摘要：以橡膠瀝青再生混合料為研究對象，對凍融前后的小梁試件分別進行低溫彎曲試驗，研究不同膠粉摻量6.4%，9.2%和14.1%、不同膠粉細度20目，40目和80目和不同RAP摻量25%，35%和50%條件下的橡膠熱再生瀝青混合料的低溫性能.基于工業(yè)CT無損檢測技術(shù)，對凍融前后的橡膠熱再生混合料試件分別進行掃描，并定量表征凍融前后試件體積指標(biāo)的變化.研究結(jié)果表明：RAP摻量為25%，膠粉細度為80目，膠粉摻量為9.2%的橡膠熱再生瀝青混合料凍融后的低溫性能下降幅度最??；相較于基質(zhì)瀝青熱再生混合料，橡膠瀝青熱再生瀝青混合料具有更好的耐久性及低溫性能；通過對比工業(yè)CT掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凍融后的橡膠熱再生瀝青混合料試件閉口空隙率增大了20.3%，且在0～25 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量減少了13.8%，在25～50 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量則增加了62.9%.

關(guān)鍵詞：瀝青路面；再生瀝青混合料；凍融循環(huán)；橡膠瀝青；CT 掃描

中圖分類號：U416.26 文獻標(biāo)識碼：A

低溫條件下的瀝青路面破壞往往伴隨著凍融過程，從而加速了瀝青路面的裂縫產(chǎn)生.橡膠熱再生瀝青混合料就是將橡膠瀝青與熱再生技術(shù)相結(jié)合，從而在一定程度上增強瀝青混合料的低溫柔韌性，減少凍融現(xiàn)象，并具有環(huán)保作用.黃沖1通過室內(nèi)試驗對膠粉熱再生瀝青混合料的低溫性能進行評價后發(fā)現(xiàn)，膠粉對于熱再生瀝青混合料的低溫性能具有促進作用.郭朝陽2在常溫及低溫條件下研究了廢膠粉在瀝青中的改性機理，其結(jié)果表明，改性瀝青中未溶解的膠粉顆粒可提高其低溫抗裂性能并增強瀝青的彈性恢復(fù)性能.Widyatmoko3采用力學(xué)經(jīng)驗法對RAP摻量分別為10%， 30%及50%時6種類型再生瀝青混合料進行實驗評估.新瀝青的針入度為60～80，并未摻加再生劑.研究結(jié)果表明：再生瀝青混合料與傳統(tǒng)新拌瀝青混合料具有相當(dāng)?shù)穆酚眯阅?Jeong4采用動態(tài)剪切試驗DSR與色譜凝膠分析GPC方法對7種拌合反應(yīng)時間、3種拌合溫度、4種膠粉摻量的橡膠粉與瀝青間的相互反應(yīng)進行室內(nèi)試驗，研究表明，反應(yīng)時間與反應(yīng)溫度對橡膠瀝青的性能影響最為顯著，膠粉摻量對橡膠瀝青的流變參數(shù)G*與sinδ有著顯著影響.由此可見，在再生混合料中使用橡膠瀝青，已經(jīng)得到日益廣泛地研究與應(yīng)用.然而，對于經(jīng)凍融過程的橡膠熱再生瀝青混合料低溫性能的研究則鮮有報道.

湖南大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版2014年

第11期汪海年等：橡膠熱再生混合料低溫性能與細觀特征研究

瀝青混合料自身材料特性及其內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)特征對其宏觀力學(xué)行為起著關(guān)鍵作用，同時對瀝青混合料的低溫抗裂性能也有著非常重要的影響5.縱觀現(xiàn)行的眾多瀝青混合料低溫性能評價方法，仍多限于表象法的室內(nèi)試驗，同時瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征與其宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系也較少涉及，且缺乏瀝青混合料材料性能的細觀特征描述，從而導(dǎo)致了統(tǒng)計指標(biāo)諸如瀝青用量、空隙率等相同而各試件力學(xué)性能有較大差異的情況6.

鑒于此，本研究對凍融前后的小梁試件分別進行低溫彎曲試驗，研究不同膠粉摻量6.4%，9.2%和14.1%、不同膠粉細度20目，40目和80目和不同RAP摻量25%，35%和50%條件下的橡膠熱再生瀝青混合料的低溫性能.基于工業(yè)CT無損掃描技術(shù)，對凍融前后的試件分別進行掃描，并根據(jù)處理后的掃描圖像來定量描述凍融前后試件體積指標(biāo)的變化，從而更好地解釋了橡膠熱再生瀝青混合料的低溫抗裂機理，促進了橡膠熱再生瀝青材料配合比設(shè)計方法從模糊經(jīng)驗到理論實際的轉(zhuǎn)化.

