冷再生RAP料沥青变异性对路面性能的影响分析

2024-01-19郭瑞东扎西达瓦

安徽建筑 2024年1期

郭瑞东，扎西达瓦

（1.山东公路技师学院，山东济南 250104；2.日喀则市交通运输局，西藏日喀则 857000）

0 前言

再生路面采用沥青路面的废旧材料，既能提高资源利用率也可以保护生态环境。沥青路面冷再生技术施工速度快，节约生产成本，对现场的交通影响小，具有良好的经济效益和社会效益。本文以国道某段K1730+000-K1826+000 段沥青混凝土路面维修改造工程为例，当道路结构层破坏影响正常使用或面层出现唧浆病害时，铣刨原路面后，选用厚度分别为6cm、8cm、10cm 的AC-16（上面层）+AC-20（下面层）+水温层，先喷射透层油（采用PC-3 乳化沥青），随后施工稀浆封层，最后施工冷再生基层（乳化沥青厂拌厚度13cm）的施工方案[1-2]。通过实测数据，计算RAP 料中沥青三大指标的变异性及其对再生沥青路面性能的影响。

1 RAP料沥青变异性分析

1.1 计算RAP 材料变异性的方法

通常可以采用极差、标准差或者变异系数来反映检测数据的变异程度。由于极差不能完全准确地反映样本统计中数值的波动，且易受到非正常的极值影响，所以实际应用较少；标准差既能反映样本数据的变异幅度，也能衡量出样本中各个数据的变异程度的大小，但它只对均值和量纲相同的变量有效；变异系数可以评价量纲不同的多个变量的离散程度，鉴于不同的沥青指标量纲不同，因此本文采用变异系数来分析沥青的变异性。

1.2 RAP 料取样

RAP 采样要求具有象征特性，能真实地表现旧路面的材料性能、力学性能及状态。为了准确地反映RAP 料沥青变异性与车道、路段、结构层、旧路面回收方式之间的关系，本次试验共14 个取样点，分别取自上下弯和转弯路段，行车道、超车道及路肩，上中下结构层，铣刨、翻松及人工破碎等回收工艺。

1.3 旧沥青的回收方法及其性质试验

1.3.1 RAP 沥青回收试验

旧沥青的提取分为两个步骤，一是从旧路面中分离；二是从冷溶剂三氯乙烯中提取。分别采用常用的离心抽提法和阿布森法[2]。

1.3.2 旧沥青的三大指标试验

①沥青的三个必要指标

一是针入度，二是软化点，三是延度。

通过试验对旧沥青三项指标进行试验分析，得到相关指标的差异性。

②沥青含量试验

通过燃烧试验对RAP 旧料中的沥青含量进行精准分析评价，实验仪器采用沥青含量分析仪。

1.3.3 RAP沥青指标符合性检验

公路工程中采用连续型概率（即正态分布）验证质量数据。鉴于所取数据小于50 个，所以采用W 检验[3]。规定样本数据：针入度记为X，延度记为Y，软化点记为X。取α=0.05，查表得W=0.905[3]，数据见表1。

表1 W检验数据表

计算结果如下。

①针入度

②延度

③软化点

计算结果虽然显示本次RAP 料旧沥青的针入度、延度、软化点都服从正态分布，但是也表明RAP 料旧沥青针入度变异性比其他两个指标的变异程度高，因此在冷再生混合料设计时需要重点控制。

1.3.4 RAP 旧沥青材料三大指标变异程度分析

根据路段的上下坡、转弯等不同情况，将相关检测数据定义为A 类，其三大指标变异系数计算如表2。

表2 不同路段变异系数计算

根据行车道、超车道的不同，将相关检测数据定义为B 类，其变异系数的计算如表3。

表3 不同行车道变异系数计算

根据铣刨、翻松等不同回收工艺，将相关检测数据定义为C 类，其变异系数的计算如表4。

表4 不同回收工艺变异系数计算

根据上、中、下面层等不同结构层将相关检测数据定义为D 类，其变异系数的计算见表5。

表5 不同路面结构层变异系数计算

由计算可知：

①将检测数据与沥青技术指标进行对比发现软化点增大，针入度、延度降低，说明旧料中的沥青已经出现较为严重的老化现象；

②针对不同的路段、车道、结构层，道路中旧料RAP 沥青性质稳定性差，变异性大[4]；

③采取不同的回收方式，道路中旧料的沥青性质较为稳定，变异性小[4]。

1.3.5 沥青含量的变异性计算

将旧沥青从混合料中与骨料和矿粉分离，然后燃烧抽提液。通过沥青含量的试验，检测数据及计算结果见表6。

表6 各变异参数与沥青含量的关系

由计算可知：

①沥青含量在不同路面结构层处，变异性最大，变异系数计算数值为14.5%；

②车道位置不同，其所承受的交通荷载存在差异，故沥青含量在回收的旧料中显示变异系数大，承受荷载大的位置沥青占比少，承受荷载小的位置（比如路肩），旧料中的沥青占比大；

