RAP掺量对厂拌热再生沥青混合料模量影响研究

2021-03-12罗群星潘惠雄王文峰李明尧

工程技术研究 2021年4期

罗群星，潘惠雄，王文峰，李明尧

1.贵州省凯里公路管理局，贵州黔东南 556000

2.苏交科集团股份有限公司，江苏南京 210017

厂拌热再生混合料作为主要的再生方式之一，近年来在国内外得到了广泛应用。目前RAP掺量低于25%的厂拌热再生技术已较为成熟，再生混合料性能与新拌沥青混合料的性能相当，部分性能甚至优于新拌沥青混合料[1]。但对于RAP掺量大于25%的再生混合料，在混合料设计及性能评价方法等方面尚存在诸多技术瓶颈[2]。文章通过对30%、40%和50%不同RAP掺量的再生混合料动态模量进行研究，得出RAP掺量与再生混合料模量的关系，为热再生混合料配合比设计及路面结构计算提供参数依据。

1 试验原材料

1.1 沥青胶结料

试验中新加沥青胶结料选用70#基质沥青，将RAP料中的回收沥青与新掺沥青进行调和。RAP分为粗料和细料两种，沥青含量分别为3.9%和4.6%。RAP掺量分别为30%、40%和50%，再生混合料设计沥青用量为4.4%。确定回收沥青与新掺沥青比例分别为29.5∶70.5、39.4∶60.6和49.4∶50.6，调和后的沥青胶结料性能指标如表1所示。

表1 沥青胶结料试验结果

1.2 集料及级配

新掺集料选择石灰岩，规格分4档，分别记为1#料、2#料、3#料和4#料。RAP料为玄武岩。根据新料和RAP料的级配组成，设计了三种不同新旧料掺配比例，如表2所示；各掺加比例的合成级配如表3所示。

表2 集料组成比例表

表3 合成级配表

2 试验方案

2.1 试件成型

采用标准旋转压实成型方法制备，然后采用钻芯机钻取100mm×150mm（直径×高度）试件，并采用打磨机处理试件端面使其平滑。测量芯样的空隙率，根据空隙率与目标空隙率的偏差来调整并确定最终所需沥青混合料的用量，确保将试件的空隙率与目标空隙率的偏差控制在±3%范围内[3]。

2.2 试验参数

动态模量试验采用了澳大利亚IPC公司的AMPT试验仪，试验温度分别为5℃、20℃、35℃和50℃，频率分别为25Hz、10Hz、5Hz、1Hz、0.5Hz、0.1Hz，荷载为半正弦荷载。试验过程按照升温和降频的顺序进行，试件在环境箱中保温足够长的时间以确保试件整体的温度一致性。动态模量试验图如图1所示。

图1 动态模量试验

通过测试不同温度及频率条件下最后5次加载循环中荷载的平均幅值、可恢复轴向变形平均幅值，及同一加载循环下变形峰值与荷载峰值的平均滞后时间，计算再生沥青混合料的动态模量[4]。

3 试验结果

不同温度和频率下各RAP掺量的热再生沥青混合料动态模量结果如表4所示。

表4 不同频率和温度下的再生混合料动态模量试验结果

试验结果表明，再生沥青混合料动态模量具有明显的频率依赖性和温度依赖性[5]，不同RAP掺量的再生沥青混合料动态模量具有相似的变化趋势，随温度的降低和频率的升高而增大。

对不同温度和荷载作用频率下的动态模量，根据时-温置换原理对其进行非线性最小二乘法拟合，得到参考温度为25℃下的动态模量主曲线（半对数坐标），如图2所示。利用该主曲线，可确定沥青混合料在很高或很低荷载作用频率下的力学参数并对其力学性能进行预测，而不必进行极端条件下的试验。

图2 不同RAP掺量再生混合料动态模量主曲线

由图2可以看出，当RAP掺量为40%时，再生混合料在全频范围内的动态模量高频阶段增长较为显著，当频率低于1000Hz时，再生混合料动态模量较低。而且RAP掺量为30%和50%的再生混合料的动态模量变化趋势和规律较为接近，其中RAP掺量为50%的动态模量在低频段稍高。因此，RAP掺量的变化对再生混合料的动态模量影响显著。