1原材料的技術(shù)性能

1.1RAP料

本研究所采用的RAP料來自于陜西某高速公路試驗段的銑刨舊料，其中銑刨深度為4 cm左右，且盡量保證所取舊料為路面的上面層7.采用離心抽提法得到的舊瀝青技術(shù)性質(zhì)如表1所示.

1.3橡膠瀝青

本研究采用濕法工藝制備橡膠瀝青，以SK90#基質(zhì)瀝青作為調(diào)和瀝青，改性溫度定在180～200 ℃之間，改性時間為60 min.不同膠粉摻量的橡膠瀝青性能如表5所示.

由此可知，膠粉的加入使基質(zhì)瀝青的高低溫性能和彈性恢復(fù)性能都有了不同程度的改善8.

2低溫性能研究

2.1試驗方法

本文以橡膠瀝青作為熱再生瀝青混合料的調(diào)和瀝青，采用AC16級配，以最大彎拉應(yīng)變作為控制指標(biāo)，采用小梁低溫彎曲試驗研究不同膠粉摻量6.4%，9.2%和14.1%、不同膠粉細度20目，40目和80目和不同RAP摻量25%，35%和50%條件下經(jīng)凍融過程的橡膠熱再生瀝青混合料的低溫性能，并確定最佳的RAP摻量、膠粉摻量和膠粉細度.在試驗過程中，需要制備兩組平行試件，其中一組為經(jīng)過16 h、18 ℃控溫的凍融試件，另一組為未凍融的試件.將凍融試件在常溫水中保溫12 h后與未凍融試件分別進行小梁低溫彎曲試驗，并將結(jié)果進行對比分析

2.2不同膠粉摻量的橡膠熱再生瀝青混合料凍融

前后對比

本文選取膠粉摻量分別為6.4%，9.2%和14.1%的橡膠熱再生瀝青混合料來研究不同膠粉摻量的橡膠熱再生瀝青混合料凍融前后的低溫性能.其中，RAP摻量為25%，膠粉細度為80目.此外，本試驗還增加了一組RAP摻量為25%的基質(zhì)瀝青熱再生瀝青混合料以作對比.如圖1所示，橫坐標(biāo)膠粉摻量為0則代表RAP摻量為25%的基質(zhì)瀝青熱再生瀝青混合料.下降比率則表示凍融后的最大彎拉應(yīng)變相對于凍融前的下降程度下同.由圖1可知，膠粉摻量為14.1%的橡膠瀝青凍融后的低溫性能下降幅度最大，為32.7%；而膠粉摻量為9.2%的橡膠瀝青凍融后的低溫性能下降幅度最小，為10.5%；相對于基質(zhì)瀝青熱再生混合料來說，膠粉摻量為9.2%的橡膠熱再生瀝青混合料具有更好的抗低溫性能.因此，考慮到實際路面受低溫影響時往往伴隨凍融的現(xiàn)象，結(jié)合以上實驗結(jié)果可知，膠粉摻量并不一定是越大越好.其原因是瀝青中的膠粉達到飽和后，多余的橡膠粒會聚集成團狀，且膠粉團的內(nèi)部基本沒有粘結(jié)力，膠粉團的自身溶脹能力也隨著溫度的降低而降低，導(dǎo)致橡膠瀝青的延性受阻，從而會對橡膠瀝青的低溫性能造成不利影響10-11.這個現(xiàn)象也說明了橡膠瀝青在某些條件下會存在一個最佳膠粉摻量的問題，如本研究中所得出的橡膠熱再生瀝青混合料的最佳膠粉摻量為9.2%.

膠粉摻量%

2.3不同膠粉細度的橡膠熱再生瀝青混合料凍融

前后對比

本文選取膠粉細度分別為20目，40目和80目的橡膠熱再生瀝青混合料來研究不同膠粉細度的橡膠熱再生瀝青混合料凍融前后的低溫性能.其中，RAP摻量為25%，膠粉摻量為9.2%.同樣，本試驗增加了一組RAP摻量為25%的基質(zhì)瀝青熱再生瀝青混合料以作對比.結(jié)果如圖2所示，橫坐標(biāo)膠粉細度為0則代表RAP摻量為25%的基質(zhì)瀝青熱再生混合料.由圖2可知，摻40目膠粉的橡膠瀝青凍融后的低溫性能下降幅度最大，為18.7%；而摻80目膠粉的橡膠瀝青凍融后的低溫性能下降幅度最小，為10.4%；相對于基質(zhì)瀝青熱再生混合料來說，摻80目膠粉的橡膠熱再生瀝青混合料具有更好的抗低溫性能.