③采取不同的回收方式时，显示旧料沥青含量变异性小，变异性系数只有4%。

1.4 RAP旧料中沥青变异性分析

分析RAP 旧料中沥青产生变异性的原因主要有以下四点。

①路段的不同引起的变异性

不同的地区的同一条车道，各地区的车流量差别较大，会导致路面实际承受不同的荷载，造成不同路段的RAP 旧料中沥青性能的变异。

路段不同时，由于地质条件迥异，其沉降量不相等，造成路面病害程度不一致，导致回收的RAP 旧料中沥青含量不同。

原有的公路施工时，各标段施工单位使用了不同的道路材料、不同的道路施工机具设备，现场管理水平不同，施工技术水平也不同。另外，运营中的各种外界作用、养护水平和频次也会导致RAP旧料沥青性能存在较大的变异性。

②不同路面结构层引起的变异性

沥青的老化程度与沥青路面的深度呈正相关。不同的道路材料根据使用要求用于不同的道路结构层，承受的车辆荷载大小不等，因此RAP 材料必然存在变异性。

③不同路面位置引起的变异性

路面位置，即使路段、使用年限和路面厚度相同，其回收的RAP 旧料沥青性质也存在差异。行车道频繁承受重交通荷载处，沥青的老化严重，反之则小。

④不同回收工艺引起的变异性

RAP材料可采取常温下的冷处理和路面预加热的热处理两种回收方式。虽然回收工艺引起的变异程度相较于其他方式小，但它对RAP 旧料沥青的变异性仍然存在，不可忽视。

2 RAP料沥青变异性对再生路用性能影响

为了改善冷再生路面的路用性质和功能，保证其使用性能满足设计规范及实际使用要求，通过试验得出相关数据，确定冷再生混合料路用性能与旧料沥青的变异性关系[5]。

2.1 试验方法

选取代表RAP 旧料性质的三个主要因素：矿料级配、沥青的老化程度和含量。通过正交试验计算相关系数，评价分析RAP 旧料变异性和冷再生混合料性能的联系。为了突出旧沥青的试验目的，减少试验次数，对矿料级配选定一种，实质是变三因素三水平为两因素三水平。

①再生沥青混合料的性能与旧沥青的老化程度有着必然联系，试验取旧沥青针入度指标代表其老化的程度，分别由针入度为20、25、35（0.1mm）的三种沥青来代替三种老化沥青[4]。

②再生沥青混合料中的最佳沥青用量是一个重要参数，它与旧料中的沥青含量密切相关。选择RAP 旧料的沥青含量能代表实际旧沥青含量，且含量分布最集中的区域取3.3%、3.8%、4.3%。对这些材料进行高温、低温、水稳定和疲劳性能试验[2]、[5]。

冷再生沥青混合料的路用性能试验，见表7。

表7 冷再生沥青混合料的路用性能试验

2.2 旧沥青老化变异和再生沥青混合料的性能关系

同一沥青含量下，再生沥青混合料动稳定度和旧料RAP 中沥青针入度关联性较强，二者呈负相关，针入度小时，动稳定度大。结果显示，最低值仍满足规范规定的1000 次/mm 要求，所以增加RAP 旧料，再生沥青混合料的高温稳定性可相应得到提高[4]。

同一沥青含量下，旧沥青针入度变小，代表水稳性的再生沥青混合料的冻融劈裂强度比减小，同时马歇尔残留稳定度也减小，但是残留稳定度满足规范最低要求（≥75%）[2]。

同一沥青含量下，再生沥青混合料15℃劈裂强度随着沥青针入度的增加而增大，当针入度超过25 时，15℃劈裂强度随着沥青针入度的增加而减小。

同一针入度下，动稳定度与旧料RAP中的沥青含量基本是正相关。

相同针入度下，沥青含量小时，冻融劈裂强度比、残留稳定度变小。表明再生混合料的低温抗开裂性能和水稳定性与旧料中沥青含量存在正相关[2]、[5]。冻融劈裂强度比和残留稳定度达到最低值时，沥青含量均为3.3%。根据计算的结果，建议本工程RAP 中沥青含量最低为3.3%，RAP 中沥青25℃针入度值最小为20（0.1mm）。