（RAP）；掺配比例；路用性能

沥青路面的使用寿命一般为15年左右，每年因对沥青路面的修补等而产生大量废旧沥青路面材料（RAP），若不能得到有效处理，既会对环境造成严重污染，也是对资源的极大浪费。厂拌热再生沥青混合料因部分使用RAP，可减少对新沥青及新矿料的使用，在一定程度上可降低工程造价，并避免RAP对环境的污染。多个国家主要利用厂拌热再生技术对RAP进行回收利用，美国针对再生沥青混合料设计于2001年提出了NCHRP 9-12项目报告，目前中国厂拌热再生沥青混合料技术也参照该报告。

考虑到目前厂拌热再生沥青混合料中RAP使用比例占25%以下已是较成熟的技术，根据国内外经验，厂拌热再生沥青混合料的RAP掺配比例不宜大于50%，该文分别选取0、20%、30%、40%、50%等5种RAP掺配比例，研究不同掺配比例下热再生沥青混合料的路用性能，并选取适合的RAP掺配比例。

1 原材料

1.1 RAP的基本性质

采用某高速公路铣刨得到的RAP。受环境与车辆荷载的长期影响，RAP的沥青性质与沥青含量发生了巨大变化，为此，采用抽提法，利用三氯乙烯溶解测定RAP的沥青含量，得到RAP的油石比为3.4%。采用阿布森法回收沥青，并测定旧沥青的技术指标，结果见表1。同时对经过抽提的RAP矿料进行筛分，获取其矿料级配组成（见表2）。

表1 回收沥青的主要技术指标

表2 RAP的矿料级配范围

1.2 新沥青

选用壳牌70＃基质沥青作为厂拌热再生沥青混合料的新沥青，其性能检测结果见表3。

1.3 厂拌热再生沥青混合料级配组成

选用与RAP矿料相同的花岗岩，其质量检测结果符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。考虑原路面的结构组成、所处地理环境及交通荷载的影响，选用AC-16型厂拌热再生沥青混合料，对不同RAP掺配比例的热再生沥青混合料通过调整新料中各档料使其级配满足要求。各掺配比例再生沥青混合料的级配组成见表4。

表3 壳牌70＃基质沥青的检测结果

表4 不同RAP掺配比例再生沥青混合料的级配组成

2 试验方案

2.1 最佳油石比的确定

根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》，按照RAP不同掺配比例热再生沥青混合料的级配，在不同油石比下分别设计制作马歇尔试件进行试验，测定不同油石比下试件密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度及流值等，以确定不同RAP掺量下再生沥青混合料的最佳油石比。通过试验，确定RAP掺配比例为0、20%、30%、40%、50%的厂拌热再生沥青混合料的最佳油石比分别为4.5%、4.2%、4.2%、4.1%、4.1%。

2.2 试验方法

在60℃环境温度下对热再生沥青混合料进行车辙试验，研究不同RAP掺配比例再生沥青混合料的高温性能；在-10℃、加载速率为50 mm／min的条件下进行低温弯曲试验，研究不同RAP掺配比例热再生沥青混合料的低温抗裂性能；通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验研究不同RAP掺配比例再生沥青混合料的水稳定性；采用15℃下应力控制的间接拉伸疲劳试验研究不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料的疲劳性能。

3 试验结果与分析

3.1 厂拌热再生沥青混合料的高温稳定性

分别对0、20%、30%、40%、50%等5种不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料采用各自最佳油石比成型车辙试件进行车辙试验，以动稳定度作为高温抗车辙性能评价指标，试验结果见表5。

表5 各RAP掺配比例下车辙试验结果

根据表5，不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料的车辙动稳定度均满足规范要求（≥1 000次／mm），且随着RAP掺配比例的增加，动稳定度不断增加，不同RAP掺配比例热再生沥青混合料的动稳定度均大于基质沥青混合料。表明RAP的添加可提高沥青混合料的高温抗车辙性能，且随着RAP掺配比例的增加，热再生沥青混合料的高温抗车辙性能不断提高。这是由于RAP所含沥青受到严重老化的影响，其轻组分减少，在氧化作用下向胶质与沥青质转化，高温粘度与劲度大幅提高，高温抗变形能力增强。

3.2 厂拌热再生沥青混合料的低温抗裂性能

在-10℃、加载速率为50 mm／min的条件下进行弯曲试验，测定不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料试件的破坏强度与破坏应变，评价不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料的低温抗裂性能，试验结果见表6。

表6 各RAP掺配比例下低温弯曲试验结果

根据表6，随着RAP掺配比例的增加，厂拌热再生沥青混合料的弯拉强度不断增加，弯曲应变不

断减小，说明RAP的添加会导致沥青混合料的低温抗裂性能降低，且掺配比例越大，降低程度越大。当RAP掺配比例达到50%时，再生沥青混合料的弯曲应变为1 862με，低于规范要求，说明其低温抗裂性能已不能满足路用性能要求，热再生沥青混合料的RAP掺配比例不应大于50%。RAP在环境与荷载的长时间作用下，其沥青变硬变脆，塑性降低，导致再生沥青混合料在低温状态下受到荷载时产生的应变减小，较易发生低温开裂。

3.3 厂拌热再生沥青混合料的抗水损性能

采用浸水马歇尔试验测得不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料试件的残留稳定度，通过冻融劈裂试验检测其冻融劈裂残留强度比，分析评价厂拌热再生沥青混合料的抗水损坏性能，试验结果见表7。

表7 各RAP掺配比例下浸水马歇尔与冻融劈裂试验结果

根据表7，随着RAP掺配比例的增加，厂拌热再生沥青混合料试件的残留稳定度及冻融劈裂残留强度比均逐渐减小，且均小于基质沥青混合料，说明RAP的掺加会导致沥青混合料的抗水损能力下降。当RAP掺配比例达到50%时，其残留稳定度小于80%，冻融劈裂残留强度比小于75%，不符合规范要求，表明其抗水损能力不能满足路用性能要求。这主要是由于RAP中的沥青已经老化，其粘附性能大幅降低，导致其抗水损能力下降。目前主要采用添加水泥等抗剥落剂的方法保证其抗水损能力。

3.4 厂拌热再生沥青混合料的疲劳性能

在15℃、加载频率为10 Hz的条件下对不同RAP掺配比例厂拌热再生沥青混合料进行间接拉伸疲劳试验，测定其疲劳寿命。试验采用应力控制模式，试验应力比为0.3～0.7。试验结果表8。

根据表8，在同一RAP掺配比例下，再生沥青混合料的疲劳寿命随着应力比的增大而不断减小；在相同应力比下，再生沥青混合料的疲劳寿命随着RAP掺配比例的增加而不断减小。表明RAP的添加会降低沥青混合料的疲劳寿命。

表8 各RAP掺配比例下间接拉伸疲劳寿命

4 厂拌热再生沥青混合料的经济效益分析

根据美国联邦公路局《Pavement Recycling Guidelines For State and Local Government》对厂拌热再生沥青混合料的经济效益分析（见表9），厂拌热再生沥青混合料的工程造价随着RAP掺配比例的增加而逐渐降低，掺配比例为40%时成本降低28%，掺配比例为50%时成本降低34%。但根据上述试验结论，掺配比例为50%的厂拌热再生沥青混合料的低温抗裂性与抗水损性能均不满足路用性能要求，且疲劳寿命较短，故推荐采用40%作为厂拌热再生沥青混合料的最佳RAP掺配比例。