膠粉細度目

2.4不同RAP摻量的橡膠熱再生瀝青混合料凍融

前后對比

本文選取RAP摻量分別為25%，35%和50%的橡膠熱再生瀝青混合料來研究不同RAP摻量的橡膠熱再生瀝青混合料凍融前后的低溫性能.其中，膠粉細度為80目，膠粉摻量為9.2%.此外，本試驗以同樣RAP摻量的基質(zhì)瀝青熱再生混合料和橡膠熱再生瀝青混合料作對比試驗.結(jié)果如圖3和圖4所示.

在圖3中，橫坐標(biāo)RAP摻量為0%代表的是無RAP料的采用新集料基質(zhì)瀝青混合料.由圖3可知，隨著RAP摻量的增大，基質(zhì)瀝青熱再生混合料凍融后的抗低溫性能下降幅度逐漸增大.在圖4中，橫坐標(biāo)RAP摻量為0%代表的是無RAP料的采用新集料橡膠瀝青混合料.由圖4可知，當(dāng)RAP摻量為35%時，橡膠熱再生瀝青混合料凍融后的抗低溫性能下降比率最大.

為了作一個定量的對比，將不同RAP摻量的基質(zhì)瀝青熱再生混合料和橡膠熱再生瀝青混合料凍融后的抗低溫性能下降比率進行匯總，如圖5所示.

由圖5可知，橡膠瀝青熱再生混合料相對基質(zhì)瀝青熱再生瀝青混合料有更優(yōu)越的抗低溫性能.尤其考慮到路面經(jīng)受低溫影響時往往伴隨著凍融的現(xiàn)象，橡膠瀝青熱再生混合料經(jīng)凍融后的低溫性能下降較小，且相對基質(zhì)瀝青熱再生混合料來說具有更好的耐久性及抗低溫性能11.

RAP摻量%

3細觀特征研究

基于工業(yè)CT無損掃描技術(shù)，對凍融前后的試件分別進行掃描，并以閉口空隙為控制指標(biāo)來定量描述凍融前后試件的細觀結(jié)構(gòu)特征，從而更好地表征橡膠熱再生瀝青混合料的低溫性能12.

3.1實驗條件

根據(jù)以上的低溫彎曲試驗結(jié)果，確定最佳RAP摻量為25%，膠粉細度80目，膠粉摻量為9.2%，并在室內(nèi)成型標(biāo)準馬歇爾試件，相關(guān)材料技術(shù)指標(biāo)同上.采用YXLON Compact225型工業(yè)CT對成型后的標(biāo)準馬歇爾試件進行掃描，其中：掃描電壓為200 kV，掃描電流為0.6 mA，投影數(shù)為1 080，積分時間為700 ms，掃描時間為16 min.

3.2結(jié)果分析

對比凍融前后的截面圖，可發(fā)現(xiàn)凍融后的空隙率明顯變大.為了做一個定量分析，本文采用該工業(yè)CT的專用圖像分析軟件VG Studio MAX以下簡稱VG對其閉口空隙率進行計算.由于VG軟件包含CT掃描的所有原始數(shù)據(jù)，故其對閉口空隙率的計算并不影響其最終結(jié)果.以每25 mm3為一個體積區(qū)間，對VG軟件的空隙率計算結(jié)果進行統(tǒng)計分析，可得凍融前后試件空隙體積范圍分布如圖7所示.由圖7可知，凍融前的試件空隙主要分布在0～75 mm3范圍內(nèi)，采用VG軟件計算其閉口空隙率為2.9%；凍融后的試件空隙體積也主要分布在0～75 mm3范圍內(nèi)，但是相對于凍融前的空隙分布，在0～25 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量減少了13.8%，而在25～50 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量則增加了62.9%. 再對凍融后的試件進行閉口空隙率計算，得其空隙率為3.49%，比凍融前增大了20.3%.

4結(jié)論

1 相對于基質(zhì)瀝青熱再生混合料來說，膠粉摻量為9.2%，膠粉細度為80目，RAP摻量為25%的橡膠熱再生瀝青混合料具有更好地抗低溫性能.尤其考慮到路面經(jīng)受低溫影響時往往伴隨著凍融的現(xiàn)象，橡膠熱再生瀝青混合料經(jīng)過凍融后的低溫性能下降較小，相對基質(zhì)瀝青熱再生混合料有更好地耐久性與低溫抗裂性能.

2 基于工業(yè)CT無損掃描技術(shù)，分別對橡膠熱再生瀝青混合料凍融前后的試件進行了掃描，通過對比發(fā)現(xiàn)，凍融后試件的閉口空隙率增大了20.3%，且在0～25 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量減少了13.8%，在25～50 mm3體積范圍內(nèi)的空隙數(shù)量則增加了62.9%.

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