温拌再生沥青混合料路用性能研究

熊 敏， 关 阳， 刘俊斌

(长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410004)

0 引 言

我国沥青路面设计使用年限通常为15年,但往往由于车辆重载等因素导致沥青路面未达到使用寿命便产生了大量病害,严重影响了路面使用性能。现阶段,我国道路建设已进入管理养护新时期,大量沥青路面需进行维修改建,传统的维修改建措施产生的大量废旧路面材料造成了资源浪费且产生的有害气体严重污染了环境,因此沥青路面再生技术越来越受到研究人员的关注。现阶段沥青路面再生技术主要包括热再生、温拌再生和冷再生三种[1-3]。沥青热再生施工温度高往往会造成RAP的二次老化,并且产生大量有害气体;沥青冷再生在常温下进行拌和施工,减少了能源消耗及有毒气体的排放,但冷再生沥青混合料路用性能远低于热再生沥青混合料。温拌再生技术结合了二者优势,在热再生的基础上加入温拌剂,降低了施工拌和温度,且混合料路用性能与热再生混合料性能相当。为提高废旧沥青路面材料利用率,减少能源消耗及加强环境保护,本文对温拌再生沥青混合料配合比进行设计,对不同RAP掺量下温拌再生沥青混合料路用性能进行评价研究。

1 原材料

1.1 RAP

按照现行《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)要求确定RAP取样点位置,并采用加热松散的取样方法,取样过程中尽可能减少对RAP造成二次老化。对取样的RAP进行抽提、筛分试验,RAP筛分结果见表1,采用旋转蒸发法对沥青溶液进行回收,试验测得RAP沥青含量为4.76%,对老化沥青进行针入度、延度、软化点试验,试验结果见表2。由表2可知,老化沥青针入度及延度降低明显,软化点升高,沥青老化严重,老化后的沥青无法对集料充分裹附,降低了原路面的使用性能,因此需加入一定量再生剂平衡老化沥青各组分。

表1 RAP筛分试验结果

表2 老化沥青试验结果

由表1可知,RAP仍符合AC-13级配,但在长期车辆荷载的振动碾压作用下,粗集料逐渐被细化,0.075筛孔通过率接近上限值,因此再生沥青混合料配合比设计时,需加入一定量的新集料来调整级配。

1.2 外加剂

本研究选用某公司提供的Sasobit温拌剂,掺量为2%;选用HGX再生剂,掺量为10%。

1.3 新沥青

本研究采用与原沥青路面相同标号的SBS改性沥青,按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求对改性沥青各项指标进行检测评价,试验结果见表3,各项指标均满足相关规范要求。

表3 新沥青性能检测结果

1.4 新集料

新集料采用附近碎石厂生产的石灰岩,其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中沥青面层集料技术要求。

2 温拌再生沥青混合料配合比设计

2.1 级配确定

本研究通过采用旧料与新料组成合成级配,使其接近AC-13级配中值。

2.2 最佳沥青用量确定

以20%RAP掺量为例,参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)试验方法成型油石比为4.3%、4.5%、4.8%、5.1%、5.4%共五组马歇尔试件,试件冷却不少于12 h 后参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)用表干法和水中重法测量试件毛体积相对密度、空隙率等指标,并在60℃试验温度条件下测定其稳定度流值,用真空法测定试件的理论最大相对密度[4, 5],试验得出AC-13的最佳油石比为4.8%。

2.3 沥青用量计算

将各油石比换算成沥青用量,通过新料添加比例计算出温拌再生沥青混合料最佳沥青用量及新加混合料的沥青用量,其中温拌再生沥青混合料中沥青用量包含再生剂的掺量(再生剂占老化沥青的百分比),具体计算见式(1)、(2)。

PO×(1-A)+PO×(1-A)×B+A×PN=PR

(1)

(2)

式中:PN为新沥青混合料沥青用量;PR为温拌再生沥青混合料沥青用量;PO为RAP沥青含量;A为新料添加比例;B为再生剂掺量。

3 再生混合料路用性能评价

3.1 高温稳定性能

沥青混合料高温稳定性是指沥青路面在高温条件下抵抗交通荷载作用变形的能力,温拌再生沥青混合料抗变形能力也应满足相关要求,由于沥青混合料老化后黏度变大,硬度提高,因此混合料高温性能增强,但加入较小黏度再生剂后能够平衡各个组分,恢复老化沥青相关性能,本文参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)要求成型温拌再生沥青混合料车辙板并进行车辙试验,以动稳定度为评价指标,检验不同RAP掺量下温拌再生沥青混合料高温性能,试验结果如图1所示。

图1 混合料车辙试验结果

3.2 低温抗裂性能

低温抗裂性能是沥青路面路用性能的重要评价指标,温拌再生沥青混合料中RAP的加入增大了混合料劲度模量,降低了混合料的低温性能,而再生剂和温拌剂的加入能改善混合料低温性能。本文参照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)要求成型尺寸为250 mm×30 mm×35 mm小梁试件,在-10 ℃试验温度条件下,按照规范要求加载速率进行试验,测得小梁低温弯曲破坏应变,试验结果如图2所示。

图2 混合料低温弯曲试验结果

由图2可知,随着RAP掺量的增大,温拌再生沥青混合料的低温弯曲破坏应变呈下降趋势,表明混合料低温性能随RAP掺量的增大而减小；当RAP掺量大于40%时,低温性能的下降幅度较大,因此表明温拌再生沥青混合料中RAP掺量不宜过大。

3.3 水稳定性能

沥青混合料水稳定性是指沥青路面在水分侵蚀下抵抗沥青与集料发生剥落、松散等病害的能力。沥青老化后轻组分向重组分转化,降低了沥青与集料间的黏附性能,在水分侵蚀和交通荷载等耦合作用下,更易发生剥落。本文采用冻融劈裂试验来评价温拌再生沥青混合料水稳定性能,试验结果如图3所示。

图3 混合料冻融劈裂试验结果

由图3可知,当RAP掺量在10%～30%时,温拌沥青再生混合料冻融劈裂强度比变化较小,当掺量增加到40%时,混合料冻融劈裂强度比下降较大,表明混合料水稳定性能大幅下降。

4 结束语

(1)温拌再生沥青混合料高温性能随RAP掺量的增大不断增大,由于RAP掺量越大,老化沥青所占比例越大,混合料表现出较黏较硬的特征。

(2)温拌再生沥青混合料的低温抗裂性能随RAP掺量的增大呈下降趋势,且当RAP掺量大于40%时,低温抗裂性能的下降幅度较大。

(3)温拌再生沥青混合料水稳定性能在RAP掺量为10%～30%时变化不明显,当掺量为30%～40%时,水稳定性能下降幅度较大。