泡沫沥青温拌再生沥青混合料路用性能研究

姬亚磊

（黄茅海跨海通道管理中心,广东 珠海 519055）

0 引言

由于当前对可持续的生产工艺和建筑材料的需求不断增大，泡沫沥青温拌再生已成为沥青摊铺工程新的解决方案之一。相对于采用传统温拌剂的高成本，泡沫沥青温拌工艺不但能满足节能减排的要求，还能降低生产成本，并产生良好的环境和社会效益[1]，是一种理想的工艺。为了充分了解泡沫沥青温拌再生沥青混合料的性能，以及将其掺入不同数量的RAP后的性能变化，还需要开展大量工作，这也是该次研究的主要目的。

华俊峰等研究了外界环境温度为15 ℃情况下泡沫沥青混合料的劈裂强度以及冻融劈裂强度差异，发现当温度越低，其膨胀率就越低，半衰期就越长，在5 ℃时各项指标就无法达到路用要求，而应该在15 ℃左右施工为宜[2]。张攀等将温拌技术引入热拌泡沫沥青中，并对比了两者的性能差异，发现温拌技术并没有过多地削弱其路用性能[3]。余晖等对泡沫温拌再生沥青混合料进行动态模量试验，结合函数拟合，得到RAP掺量在不同温度和频率下与模量的关系[4]。

高RAP掺量往往会损害沥青混合料的路用性能，为了达到保障质量与节能环保的目的，该文探究了RAP掺量不同所对应的再生沥青混合料的性能变化，以期为工程实践提供借鉴经验。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 沥青

该次试验采用70#基质沥青，其各项技术指标如表1所示。

表1 70#基质沥青各项技术指标

1.1.2 集料

该次试验采用的集料技术指标测试结果如表2所示。

表2 集料试验测试结果

1.1.3 矿粉

矿粉在混合料中能够将粗细集料很好地聚合在一起，在整体结构稳定性中发挥了不可替代的作用，该次试验石灰岩矿粉的各项技术指标如表3所示。

表3 矿粉各项性能指标

1.1.4 RAP材料

该次试验采用的RAP材料常规性能指标经过测试如表4所示。

表4 RAP性能指标

1.2 试验方法

该次试验采用Sup-20级配设计，并通过前期试验计算出合适的矿料级配比和不同RAP掺量下的最佳油石比。RAP掺量从0%～50%，每隔10%制备样品，其各自的最佳油石比分别为4.28%、3.84%、3.41%、2.99%、2.59%、2.19%，制得5种RAP掺量不同、级配良好的泡沫沥青温拌再生沥青混合料，并按照规范制备后续性能试验的标准试件。

2 路用性能评价

2.1 高温稳定性

表5为车辙试验结果。由表5可知，随着RAP掺量的增加，泡沫沥青温拌再生沥青混合料在45 min时的变形总体呈现出上升的趋势，在RAP掺量为20%和30%情况下发生波动，随着掺量继续增加，在60 min时的变形同样满足该规律。

表5 车辙试验结果

图1为动稳定度随RAP掺量变化趋势。由图1可知，动稳定度随着RAP掺量的增加不断上升，这是由于RAP掺量越大，需要的拌和温度和预热温度就越高，导致沥青混合料老化程度升高。另外，由于RAP本身就发生了一定程度的老化，其掺量增大，混合料本身的硬度就会偏大，从而动稳定度不断提升。

图1 动稳定度随RAP掺量变化趋势

2.2 水稳定性

表6为泡沫沥青温拌再生沥青混合料浸水马歇尔试验结果，图2为残留稳定度随RAP掺量变化情况。由表6可知，浸水马歇尔稳定度随着RAP掺量增大，逐步下降。结合图2可知，RAP掺量越大，混合料的残留稳定度就越小，这是由于RAP老化程度较为严重，掺量越多，混合料的内部黏性就越低，抗水损害能力下降，从而稳定度也逐步下降。另外可以发现，当RAP掺量为50%时，其残留稳定度已不满足路用基本要求，所以泡沫沥青温拌再生沥青混合料RAP的最大掺量40%左右为宜。

表6 浸水马歇尔试验结果

图2 残留稳定度随RAP掺量变化趋势图

表7为泡沫沥青温拌再生沥青混合料冻融劈裂试验结果，图3为冻融劈裂强度随RAP掺量变化情况。从表7可知，冻融劈裂强度随着RAP掺量的提升而逐渐降低，且当掺量为50%时，其冻融劈裂强度比已基本和路用最低要求持平，说明掺量不宜大于50%。RAP掺量越大，内部黏性就越低，冻融后内部结构由于冻胀效应所引起的破坏就越严重，其抗水损害能力也随之减弱。

图3 冻融劈裂强度随RAP掺量变化趋势图

表7 泡沫沥青温拌再生沥青混合料冻融劈裂试验

综上可以看出，RAP掺量越大，其水稳定性就越差，根据路用要求，RAP最大掺量在40%左右适宜。

2.3 低温抗裂性

由表8可知，RAP掺量越大，老化沥青含量越多，导致泡沫沥青温拌沥青再生混合料的黏性减弱，硬度增大，最大荷载以及抗弯拉强度基本随着RAP掺量的增大而增大，劲度模量也能印证，这是由于RAP掺量越大，内部老化成分越多，导致混合料整体偏硬，强度较大。结合图4可知，随着其RAP掺量增大，挠度和破坏应变却逐渐减小，说明其低温下抵抗变形能力下降，当掺量为50%时，破坏应变已低于路用要求的最低值。综上可以看出，RAP掺量的逐渐增大，会使泡沫沥青温拌再生沥青混合料低温下的抗裂能力逐渐变差，其最大掺量在40%左右适宜。

表8 低温抗裂试验结果

图4 破坏应变随RAP掺量增加变化趋势图

2.4 抗疲劳性能

通过表9可知，控制应变越大，混合料试件作用次数越少，同时可以发现控制应变在250 με向450 με转变时，疲劳作用次数相比450 με转变650 με时下降幅度更大。另外，随着RAP掺量的逐步提升，疲劳作用次数同样不断下降，在三种控制应变下都呈现出这种趋势，且控制应变越小，下降幅度越大，这是由于老化沥青的增多，预加热和拌和温度升高，导致沥青老化程度更高，从而削弱了沥青的黏弹性能，变形恢复率减小，抵抗疲劳的性能也随之减小。

表9 疲劳试验结果

3 结论

通过上述试验探究，得出以下结论：RAP掺量越大，泡沫沥青温拌再生沥青混合料的动稳定度就越大，水稳定性与低温抗裂性就越差，抗疲劳性能越弱。这是由于RAP掺量越大，内部老化沥青越多，预热与拌和温度越大，进一步加速沥青老化，导致内部黏性越差，变形能力下降。由试验可知，RAP最大掺量在40%左右为宜，各项性能都能很好满足路用要求。