热再生沥青混合料的性能研究

2017-08-07

福建交通科技 2017年4期

(福建省高速公路养护工程有限公司，福州350017)

热再生沥青混合料的性能研究

■潘韶晞

(福建省高速公路养护工程有限公司，福州350017)

随着公路的高速发展，大量的公路已进入大、中修期，大量的翻挖、铣刨旧路面，不仅对环境产生巨大的危害，而且也造成大量优质沥青的浪费。对沥青混合料的再生利用进行研究逐渐成为被人们所关注的一项新技术。本文主要通过对比新生产沥青混合料及热再生沥青混合料的性能，对沥青路面现场热再生基层技术进行研究。

旧沥青路面热再生配合比设计混合料性能

1 再生沥青混合料技术简介

沥青热再生技术是指对不能满足使用要求的沥青混凝土路面废料通过各种措施进行处理后重新利用的技术，包括对旧沥青混凝土路面进行翻挖、破碎、筛分，再与新集料、新沥青、再生剂(必要时)重新混合，形成具有预期路用性能的沥青混合料，并重新铺筑成路面面层。

沥青再生技术的优点体现在：(1)能最大限度利用废旧混合料，直接节省大量的砂石料和沥青资源，同时有效节约开采砂石料和废弃旧料占用的大量土地资源；(2)沥青再生技术通过重复利用沥青混合料，防止沥青混凝土废料对弃置场所及其周边环境的污染，同时通过减少石料的开采，能有效保护林地，维护自然景观和生态环境。因此，沥青再生技术是公路建设可持续发展战略的重要组成部分，在我国现阶段也具有重要的实际意义。

2 沥青混合料级配确定

热再生沥青混合料配合比设计流程如图1所示。

图1 配合比设计流程

本次配合比设计采用AC-16C沥青混合料，未添加再生剂，原材料分别为南靖丰田丰顺石料场集料、福建省永华投资有限公司矿粉、新立基70#沥青、重庆海木交通工程有限公司ZM-118抗剥落剂。RAP料检测结果如表1所示，新集料及RAP料筛分结果如表2所示。

表1 RAP料检测结果

表2 新集料及RAP料筛分结果

根据矿料筛分及新生产沥青混合料配合比设计结果，初步拟定矿料组成比例如表3所示，合成级配如表4及图2所示。

3 沥青混合料性能研究

3.1 马歇尔试验

沥青混合料的拌合方法：旧料与新料在烘箱150℃加热2h(矿粉单独加热)，沥青在150℃熔化，拌和机预热到170℃，旧料、新集料与沥青拌和90s，再加入矿粉拌和90s。旧料在烘箱中加热2h后，仍呈块状，并未自动恢复为热拌混合料状态，但轻轻一碰即可解体。最佳沥青用量根据新生产沥青混合料马歇尔试验结果确定，为保持再生沥青混合料的总沥青用量与新生产沥青混合料基本一致，根据RAP沥青含量试验结果，选取在新集料部分添加4.3%、4.6%、4.9%沥青用量进行马歇尔试验，并与新生产沥青混合料进行对比，试验结果如表5所示。

表3 矿料组成比例

表4 混合料合成级配

图2 混合料合成级配曲线图

表5 马歇尔试验结果

由表5可以看出，三种矿料比例组成的沥青混合料马歇尔空隙率均能达到规范中马歇尔技术标准的要求，而再生沥青混合料马歇尔空隙率略大于新生产沥青混合料，并无明显区别。

3.2 高温稳定性

沥青混合料的稳定性是指混合料在荷载作用下抵抗流动变形的能力，稳定性问题一般出现在高温季节，故习惯上叫高温稳定性。对于渠化交通的高等级公路的沥青混凝土路面来说，沥青路面在行车荷载的反复作用下，特别是在高温季节，沥青混合料的强度和劲度都大规模下降，使得路面很容易产生车辙、推移、拥包、搓板等变形，所以研究沥青路面的高温性能是十分重要的。用于沥青混合料高温性能试验的方法很多，车辙试验的试件成型方法能较好地模拟现实施工情况，而且操作简便，试验时的受力状况能较好地模拟实际路面荷载。因此，采用车辙试验来进行研究，本次车辙试验，使用300mm×300mm× 50mm的试件，温度为60℃，压强0.7MPa。试验结果如表6及图3所示。

表6 车辙试验结果

图3 车辙试验结果

由表6及图3可以得出，动稳定度随着RAP掺量的提高有了明显的升高，再生沥青混合料(40%RAP)相对于新生产沥青混合料的动稳定度提高了70%，这是因为再生沥青混合料里面的旧沥青经过长期老化以后，针入度降低，粘度增大，抗变形能力增强，进而提高了沥青混合料的高温稳定性。

3.3 水稳定性试验

沥青路面的水损害是指沥青路面在有水存在的条件下，经过交通荷载和温度涨缩的反复作用，水分对沥青起乳化作用，导致沥青混合料强度下降，同时，由于水分入侵沥青与集料之间的界面，在水动力的作用下，沥青膜逐渐与集料剥离，导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程。沥青混合料的水稳性，即沥青混合料抵抗受水侵蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力。造成沥青路面水损害的原因，除了降雨及交通荷载的作用外，沥青混合料的水稳定性也是重要的原因。再生沥青混合料水稳定性的好坏能够反映再生路面的耐久性以及抗水损害的能力。本文分别通过浸水马歇尔试验所得的沥青混合料残留稳定度以及冻融劈裂强度比来评价水稳定性的好坏。

3.3.1 沥青混合料的稳定度试验

再生沥青混合料与新生产沥青混合料分别制作马歇尔试件，进行常规稳定度以及48h浸水稳定度试验，试验结果如表7及图4、5所示。

表7 各类型混合料残留稳定度

图4 沥青混合料稳定度试验结果

图5 沥青混合料残留稳定度试验结果

由表7及图4、5分析得出：(1)随着RAP掺量的增加，沥青混合料的稳定度增大，这是由于旧料上的沥青经过长期老化而非常坚硬，使得马歇尔试件的刚性增加，并且旧料的掺量越大，稳定度越高，但这并不代表沥青路面的耐久性好，相反，因柔性太差，往往容易出现脆裂；(2)沥青混合料的残留稳定度与RAP掺量相关性不大，这是因为沥青混合料的水稳定性还跟集料的比表面即结构沥青有关，含有旧料的沥青混合料其空隙率也大一些，但同时结构性沥青要多一些，沥青不容易从集料上剥落。综合两方面的因素，马歇尔残留稳定度的结果与再生混合料的相关性不是很明显。

3.3.2 沥青混合料的冻融劈裂试验

再生沥青混合料与新生产沥青混合料分别进行冻融劈裂试验，试验结果如表8及图6、7所示。

表8 沥青混合料冻融劈裂试验结果

图6 沥青混合料劈裂试验结果

图7 沥青混合料冻融劈裂强度比

由表8及图6、7分析得出：沥青混合料的冻前劈裂强度随着RAP掺量的增加而增大，这与稳定度的结果相似，都是由于沥青老化变硬导致强度增加。冻后破裂强度以及强度比随着RAP掺量的增加明显降低，说明再生混合料的水稳定性不如新生产的沥青混合料。沥青混合料的水损害机理是因为水进入骨料和沥青间的界面，形成界面破坏。对于再生混合料来说，还存在一个界面即新沥青和旧沥青的界面，在这个界面上由于新旧沥青不能充分相溶，这个界面的粘结力比骨料与沥青之间的粘附力小，也比单纯新沥青间或旧沥青间的粘结力小，这样水分子很容易进入这个界面，使新旧沥青相剥落，形成水损害。